1、引孔静压桩的引孔直径研究摘要：根据圆孔扩张理论，探讨引孔静压桩的引孔半径、桩半径和桩侧塑性区半径的关系，推导出引孔半径、桩侧极限法向应力的计算公式。 关键词：引孔静压桩；圆孔扩张理论；引孔半径; 塑性区；承载力 中图分类号：TU 473.1 文献标识码：A 1 引言 静压预应力混凝土桩因其经济、高效、施工简单、低噪声、低污染等特点, 自 2000 年以来, 得到广泛应用。但随着静压桩的不断应用及其应用范围的扩展, 其自身一些问题也显现出来，如挤土效应对周围管线的影响、压桩难以达到设计深度、桩回弹上浮等。引孔静压桩则在很大程度上缓解了这些问题。目前，引孔静压桩的引孔直径往往通过经验获得，设计人员
2、也难以确保将挤土效应控制在合理范围之内，因而仍需要通过其他方式避免挤土效应的不良影响。 本文根据圆孔扩张理论，对静压摩擦桩的引孔半径进行分析，探讨引孔半径、桩半径和桩周围塑性区半径的关系，试图给出桩侧塑性区在指定范围时，引孔半径及桩侧极限法向应力的简化计算方法，以为设计人员提供参考。 2 引孔半径、桩半径和塑性区半径的关系 圆孔扩张理论是岩土力学的基本课题，在桩的挤土效应、旁压实验、静力触探等岩土工程分析中具有广泛的应用。该课题最早是在 1950 年提出，此后国内外的很多岩土工作者都对此进行了研究1。 假设地基土体为均质 Tresca 材料，将静压桩压入地基后的桩-土受力问题视为平面应变问题，
3、则静压桩压入地基后在桩周围形成的塑性区、弹性区如图 1-1 所示。其中，为压入前引孔半径，为压入后孔的半径，即桩半径；为塑性、弹性区交界面半径, 半径以外土体为弹性状态。 根据圆孔扩张理论，在弹塑性交界面上，下述弹性平衡微分方程和Tresca 屈服条件应同时满足 图 1 静压桩的塑性区、弹性区 Fig.1 The plastic zone and elastic zone of static pressure pile （1） （2） 将式（2）代入式（1） ，积分得 （3） 其中，为 Tresca 材料屈服常数，为积分常数，可由边界条件确定。由式（3） ，在桩侧面有 （4） 代入式（3）得
4、（5） Tresca 材料塑性体积应变为零，忽略塑性区材料在弹性阶段的体积变化，认为塑性区体积不变，即引孔体积变化为弹性区体积变化，设为塑性区边界位移，则 忽略的平方项，得 （6） 在弹塑性区交界处（） ， ，由圆孔扩张理论可得径向位移 （7） 其中、为土体弹性模量和泊松比。且在该处应力分量满足 （8） 根据圆孔扩张理论弹性变形阶段的解 （9） 得在弹塑性区交界处 （10） 由式（6） 、式（7） 、式（10）得 （11） 引入刚度指标 （12） 由式（11） 、式（12）得求出弹塑性区交界面也即塑性区半径 （13） 设塑性区半径与桩半径之比为 （14） 则由式（11） 、式（12）和式（14
5、） ，可求出引孔半径 （15） 注意到在弹塑性区交界处， ， ，由式（5）可得桩侧极限法向压力 （16） 则由式（14）得 （17） 3 饱和土地基情况下的计算公式 由于静压桩施工时间远远少于土体固结时间，而且引孔静压能够进一步提高压桩的施工速度。因而抗剪强度采用以不排水强度，在特殊情况下可进行适当修正。 在饱和软粘土中，时，Tresca 屈服条件为2 ，即，假设饱和土体，体积近似不可压缩，泊松比取 0.52，由式（15） 、式（16） ，得引孔半径和桩侧面法向压力 （18） （19） 从上式可以看出，在饱和土体中，给定桩径和塑性区半径()之后，只需要通过、就能够得到符合要求的引孔半径以及桩侧
6、法向应力。 4 结论 （1）根据圆孔扩张原理，建立了引孔静压桩的引孔半径、桩侧极限法向压力与塑性区半径、桩半径之间的关系。进而，推导出饱和土地基上的引孔半径和桩侧极限法向应力的简化计算公式。 （2）分析表明，对较硬的地基土，可以适当选取引孔半径进行压桩，在有效减少挤土效应的同时，也可获得相应的承载力。因此，在实际工程中应根据具体情况，在满足承载力等要求的条件下，可适当选取引孔半径进行压桩。 参考文献 龚晓楠 土塑性力学（第二版）M.浙江大学出版社 1999 周炳勤 小孔扩张理论及其应用D.东南大学 2005 罗战友 静压桩挤土效应及施工措施研究D.浙江大学 2004 王士国 引孔技术在静压预制管桩施工中的应用J.施工技术 2007,9 29-30 方荣高 引孔压桩法在静压预应力管桩施工中的运用J.广东建材 2005,8 102-103 邓祖圣 合肥某项目高强预制管桩引孔技术的应用J.安徽建筑 2012,3 134-135 史佩栋 深基础工程特殊技术问题M.人民交通出版社 2004 作者信息第一作者：孟黎，男，1988 年出生，河北大学在读硕士研究生。通信作者：张建辉，男，1963 年出生，河北大学教授，主要从事地基与基础相互作用等方面的研究
