砂卵石土柱锤冲扩桩单桩成桩机理模型和数值试验研究

摘要

近年来，随着建筑工程技术的飞速发展，地基处理技术成为工程领域的研究热点。其中，柱锤冲扩桩地基处理技术因其高效、经济的特点逐渐被广泛应用。但在细观层面还缺乏对桩体成桩机理的研究，以优化现场设计及施工。本文以室内模型试验为基础，采用Flac3D-PFC耦合数值模拟，从宏细观角度分析成桩过程中土体动应力响应，包括加速度响应、土体变形及砂卵石填料骨架中力链的发展规律。结果表明：柱锤在冲击过程中夯实、挤压孔下土体，土体发生变形的过程可分为增大、回弹、稳定3个阶段；冲击在土体中产生的能量以应力波的形式从孔中心向外迅速衰减，能量使土体逐渐挤密压实、地基加固，当能量传递至孔下3d(d为柱锤直径)时，动应力响应较小，土体受柱锤冲击作用影响不大；冲击使得砂卵石填料力链骨架结构发生断链重构，在该过程中，颗粒空隙不断减小，力链数量增加，作用力不断增强，填料不断置换土体，两者形成密实的整体以实现加固；冲击完成后，以初始孔底平面为基准面，自平面向上0.5d至平面向下3.0d与径向1.5d形成加固影响区域，该区域范围内的土体在冲击过程中应力响应较大，消耗大部分冲击能量，并在冲击完成后发生较大位移，使土体更加密实，地基实现加固。通过数值模拟补充模型试验，完善了柱锤冲扩桩单桩成桩机理，为现场施工提供重要的理论支持和实用指导。

关键词

柱锤冲扩桩 / 加固机理 / 土体位移 / 动力响应 / 骨架力链