开口管桩贯入特性的大尺度模型试验

工程科学学报，第41卷，第2期：269-277,2019年2月 Chinese Joural of Engineering,Vol.41,No.2:269-277,February 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.015;http://journals.ustb.edu.cn 开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 刘俊伟123)，王立忠)，朱娜)，张春巍)四，赵国晓) 1)青岛理工大学土木工程学院，青岛2660332)青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心，青岛266033 3)浙江大学建筑工程学院，杭州310058 ☒通信作者，E-mail:zhangchunwei(@qut.cd山.cn 摘要开口管桩由于其承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用.土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力 不同于闭口管桩，不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力，桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分.针对开口管桩沉桩受力特性，采用 自主研发的大尺度模型试验装置，进行不同桩靴形式下开口管桩的贯入试验，并与闭口管桩进行对比分析.研究表明，开口管 桩随沉桩深度的增加趋于闭塞，沉桩阻力随沉桩过程基本呈线性增加，桩内、外侧单位摩阻力均存在“侧阻退化”效应：桩体贯 入时桩周地表隆起量随径向距离增加逐渐减小，隆起速率随沉桩深度增加逐渐变缓，桩周土影响范围约为5~7倍桩径：桩靴 对开口管桩土塞生成、沉桩阻力和挤土效应均有重要影响，内30°桩靴土塞生成高度、桩内侧摩阻力及其所占总沉桩阻力比例 最大，桩周土地表隆起量最小，外30°桩靴与内30°桩靴情况相反，直角桩靴居中：闭口管桩沉桩阻力、外侧摩阻力与挤土程度 均大于开口管桩 关键词开口管桩：室内试验；贯入特性；不同桩靴：土塞 分类号TU473.1 Large-scale model test on installation characteristics of open-ended pipe pile LIU Jun-wei),WANG Li-zhong?),ZHU Na,ZHANG Chun-wei),ZHAO Guo-xiao) 1)School of Civil Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao 266033,China 2)Cooperative Innovation Center of Engineering Construction and Safety in Shandong Blue Economic Zone,Qingdao University of Technology,Qingdao 266033,China 3)College of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University.Hangzhou 310058,China Corresponding author,E-mail:zhangchunwei@qut.edu.cn ABSTRACT The open pipe pile is widely used because of its high bearing capacity,reliable quality,and convenient construction. The formation of the soil plug makes the total resistance of the open pipe pile different from that of the closed pipe pile.The bearing ca- pacity of the open pipe pile includes three parts:the exteral friction of the pile,the pile end resistance,and the pile inside the fric- tion.According to the stress characteristics of open pipe piles during installation,a self-developed large-scale laboratory test apparatus was used to test the penetration of open pipe piles under different forms of pile boots,and based on the results,the open pipe pile was compared with closed pipe pile.The results show that the open pipe pile tends to be occluded with the increase of pile depth.The re- sistance of pile increases linearly with the pile sinking process,while the frictional resistance inside and outside the pile has"lateral degeneration effect."The influence range of surface displacement decreases with the increase of radial distance.The uplift rate gradu- ally reduced with the increasing depth of pile sinking.The influence range of soil around pile is about 5 to 7 times of pile diameter.The pile shoe affects the height of the soil plug,pile resistance distribution,internal and external frictional resistance,and the effect of 收稿日期：2018-04-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41772318，)：中国博士后科学基金资助项目(2015M581940):山东省重点研发计划资助项目 (2017GSF20107):青岛市应用基础研究资助项目(16-5-1-34-jh):住房和城乡建设部科学技术计划资助项目(2014-K3-026):泰山学者工程 专项经费资助项目（鲁政办字〔2015]212号）

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期:269鄄鄄277,2019 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 2: 269鄄鄄277, February 2019 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2019. 02. 015; http: / / journals. ustb. edu. cn 开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 刘俊伟1,2,3) , 王立忠3) , 朱 娜1) , 张春巍1) 苣 , 赵国晓1) 1) 青岛理工大学土木工程学院, 青岛 266033 2) 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心, 青岛 266033 3) 浙江大学建筑工程学院, 杭州 310058 苣通信作者, E鄄mail: zhangchunwei@ qut. edu. cn 摘 要 开口管桩由于其承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用. 土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力 不同于闭口管桩,不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力,桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分. 针对开口管桩沉桩受力特性,采用 自主研发的大尺度模型试验装置,进行不同桩靴形式下开口管桩的贯入试验,并与闭口管桩进行对比分析. 研究表明,开口管 桩随沉桩深度的增加趋于闭塞,沉桩阻力随沉桩过程基本呈线性增加,桩内、外侧单位摩阻力均存在“侧阻退化冶效应;桩体贯 入时桩周地表隆起量随径向距离增加逐渐减小,隆起速率随沉桩深度增加逐渐变缓,桩周土影响范围约为 5 ~ 7 倍桩径;桩靴 对开口管桩土塞生成、沉桩阻力和挤土效应均有重要影响,内 30毅桩靴土塞生成高度、桩内侧摩阻力及其所占总沉桩阻力比例 最大,桩周土地表隆起量最小,外 30毅桩靴与内 30毅桩靴情况相反,直角桩靴居中;闭口管桩沉桩阻力、外侧摩阻力与挤土程度 均大于开口管桩. 关键词 开口管桩; 室内试验; 贯入特性; 不同桩靴; 土塞 分类号 TU473郾 1 收稿日期: 2018鄄鄄04鄄鄄02 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 41772318,);中国博士后科学基金资助项目( 2015M581940 );山东省重点研发计划资助项目 (2017GSF20107);青岛市应用基础研究资助项目(16鄄鄄5鄄鄄1鄄鄄34鄄鄄jch);住房和城乡建设部科学技术计划资助项目(2014鄄鄄K3鄄鄄026);泰山学者工程 专项经费资助项目(鲁政办字也2015页212 号) Large鄄scale model test on installation characteristics of open鄄ended pipe pile LIU Jun鄄wei 1,2,3) , WANG Li鄄zhong 3) , ZHU Na 1) , ZHANG Chun鄄wei 1) 苣 , ZHAO Guo鄄xiao 1) 1) School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266033, China 2) Cooperative Innovation Center of Engineering Construction and Safety in Shandong Blue Economic Zone, Qingdao University of Technology, Qingdao 266033, China 3) College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China 苣Corresponding author, E鄄mail: zhangchunwei@ qut. edu. cn ABSTRACT The open pipe pile is widely used because of its high bearing capacity, reliable quality, and convenient construction. The formation of the soil plug makes the total resistance of the open pipe pile different from that of the closed pipe pile. The bearing ca鄄 pacity of the open pipe pile includes three parts: the external friction of the pile, the pile end resistance, and the pile inside the fric鄄 tion. According to the stress characteristics of open pipe piles during installation, a self鄄developed large鄄scale laboratory test apparatus was used to test the penetration of open pipe piles under different forms of pile boots, and based on the results, the open pipe pile was compared with closed pipe pile. The results show that the open pipe pile tends to be occluded with the increase of pile depth. The re鄄 sistance of pile increases linearly with the pile sinking process, while the frictional resistance inside and outside the pile has “ lateral degeneration effect. 冶 The influence range of surface displacement decreases with the increase of radial distance. The uplift rate gradu鄄 ally reduced with the increasing depth of pile sinking. The influence range of soil around pile is about 5 to 7 times of pile diameter. The pile shoe affects the height of the soil plug, pile resistance distribution, internal and external frictional resistance, and the effect of

·270· 工程科学学报，第41卷，第2期 pushing against soil.The pile of 30 inside pile boots has the largest height of soil plug formation,as well as the maximum friction re- sistance and the maximum proportion of total pile resistance.The amount of surface soil uplift around the pile is the smallest.The outer 30 pile boot is opposite to the inner 30 pile boot,while the right-angle pile boot is centered.The resistance,lateral friction,and soil compaction of closed-end pipe pile are greater than those of the open pipe pile. KEY WORDS open pipe pile;laboratory model experiments;penetration characteristics;different pile shoes;soil plug 国外对于开口管桩土塞的研究始于20世纪60 载系统、土样制备系统和数据采集系统，如示意图1 年代.Kishida和Ismoto进行足尺模型试验，揭示 所示.模型箱内部尺寸为3000mm×3000mm×2000 了土塞侧阻土压力系数和土塞发挥高度的分布规mm.加载系统由液压油缸、高压油泵、压力控载箱、 律.Paikowsky和Whitman2]研究了土塞对开口管桩 可编程逻辑控制器(programmable logic controller, 极限承载力、承载力时间效应以及动力特性的影响. PLC)控制系统组成.试验采用青岛海砂（干砂），筛 Bucy等[)研究土塞的形成对桩体贯入的影响以及 分法测定土样的颗粒级配如图2所示，土样的其他 桩体贯人过程中土塞的变化.Lehane和Gavin进 物理参数指标如表1所示. 行室内模型试验，研究发现土塞高度与桩内径和桩 装砂的总高度为1800mm,采用人工装砂，每次 壁厚度的比值密切相关，比值越大的桩生成的土塞 装砂100mm,分18次完成.砂样的相对密实度为 高度越大 73%,处于密实状态.微型光纤光栅应变传感器全 近年来，土塞效应逐渐引起国内学者的关注. 程监测沉桩过程中的桩体应变：YWD-100型位移传 谢永健等s]研究表明贯入深度与桩径之比大于120 感器动态监测桩周地表竖向位移（地表隆起量）： 时，土塞高度增长较快.周健等6通过P℉C数值模 MPS拉线位移传感器实时记录桩体沉降和土塞生 拟软件，研究开口管桩沉桩过程中土塞的形成和桩 成高度：桩顶安装压力盒记录沉桩总阻力 周土的变形机制.张忠苗等]对不同土层条件下混 国京白公科学金项 凝土管桩的土塞效应进行试验研究.詹永祥等[】对 开口管桩沉桩过程中土塞高度的变化规律进行研 究.曹兆虎等[]基于透明土技术，进行开口管桩和 闭口管桩桩基贯入试验，研究结果表明，闭口管桩挤 土效应与应变路径法更为相似，开口管桩由于土塞 作用的影响与理论计算结果相差较大.王家全 等〔0进行开口管桩静压沉桩室内模型试验，研究沉 数据采 桩过程中红黏土地层土塞效应机理和桩体土塞高度 变化规律.杨靖晖]研究不同桩尖对单桩挤土应 力、应变的影响 图1大尺度室内模型试验仪 土塞是开口管桩最主要的特征，明确土塞的 Fig.1 Large-scale laboratory test apparatus 形成和荷载传递机理则成为准确预估开口管桩沉 桩性状的关键.桩靴的安装势必改变土塞的形成， 100 进而改变开口管桩的沉桩特征和承载性能.现有 研究多针对单一桩靴模式，桩靴形状对开口管桩 形 沉桩特征的影响规律仍未被揭示.基于此，本课题 多 研制双壁开口模型管桩并开展室内大型模型试 验，探讨不同桩靴形式下开口管桩沉桩过程的力 % 学机制，为开口管桩施工效应的准确预估提供可 靠的理论依据. 1试验设备与材料选取 90 10 1 0.1 0.01 土粒粒径mm 1.1大尺度模型试验仪 图2土样颗粒级配曲线 室内模型试验仪由四部分组成：模型箱系统、加 Fig.2 Grading curve of sand

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 pushing against soil. The pile of 30毅 inside pile boots has the largest height of soil plug formation, as well as the maximum friction re鄄 sistance and the maximum proportion of total pile resistance. The amount of surface soil uplift around the pile is the smallest. The outer 30毅 pile boot is opposite to the inner 30毅 pile boot, while the right鄄angle pile boot is centered. The resistance, lateral friction, and soil compaction of closed鄄end pipe pile are greater than those of the open pipe pile. KEY WORDS open pipe pile; laboratory model experiments; penetration characteristics; different pile shoes; soil plug 国外对于开口管桩土塞的研究始于 20 世纪 60 年代. Kishida 和 Ismoto [1] 进行足尺模型试验,揭示 了土塞侧阻土压力系数和土塞发挥高度的分布规 律. Paikowsky 和 Whitman [2]研究了土塞对开口管桩 极限承载力、承载力时间效应以及动力特性的影响. Brucy 等[3]研究土塞的形成对桩体贯入的影响以及 桩体贯入过程中土塞的变化. Lehane 和 Gavin [4] 进 行室内模型试验,研究发现土塞高度与桩内径和桩 壁厚度的比值密切相关,比值越大的桩生成的土塞 高度越大. 近年来,土塞效应逐渐引起国内学者的关注. 谢永健等[5]研究表明贯入深度与桩径之比大于 120 时,土塞高度增长较快. 周健等[6] 通过 PFC 数值模 拟软件,研究开口管桩沉桩过程中土塞的形成和桩 周土的变形机制. 张忠苗等[7]对不同土层条件下混 凝土管桩的土塞效应进行试验研究. 詹永祥等[8]对 开口管桩沉桩过程中土塞高度的变化规律进行研 究. 曹兆虎等[9]基于透明土技术,进行开口管桩和 闭口管桩桩基贯入试验,研究结果表明,闭口管桩挤 土效应与应变路径法更为相似,开口管桩由于土塞 作用的影响与理论计算结果相差较大. 王家全 等[10]进行开口管桩静压沉桩室内模型试验,研究沉 桩过程中红黏土地层土塞效应机理和桩体土塞高度 变化规律. 杨靖晖[11] 研究不同桩尖对单桩挤土应 力、应变的影响. 土塞是开口管桩最主要的特征,明确土塞的 形成和荷载传递机理则成为准确预估开口管桩沉 桩性状的关键. 桩靴的安装势必改变土塞的形成, 进而改变开口管桩的沉桩特征和承载性能. 现有 研究多针对单一桩靴模式,桩靴形状对开口管桩 沉桩特征的影响规律仍未被揭示. 基于此,本课题 研制双壁开口模型管桩并开展室内大型模型试 验,探讨不同桩靴形式下开口管桩沉桩过程的力 学机制,为开口管桩施工效应的准确预估提供可 靠的理论依据. 1 试验设备与材料选取 1郾 1 大尺度模型试验仪 室内模型试验仪由四部分组成:模型箱系统、加 载系统、土样制备系统和数据采集系统,如示意图 1 所示. 模型箱内部尺寸为 3000 mm 伊 3000 mm 伊 2000 mm. 加载系统由液压油缸、高压油泵、压力控载箱、 可编程逻辑控制器( programmable logic controller, PLC)控制系统组成. 试验采用青岛海砂(干砂),筛 分法测定土样的颗粒级配如图 2 所示,土样的其他 物理参数指标如表 1 所示. 装砂的总高度为 1800 mm,采用人工装砂,每次 装砂 100 mm,分 18 次完成. 砂样的相对密实度为 73% ,处于密实状态. 微型光纤光栅应变传感器全 程监测沉桩过程中的桩体应变;YWD鄄鄄100 型位移传 感器动态监测桩周地表竖向位移(地表隆起量); MPS 拉线位移传感器实时记录桩体沉降和土塞生 成高度;桩顶安装压力盒记录沉桩总阻力. 图 1 大尺度室内模型试验仪 Fig. 1 Large鄄scale laboratory test apparatus 图 2 土样颗粒级配曲线 Fig. 2 Grading curve of sand ·270·

刘俊伟等：开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 ·271· 表1砂样物理参数指标 Table 1 Physical indices of testing sand 相对密度，G。 最大孔隙比，es 最小孔隙比，ea 平均粒径，do/mm 粒径范围/mm 内摩擦角，p/(°) 2.65 0.52 0.30 0.72 0-15 42.8 1.2双壁模型管桩 拉线位移计 双壁管桩试验技术是同时捕捉开口管桩内、外 侧摩阻力的有效途径.Paik和Lee首先采用双壁 摞栓 模型管桩进行桩体的载荷试验.此后，国外一些学 滑轮滑轮 者采用开口双壁管桩对桩体的沉桩性状进行研 究4,13-15)，取得了一些成果，但桩靴形式对开口管桩 沉桩特性影响的研究未有报道，本文采用双壁管桩 对此展开研究. 光纤光栅应 研制的双壁管桩总长1065mm,直径140mm,壁 ,变传感器 厚13mm.Yegian和Wright6通过有限元分析，Rao 等[通过模型试验研究证明模型箱边界在桩体 6~8倍桩径范围外即可忽略边界效应.基于此，本 试验选用的模型箱和模型桩在沉桩过程中可忽略边 81 界效应.内、外管顶部采用螺栓连接，分别在外管外 螺栓 螺栓 部粘贴槽和内管外部安装增敏微型光纤光栅传感 重锤 单位：mm 器.内、外管结构如图3示意，双壁管桩传感器安装 图4传感器安装示意图 示意图如图4所示，实物图如图5所示 Fig.4 Sensor installation diagram 桩帽 表2试验方案 ·外管 Table 2 Testing program 内管 砂样相对 试验编号 加载方式 桩靴类型 密实度/% PO-1 开口30°内倾角桩靴 B-B剖面 P0-2 六 开口直角桩靴 不间断静压贯入 P0-3 开口30°外倾角桩靴 PC 闭口直角桩靴 度随沉桩深度的变化曲线.可知，土塞高度随沉桩 深度的增加逐渐增加，但土塞生成速率逐渐减小. 桩靴 俯视图 采用内30°桩靴时土塞生成的速率最大，采用外30° 剪切靴 A-A剖面 桩靴时最小，直角桩靴时居中.沉桩714mm结束时 图3内、外管结构示意图 P0-1、P0-2、P0-3桩的土塞高度分别为555、535 Fig.3 Inner tube and outer tube structure diagram 和514mm,土塞率(PLR)(土塞高度与沉桩深度之 比)分别为0.77、0.75和0.72.图7为FR(土塞高 2试验方案 度增量与桩体贯入深度增量的比值)随沉桩深度的 变化曲线.可见，随沉桩深度的增加，FR值波动较 采用4种不同的桩端（桩靴）形式，共进行4组 大，但总体呈现降低的趋势，土塞随沉桩过程趋于 试验，具体试验方案如表2所示 闭塞. 3试验结果及分析 3.2沉桩阻力 沉桩阻力是沉桩过程中各种效应耦合的宏观表 3.1土塞高度的发展规律 现.图8为4组试验贯入总阻力随沉桩深度的变化 图6为P0-1、P0-2、P0-3试验桩土塞生成高 情况.随沉桩深度的增加贯入总阻力基本呈线性增

刘俊伟等: 开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 表 1 砂样物理参数指标 Table 1 Physical indices of testing sand 相对密度,Gs 最大孔隙比,emax 最小孔隙比,emin 平均粒径,d50 / mm 粒径范围/ mm 内摩擦角,渍/ (毅) 2郾 65 0郾 52 0郾 30 0郾 72 0 ~ 15 42郾 8 1郾 2 双壁模型管桩 双壁管桩试验技术是同时捕捉开口管桩内、外 侧摩阻力的有效途径. Paik 和 Lee [12]首先采用双壁 模型管桩进行桩体的载荷试验. 此后,国外一些学 者采用开口双壁管桩对桩体的沉桩性状进行研 究[4,13鄄鄄15] ,取得了一些成果,但桩靴形式对开口管桩 沉桩特性影响的研究未有报道,本文采用双壁管桩 对此展开研究. 研制的双壁管桩总长 1065 mm,直径 140 mm,壁 厚 13 mm. Yegian 和 Wright [16]通过有限元分析,Rao 等[17]通过模型试验研究证明模型箱边界在桩体 6 ~ 8 倍桩径范围外即可忽略边界效应. 基于此,本 试验选用的模型箱和模型桩在沉桩过程中可忽略边 界效应. 内、外管顶部采用螺栓连接,分别在外管外 部粘贴槽和内管外部安装增敏微型光纤光栅传感 器. 内、外管结构如图 3 示意,双壁管桩传感器安装 示意图如图 4 所示,实物图如图 5 所示. 图 3 内、外管结构示意图 Fig. 3 Inner tube and outer tube structure diagram 2 试验方案 采用 4 种不同的桩端(桩靴)形式,共进行 4 组 试验,具体试验方案如表 2 所示. 3 试验结果及分析 3郾 1 土塞高度的发展规律 图 6 为 PO鄄鄄1、PO鄄鄄2、PO鄄鄄3 试验桩土塞生成高 图 4 传感器安装示意图 Fig. 4 Sensor installation diagram 表 2 试验方案 Table 2 Testing program 试验编号 砂样相对 密实度/ % 加载方式 桩靴类型 PO鄄鄄1 PO鄄鄄2 PO鄄鄄3 PC 73 不间断静压贯入 开口 30毅内倾角桩靴 开口直角桩靴 开口 30毅外倾角桩靴 闭口直角桩靴 度随沉桩深度的变化曲线. 可知,土塞高度随沉桩 深度的增加逐渐增加,但土塞生成速率逐渐减小. 采用内 30毅桩靴时土塞生成的速率最大,采用外 30毅 桩靴时最小,直角桩靴时居中. 沉桩 714 mm 结束时 PO鄄鄄1、PO鄄鄄2、PO鄄鄄 3 桩的土塞高度分别为 555、535 和 514 mm,土塞率(PLR) (土塞高度与沉桩深度之 比)分别为 0郾 77、0郾 75 和 0郾 72. 图 7 为 IFR(土塞高 度增量与桩体贯入深度增量的比值)随沉桩深度的 变化曲线. 可见,随沉桩深度的增加,IFR 值波动较 大,但总体呈现降低的趋势,土塞随沉桩过程趋于 闭塞. 3郾 2 沉桩阻力 沉桩阻力是沉桩过程中各种效应耦合的宏观表 现. 图 8 为 4 组试验贯入总阻力随沉桩深度的变化 情况. 随沉桩深度的增加贯入总阻力基本呈线性增 ·271·

·272· 工程科学学报，第41卷，第2期 (a b 增敬 增敏 光桥 导线人口 传感器 传感器 图5内、外管实物图.(a)内管：(b)外管 Fig.5 Picture of inner tube and outer tube:(a)inner tube:(b)outer tube 土塞高度/mm 加，桩端形式对管桩贯入阻力产生明显影响，闭口管 100200300.400500600700800 桩沉桩阻力远大于开口管桩. 100 沉桩阻力kN P0-1(内30桩靴) 00 10 20 3040 一P0-2(直角桩靴) 506070 200 P0-3(外30°桩靴) 一P0-1(开口内30°桩靴) 100 。一P0-2(开口直角桩靴) 300 ▲一P0-3(开口外30°桩靴) 200 -PC(闭口直角桩靴) 400 300 500 400 600 500 700 600 800 700 图6土塞高度随沉桩深度变化曲线 800 Fig.6 Curves of soil plug height with the sink pile depth 图8总沉桩阻力随沉桩的变化曲线 IFR/% Fig.8 Variation of total pile resistance during installation 00 20 40 60 图9为贯入阻力随沉桩深度的变化曲线，开口 100 一P0-1(内30°桩靴) 管桩贯入总阻力为桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力和 ·一P0-2(直角桩靴) 桩壁端阻之和，闭口管桩贯入总阻力为桩外侧摩阻 200 ▲一P0-3(外30°桩靴) 力和桩端阻力之和.各部分阻力随沉桩深度的增加 300 逐渐增加，但增加幅度相差较大.表3为各部分阻 400 力的大小及其所占的比例.贯人深度为110mm时 桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力所占比例较小，管壁端 500 阻所占比例较大.沉桩深度为740mm时桩内侧摩 6 阻力、桩外侧摩阻力所占比例增加，说明贯入过程中 700 桩内、外侧摩阻力逐渐发挥.对比分析P0-1、PO- 2、P0-3试验结果可知，安装30°内倾角桩靴桩内侧 800L 摩阻力所占比例最大，安装外30°桩靴桩内侧摩阻 图7土塞FR值随沉桩深度的变化 力所占比例最小，桩外侧摩阻力的规律反之.可见， Fig.7 Development of IFR of piles during installation 桩靴对沉桩阻力各部分的组成产生较大影响

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 图 5 内、外管实物图 郾 (a) 内管; (b) 外管 Fig. 5 Picture of inner tube and outer tube: (a) inner tube; (b) outer tube 图 6 土塞高度随沉桩深度变化曲线 Fig. 6 Curves of soil plug height with the sink pile depth 图 7 土塞 IFR 值随沉桩深度的变化 Fig. 7 Development of IFR of piles during installation 加,桩端形式对管桩贯入阻力产生明显影响,闭口管 桩沉桩阻力远大于开口管桩. 图 8 总沉桩阻力随沉桩的变化曲线 Fig. 8 Variation of total pile resistance during installation 图 9 为贯入阻力随沉桩深度的变化曲线,开口 管桩贯入总阻力为桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力和 桩壁端阻之和,闭口管桩贯入总阻力为桩外侧摩阻 力和桩端阻力之和. 各部分阻力随沉桩深度的增加 逐渐增加,但增加幅度相差较大. 表 3 为各部分阻 力的大小及其所占的比例. 贯入深度为 110 mm 时 桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力所占比例较小,管壁端 阻所占比例较大. 沉桩深度为 740 mm 时桩内侧摩 阻力、桩外侧摩阻力所占比例增加,说明贯入过程中 桩内、外侧摩阻力逐渐发挥. 对比分析 PO鄄鄄 1、PO鄄鄄 2、PO鄄鄄3 试验结果可知,安装 30毅内倾角桩靴桩内侧 摩阻力所占比例最大,安装外 30毅桩靴桩内侧摩阻 力所占比例最小,桩外侧摩阻力的规律反之. 可见, 桩靴对沉桩阻力各部分的组成产生较大影响. ·272·

刘俊伟等：开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 ·273· PO-1阻力/kN PO-2阻力kN 10 20 30 40 50 60 70 0 20 30 0 50 6070 (a) 一贯人总阻力 6 一 贯入总阻力 100 ·一桩内侧摩阻力 100 一。一桩内侧摩阻力 ▲一桩外侧摩阻力 ▲一桩外侧摩阻力 200 一桩壁端阻力 200 一桩壁端阳力 300 300 400 400 500 600 600 700 800 800 PO-3阻力kN PC阴阻力/kN 20 3040 50 60 0 0 10 20 3040 50 6070 (e) (d) ■一贯入总阻力 一一贯人总阻力 一。一桩内侧摩阻力 100 ▲一桩外侧摩阻力 ▲一桩外侧摩阻力 一桩端阻力 200 一桩壁端阻力 200 300 400 400 500 600 700 700 800 8001 图9各部分阻力随沉桩的变化曲线.(a)P0-1:(b)PO-2:(c)PO-3:(d)PC Fig.9 Variation of pile resistance during installation:(a)PO-1:(b)PO-2;(c)PO-3;(d)PC 表3各部分阻力及其所占的比例 Table 3 Resistance of each part and its proportion 桩内侧摩阻力/kN 桩外侧摩阻力/kN 桩（壁）端阻力/kN 试验编号 沉桩深度/mm 贯人阻力/kN (占比) (占比) (占比) 0.23 0.79 9.77 110 10.79 (2.13%) (7.32%) (90.55%) P0-1 6.77 8.99 27.48 740 43.24 (15.66%) (20.79%) (63.55%) 0.05 0.79 8.85 110 9.69 (0.52%) (8.15%) (91.33%) P0-2 5.23 9.28 27.63 740 42.14 (12.41%) (22.02%) (65.57%) 0.02 0.56 8.84 110 9.42 (0.21%) (5.95%) (93.84%) P0-3 3.97 10.04 25.16 740 39.17 (10.14%) (25.63%) (64.23%) 1.15 15.39 110 16.54 (6.95%) (93.05%) PC 14.60 44.57 740 59.17 (24.67%) (75.33%)

刘俊伟等: 开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 图 9 各部分阻力随沉桩的变化曲线 郾 (a) PO鄄鄄1; (b) PO鄄鄄2; (c) PO鄄鄄3; (d) PC Fig. 9 Variation of pile resistance during installation: (a) PO鄄鄄1; (b) PO鄄鄄2; (c) PO鄄鄄3; (d) PC 表 3 各部分阻力及其所占的比例 Table 3 Resistance of each part and its proportion 试验编号 沉桩深度/ mm 贯入阻力/ kN 桩内侧摩阻力/ kN (占比) 桩外侧摩阻力/ kN (占比) 桩(壁)端阻力/ kN (占比) PO鄄鄄1 110 10郾 79 0郾 23 (2郾 13% ) 0郾 79 (7郾 32% ) 9郾 77 (90郾 55% ) 740 43郾 24 6郾 77 (15郾 66% ) 8郾 99 (20郾 79% ) 27郾 48 (63郾 55% ) PO鄄鄄2 110 9郾 69 0郾 05 (0郾 52% ) 0郾 79 (8郾 15% ) 8郾 85 (91郾 33% ) 740 42郾 14 5郾 23 (12郾 41% ) 9郾 28 (22郾 02% ) 27郾 63 (65郾 57% ) PO鄄鄄3 110 9郾 42 0郾 02 (0郾 21% ) 0郾 56 (5郾 95% ) 8郾 84 (93郾 84% ) 740 39郾 17 3郾 97 (10郾 14% ) 10郾 04 (25郾 63% ) 25郾 16 (64郾 23% ) PC 110 16郾 54 1郾 15 (6郾 95% ) 15郾 39 (93郾 05% ) 740 59郾 17 14郾 60 (24郾 67% ) 44郾 57 (75郾 33% ) ·273·