2017年7月上第46卷第13期
DOI:10.7672/sgjs2017130067
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
静压开口混凝土管桩沉桩过程数值模拟*
章文姣，王志强，宋碧亚？，孔祥清
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（1.辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁锦州121001；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430000）［摘要】在LS-DYNA软件平台上，对开口混凝土管桩连续贯入粉土进行了有限元模拟，得到了沉桩过程中桩周土体应力、位移及沉桩阻力的变化规律，并探讨了土界面摩擦系数对管桩沉桩的影响。结果表明，随着管桩的不断下沉，桩周土体各向应力最大值不断增大。桩壁外侧的挤土效应明显小于实心桩，管内土塞高度先线性增长，然后趋于稳定。在小直径桩基础中，桩土界面摩擦系数对管桩沉桩阻力影响不大，但界面摩擦系数越低，土塞高度越大。
【关键词］桩；开口混凝土管桩；挤土效应；土塞效应；数值模拟
【中图分类号］TU473.1
【文献标识码】A
[文章编号］1002-8498（2017)13-0067-05
NumericalSimulation ofInstallationProcessof Open-ended
ConcreteJackedPipePile
ZHANGWenjiao'，WANG Zhiqiang'，SONG Biya?，KONGXiangqing
(1. Department of Ciwil & Architectural Engineering,Liaoning Uninersity of Technology, Jinzhou, Liaoning121001, China;
2.China Railuay Siyuan Surey and Design Group Co., Lid., Wuhan, Hubei430000, China
Abstract: The complete process of successive penetration of open-ended concrete jacked pipe pile is simulated with finite element method based on the commonly used large-scale software LS-DYNA. The changes of stress and displacement of the soil around pipe and the sinking resistance of the pile are studied. and the influence of friction coefficient between the pile and soil interface on the pile sinking is also discussed. The results show that the maximum value of the soil stress around the pipe increases with the increasing of the pipe pile sinking. The squeezing effect around the outer pipe is less than that of the solid pile, and the plug height inside the pipe increases linearly during the first penetrate stage, then tends to be stable. Friction coefficient between the pile and soil interface has little effect on the pile sinking resistance, but affects the soil plug height. The smaller coefficient, the greater soil height is. Key words : piles; open ended concrete pipe piles; squeezing effect; plugging effects; simulation
引言 0
预应力混凝土开口管桩由于其独特的开口结构，在一定程度上既可减少桩体成本，还可减少施工时的贯人阻力和挤土效应12]，此外，开口管桩在施工时还会形成土塞效应，而土塞的存在对于沉桩特性及后期桩基承载能力有着较大的影响3。为此，探索与研究开口管桩的沉桩特性具有非常重要的理论意义和工程意义。
目前，有关开口管桩沉桩的研究大致可以分为
*国家自然科学基金项目（11302093；11302094）；辽宁省自然科学基金项目（201602382）；辽宁省教育厅优秀人才项目（LJQ2015047； LJQ2014063）
[作者简介］章文效，博士，讲师，E-mail：zhangwenjiao850321@ 163.con
【收稿日期]万方数据
3类，理论分析法、模型试验法和数值计算法。郑俊杰等[4利用柱孔扩张理论研究了管桩沉桩时的挤土效应，得到了桩周土体在弹塑性阶段的应力场和位移场的解析解。刘裕华等[5]应用圆孔扩张理论得到了管桩沉桩时土体塑性区半径和土体位移解析解。曹兆虎等6通过对开口管桩和闭口管桩进行桩基贯人试验，得到了对应的土体位移场，并对其试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行了对比。雷华阳等汀利用预先埋设的孔压计和测斜计，测得PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布情况。周健等"利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟了开口管桩在砂土中的沉桩过程，观察到土塞形成分为3个阶段。张忠苗等9通过在淤泥质黏土互层以及粉土两种