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已发表的关于通过控制振动打桩频率来提高桩承载力的进一步数据
2021-05-20    by : 艾严
  • 已发表的关于通过控制振动打桩频率来提高桩承载力的进一步数据

我们想分享马萨克博士的进一步研究,该研究表明控制打桩频率可以增加桩基的承载力。对于极力在最短时间内让高架路的钢结构基础达到完全承载能力的设计师和打桩公司来说,这是一个真正相关的课题。


为了让中国的研究者更容易理解这篇文章,我们翻译了摘要和重要段落,如下:


K.  Rainer Massarsch,  Carl Wersäll, Bengt H. Fellenius 

Vibratory driving of piles and sheet piles – state of practice. 桩和板桩的振动沉桩与实践

Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Geotechnical Engineering《土木工程师学报——岩土工程》


文章摘要通过实例,讨论和说明了振动法沉桩的施工。研究了振动频率(在振动沉桩过程中可控,打入式沉桩过程中不可控)对桩贯入度、承载力和振动扩散的影响。沉桩过程对振动沉桩性能的影响比打入沉桩的更大。提出了可沉入性评估概念。解释了振动锤-桩-土系统的共振 (系统共振) 对桩的可沉入性和承载力的重要性。在地面和地面以下测量的地面振动表明,产生了强烈的水平振动应力。这些应力可以暂时降低沉桩过程中的桩侧摩阻力,这可以解释为什么振动沉桩即使在密实的粒状土中也是有效的。模型试验表明,在粒状土中,以系统共振频率沉入的桩基承载力明显高于仅在高频下沉入的桩基承载力。提出了一个概念,即在高频振动沉桩过程中,在桩身附近形成一个区域,该区域由于拱作用而降低了桩身的侧摩阻力。这种拱效应可以解释高频沉桩过程桩身侧摩阻力减小的原因。


共振示意图--宽度640.jpg


文章中的重点内容:

10. 提出概念来解释振动打桩工艺。

基于目前所提供的信息,经不同研究人员的综合调查证实,可以提出一个假设来描述粒状土中振动沉桩的效率。


当桩以较高的振动频率(通常为>30 Hz)沉桩时,会产生水平振荡循环,使沿桩身的剪切阻力暂时降低。此外,在桩基贯入过程中,桩身周围的一个狭窄区域内的土体会受到扰动。在高频(>1.5倍系统共振频率)作用下,竖向振动桩与土体之间相互作用的影响如图14(a)所示。桩身周围的狭窄区域会发生土壤扰动(密实或松动)。在高振动频率下,地面振动较小,并随距离的增加而迅速衰减。根据上述概念,振动桩周围将产生一个拱区,从而降低作用在桩身的水平有效应力。在高频振动沉桩过程中,大部分振动能量从桩尖产生。当振动锤以系统共振频率或接近系统共振频率工作时,桩基可以有效地将振动能量传递到周围土体。地面产生强烈振动,导致土壤密实化。与高频沉桩相比,压实区会逐渐延伸到离桩更远的距离。在共振密实过程中,桩身周围的拱区很可能发生坍塌(图14(b))。这一假设得到了Hartung(1994)的调查报告的支持。


根据这一概念,将桩基振动沉入粒状土的最有效方法是以高频率开始沉桩,从而实现高贯入率和低地面振动。当达到所需的贯入深度时,应降低振动频率以接近系统共振频率,使土壤致密化。由于逐渐压实,桩周的拱区会坍塌,从而增加桩身的水平有效应力,增强桩身响应。应当强调的是,这个提出的机制仍未得到充分了解或证实,尚需进一步的调查来证实此概念。


 完整的文章可在这里找到:

https://www.icevirtuallibrary.com/doi/abs/10.1680/jgeen.20.00127


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