时间：2022-08-08 18:16:46
导语：在岩土论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：路桥结构地铁工程
一、前言
地铁一号线北起余杭区临平镇，沿线经过乔司、彭埠、火车东站、汽车东站、武林广场、延安路、城站路、城站火车路、秋涛路、钱江路、复兴地区、再经钱江四桥跨钱塘江至萧山区，沿北塘路转至市心路，终于蜀山车辆段，全线总长约52km。其中兴隆村站至凤凰城站及萧山区市心路段均为地下线，埋深约在现地表下10～20m；其余均为高架线路或地面线路。其中地下线路部分均为人群密集、建筑物密集、交通繁忙的闹市区。
二、沿线地基土层的构成与特征
杭州市位于杭嘉湖平原与浙西山区交会处的浙北地区，钱塘江下游，京杭运河南端，地理位置为北纬30°15′，东经120°10′。由于地质历史上受多次海侵海退影响，且区内多山，钱塘江又从市内穿过，造成杭州市地貌形态众多，地基土层复杂多变。
就地铁沿线所经过区域，主要为两种地貌形态。一为临钱塘江的冲海积平原，属钱塘江河口相冲海积堆积的粉性土及砂性土地区，由于堆积年代及固结条件不同，性质不一，竖向由松散至中密状变化，厚度一般在20m左右；其下为海陆交互相沉积的淤泥质软土及粘性土；地面下深约40～50m为古钱塘江河床堆积的圆砾层，中密～密实状态，底部基岩埋深一般在地表下50～65m左右。另一种为海陆交互相沉积的粘性土地区，主要集中在杭州老城区即艮山门站至中河路站一带及萧山市心路区段，地层软硬交替，一般上部20m左右均以软粘性土为主，下部基岩埋深约在地面下40～45m左右。
根据大量钻孔资料及原位测试和室内土工试验成果资料显示，杭州市淤泥质软粘土天然含水量一般在30～45%左右，天然孔隙比一般在0.85～1.50左右，双桥静力触探锥尖阻力约为500～800Kpa，压缩模量约为1.5～3.0Mpa，地基承载力fk约为70～80Kpa左右；局部夹有粉土，或呈互层状。软粘土性质类似与上海的淤泥质粘性土。而钱塘江两岸的河口相冲海积形成的粉土、砂性土（主要分布于城东地区），由于堆积年代、沉积环境、固结条件等的差异，其性质变化较大。资料显示，其密实度一般由松散至中密状态变化，含水量一般在23～35%左右，孔隙比约在0.8～1.1左右，双桥静探端阻力一般为2000～9000Kpa，标贯击数一般为8～20击/30cm。颗粒组成以粉粒为主，一般表现为粘质粉土及砂质粉土，为上细下粗，符合一般沉积规律。其压缩模量在6～20Mpa，地基承载力fk约为80～220Kpa。
综上述，地下线路掘进范围内各土层总体特征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度，淤泥质软粘性土具较高灵敏度、弱透水性，粉土、砂性土透水性好，易产生流砂、管涌现象。
三、地下线路掘进过程中可能遇到的岩土工程问题
（一）地基土层的强度问题
掘进范围内地基土主要为饱和粉土、砂土及软粘土，一般均具低强度特性，因此盾构掘进较易。由于粉土、砂土与软粘土的强度等存在差异，及局部地段（如延安路段）在深度15～20m左右存在可塑状粘性土，与上部软粘土差别较大，造成掘进面上存在两种不同强度的地层，掘进过程中容易造成软弱层排土过多过快而引起地层下沉，或造成盾构在线路方向上的偏离。同时，由于低强度特性，隧道掘进时应及时衬砌并采取相应止水措施，以防掘进面地层产生应力释放，产生沉降。杭州软粘土尚存在较高灵敏度特性，故有较明显触变、流变特性，在动力作用下，极易造成土体结构破坏，使强度降低，且土体排水固结需要很长时间，如施工不当，极易造成工后沉降大和不均匀沉降，因此施工过程中须严格控制偏移量，尽量避免蛇曲推进。
（二）地基土层的变形问题
隧道基底土以粉土、淤泥质软土为主，均具低强度，高压缩性等特点，因此必须验算基底土强度和变形。同时，粉土、砂土和软粘土在变形特性上存在差异，其压缩沉降量不同，当隧道在穿越两种地层时，容易在界面附近造成沉降差。再则，两类地基土的固结特性也存在明显差异，粉土、砂土超孔隙水压力消散快，固结时间短，软粘土固结周期长，因此施工造成的工后不同沉降，导致差异沉降。
另外，软粘土尚存在蠕变特性，后期沉降量大，时间长，建成运营过程中会产生软大变形。国内某些修建于软土地层中的地铁线路已有类似工程问题产生。因此设计、施工中对于变形问题应引起足够的重视。
（三）地下水问题
区内地下水有上层滞水、浅层潜水和深部承压水三类，潜水位一般在地表下1～4m左右。承压水含水层为深部圆砾层，水位一般呈年周期性变化，承压水头一般在地表下6～7m左右。隧道掘进范围内软粘土为弱透水性地层，粉土、砂土则透水性好，其渗透系数一般为10-5～10-4cm/s。隧道掘进过程中必须及时衬砌，并做好注浆止水，以防粉土、砂土在水头差作用下产生流砂、管涌现象。地下水问题在地下车站基坑开挖中显得尤为突出，必须足够重视。由于开挖深度大，必须考虑下部承压水的影响。
（四）地下车站基坑开挖问题
由于地下车站多集中在闹市区，周环建筑物密集，地下管线多，环境条件复杂，且地下站埋深大，基坑深，一般均在10～20m左右；又土性条件差，地下水位高。基坑开挖时，坑壁土体在水土压力作用下不能自立，必须采取有效的支护措施，以免塌坍而影响工程安全及周围环境。按本地区经验，对于此类深大基坑，一般采用地下连续墙或排桩支挡，同时结合内支撑或锚拉，同时必须做好止水帷幕及排水工作。施工时必须对周边环境进行有效的监测工作。
由于地下车站多，基坑工程量大，一般常规方法均费用高，周期长，因此应尽量开发和利用新技术、新工艺，如新的桩型，新的止水、降水措施等。
（五）工程建设对环境的影响和防治
地下线路施工会引起周围土体内应力场发生变化，隧道基底土体产生回弹，软粘土的触变改变了土体的结构强度，降水引起土层再固结等，所有这些因素均会对周围环境产生影响。当隧道施工离地面建（构）筑物较近时，会引起坍落和沉降等不良影响。
盾构法施工之所以能在城市地下工程中广泛应用，主要是其可以将施工对周围环境的影响控制在很小的程度，但也不可能完全消除。伴随着盾构推进，一般也会发生地基变形，如开挖面上土水压力不平衡造成开挖面失去平衡，过大的排泥量，盾构推进对周边地层的扰动，地下水位的下降及渗漏水等等，所有这些影响均会在隧道上方一定范围产生松动区，从而引起地面沉降甚至坍落。
杭州地铁将修建在饱和粉土、砂土及软粘土中，为确保周围环境和隧道施工的安全，必须采用适当的施工工艺，控制推进路线和速率，尽量避免扰动周围土体。施工前应详细调查沿线建、构筑物的使用情况，特别是桩基及地下管线等情况，对影响范围内的邻近建、构筑物、地面道路及地下管线进行全过程动态监测，尤其象延安路、市心路区段等老城区，此项工作尤为重要。对可能受影响但又不能拆除的建（构）筑物应提前进行补强和保护。
（六）岩土工程勘察问题
“工程建设，勘察先行”，勘察是预测、预知，详细、全面、准确、可靠的地质勘察资料对地铁建设是极其重要的，在此基础上可以对盾构掘进过程中施工面前进方向可能遇到的不利因素进行超前预报，如地层、障碍物、地下水等情况能够预知，从而能够提前采取相应有效的措施，以保证施工顺利、安全地进行。
杭州地铁建设的岩土工程勘察须重点解决的两类地层是软粘土和粉土、砂性土，调查深度一般应在30m以内，但对地下车站部分则应加深。重点查明两类地层的分布情况及规律，它们的强度特性及变形特性，往复循环动荷载作用下的动力特性，粉土、砂土的颗粒组成及渗透性，软粘土的蠕变性，饱和粉土的地震液化特性等等。对地下水也应重点查明。
由于室内土工试验的局限性，地铁勘察应大量采用原位测试手段，如旁压试验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验、孔隙水压力量测及静探、动力触探等手段，以获取准确可靠的测试数据。
由于沿线有大量已建或在建的工程项目，对这些工程资料应充分收集、分析、筛选，加以利用，一可节约工程投资，二可最大限度提高勘察精度；同时，也可由此进行分析和采取有效的保护这些邻近建筑的措施。
1．1不规范的招投标管理目前，我国岩土工程的招投标仍然存在甲方评标办法的导向致使无序竞争，招标过程中弄虚作假，压价超过了工程结构的成本价，承发包的价格不合理，比概算降低多、有严重的地区和行业保护主义等不良现象，这些不良现象导致了施工企业在施工项目实施过程中偷工减料，对日后整体工程质量造成了恶劣的影响。
1．2不高的岩土工程施工质量如今，岩土工程重特大安全事故频发，主要是由于施工企业偷工减料，砌筑砂浆配合比设计不合理，砖砌体纵横墙不同步砌筑，钢筋成型绑扎不正确，钢筋漏放或钢筋长度不够等一系列问题所造成的，岩土工程工程的施工质量已成为全社会各方普遍关注的焦点，这不仅影响到建筑物的正常使用，更加关系到人民生命财产的安全。
1．3不规范的合同管理目前，由于我国岩土工程施工企业存在企业缺少合同的规范管理，企业的合同管理人员法律意识淡薄这一严重的问题，再加之企业在利益的驱使下经常会接受一些制定的合同条件中存在“不平等条款”的合约，有时甚至在施工过程中，为了施工方便，临时需要随意修改合同条款，这就严重影响工程建设的市场秩序，增加了企业的法律风险，对于我国本来就不成熟的建筑市场来说，无疑是雪上加霜。
1．4设计质量与责任联系不紧密ISO900质量体系管理中明确要求施工单位在岩土工程施工过程中，不管设计如何按要求变更，都不能调整III类设计变更。因为设计中存在的主地方要求增加的项目，地质钻勘不准等主要的问题，是施工单位不可能通过经营管理来控制的引起的设计变更和增加，即使是施工单位事前将预测列入包干，如果施工单位一意孤行，则有可能导致在施工过程中出现拆东墙补西墙的情况，进而导致在以后的施工中的出现偷工减料的现象，为施工工程的质量埋下了隐患。
1．5面窄，素质较低的工程监理目前我国的工程监理现状主要注重施工现场的质量监理和验工计价的数量核准、签认工作，并没有从项目可研、设计、施工、交付的全过程多方位的对岩土工程施工进行监理，工程监理工作仅限于施工阶段，工程监理的范围狭隘，并没有贯穿于整个岩土工程施工建设的始终，不能根据其发现的问题提出可行性的建议，施工单位随意压价，工程监理市场不规范，工程监理为了能够得到项目而勉强接受，工程监理的积极性得不到充分的发挥。再加上有的监理公司的为了应付，东拼西凑找来个对规范、规则知之甚少，有“证”而没有能力且无实际经验的监理工程师来滥竽充数，承包商也往往将工程监理当作质检员，工程监理在控制工程质量中的作用得不到发挥，这样不仅造成了工程质量因监理不严而出问题，监理工作不能发挥作用，还使监理市场十分混乱，监理事业能不到良好的发展，从而工程不能保证顺利的进行。
2施工管理的法制化、科学化的施工管理
2．1建立健全项目承包经济责任制，加强对工程报建和施工许可的管理企业必须建立和完善以工程项目管理为基点的承包管理机制，这样才能保证通过工程承包、目标分解到工程项目来实现企业自身要确保各项技术经济指标的完成，履行施工企业与业主签订的工程合同条款中所规定的一些内容。企业可以根据工程项目特点，以项目经理为项目承包的主体，以多项管理复合指标作为考核指标，签订以确保工程质量为中心，对承包工程的安全、质量、成本、工期、及职工教育负责，即对工程项目的管理负全部责任为考核内容的项目承包经济责任制。施工企业应该在招投标竞争中取得成功之后，以安全、成本、质量、工期、职工教育的综合指标对项目经理进行考核，做到“考核严格、指标清楚、责任明确、利益挂钩”，明确项目的安全目标、质量指标、工期指标，同时，按企业内部模拟市场价格综合计算出工程项目的目标成本，实施标价分离。
2．2建立适应项目管理的运行机制在岩土工程施工的项目管理中坚持坚持项目管理层和作业层分离，是企业推行项目管理逐步形成内部劳动力有序流动的必要条件，这样才能使项目管理班子相对稳定，施工队伍按需进出，同时还需正确处理项目经理部、经营决策层和施工作业层的关系，项目经理部要抓好项目的具体实施，服从企业层的管理和监督;企业经营管理层要对项目管理实行全过程的调控和监督，强化服务意识;作业层为了形成机制灵活、适应性强、有竞争能力的新的企业组织形态，应该提高自身专业技术水平和管理能力。在正确处理好目经理部、经营决策层和施工作业层的关系后，企业为了防止出现管得太死不利于项目经理部主观能动性的发挥，管得太松造成项目经理部权力过大的情况出现，另外，应该综合考虑项目经理的素质、企业对项目控制能力等因素来决定授权范围和内容。
3结语
1软土地基的特点
通常情况下，软土地基主要是在自然环境中，其孔隙大于等于1mm的软土物质，一般这种软土地基中的水分含量较多，具体具备了以下几点特点。
1.1软土地基自身具备较强的触变性能，改性能是指当软土在受到其他外力因素干扰时，地基结构就会产生一定的损坏，这样就会极大影响其强度的可靠性，与此同时，在振动负荷的作用下，也会发生侧向滑动，甚至还会出现沉降的现象，很容易引发安全事故，造成人员的伤亡。
1.2如果软土在受到较大的承载压力以后，就会发生变形，而其自身的空隙也会迅速变小，水分页将会被快速排除掉，除此之外，由于软土结构受到载荷的影响而导致剪切变形的出现，我们统一将这一特点称之为软土的流变性。
1.3由于软土孔隙较大的特点，其压缩性能也比较大。因此，若选择软土作为建筑物的地基时，就很有可能发生大幅度的沉降现象。
1.4相关技术人员通过实验检测发现，当软土在自然状态下时，其抗剪强度并不会发生较大的变化，承载能力较低，并且，如果软土边坡可靠性较差，就很容易因剪切力破坏而导致建筑物结构发生失稳的情况。
1.5虽然软土地基中的含水量较多，但其实际的透水性能非常差，这对于地基排水的流畅性十分不利，并且，软土地基上建筑沉降时期较长，尤其是在加载初期基础时，将会达到增加孔隙水的压力，从而导致整个地基的稳固性都受到了极大的损害。
2软土勘察的基本内容与要点分析
2.1软土勘察的内容。软土勘察主要包括了：软土的形成类型、埋藏情况、分布和发展规律、层理特征、渗透性能、立体分布的均匀性、表层硬壳的厚度、地下硬土层的情况等等；对软土的固结情况进行勘察，强度、变形特征以及随着应力改变而变化的规律，并且了解其结构破坏对强度和变形的影响情况；软土中存在的地貌形态差异、填土、河道等的分布范围和深度等；地下水埋藏的情况，分析其对施工材料、安全设置、环境等影响。
2.2软土地基勘察的基本要点。软土勘察的勘探点布置应根据实际情况进行设计，工程性质、场地形状、勘察分段、成因类型、复杂情况评价等都应当考虑在内。当土层出现复杂变化时应对此位置进行加密；勘察中钻探取样的时候应结合原位置测试的结果，去氧应利用薄壁取土装置，原位测试应采用静力触探或者十字板剪切试验完成。
2.3软土剪切试验。当软土的加载和卸载的频率过高的时候其内部的水分形成的空隙水压消散速率也会发生改变，此时应采用自重压力预固结德尔不固结排水三轴剪切试验，对透水性较低的粘性土质可以采用无侧限的压强度试验或者十字板剪切试验来完成测试；当软土排水速率快切施工过程缓慢的时候应采用固结不排水三轴剪切试验或者直接剪切试验获得数据；对土体可能发生大的应变项目因此测定其残余的剪切强度必要的时候应将蠕变试验、动态扭剪切试验、动态三轴试验等纳入到检测中。
3软土岩土工程勘察的基本流程
3.1一般来说，岩土勘察的等级都是由工程性质而决定的，这是因为一般的软土岩土工程的施工环境十分复杂，无论是地基的设计，还是勘察难度方面，都必须遵守规范的勘察内容而进行全面的调查分析以后，才可以进行准确的划分，勘察人员会切实根据工程项目的实际情况，按照等级的不同来对工程等级进行划分。例如，该工程的规范设定为一级，那么，其场地等级，复杂程度等都要按照一级标准。
3.2在进行正式的勘察工作以前，勘察人员应当充分做好一切准备工作，根据实际的工作量来采取相应的勘察措施，可以通过在建筑物周围设定勘察点，并对其间距与孔深进行精细的剂量，并得出该工程所需的钻孔量，最终将这些所得的数据统一汇总在一起，将其作为被工程所需的工程量以及基本采样量，以此来选择合适的检测方法和实施步骤，从而确保软土岩土工程勘察工作的顺利开展，进一步提高勘察结果的质量。
3.3通过上文叙述，我们可以得知，当工程量和取样数量都确定了以后，试验人员就可以根据所得数据，制定出从一个完整的检测试验流程，并制定出明确的勘察试验时间表，这也是为后续施工作业提供的基本保障。其次，对于早期已经勘察的土壤，试验人员更应该准确划分出其具体的采样数量以及位置，充分做好试验勘察前期的准备工作，及时出现取样数量增加的问题，也可以保证在预期的时间内完成样品的检测工作，从而避免资源不足的情况发生，确保检测试验结果的真实有效性。
4软土地基的土工工程勘测的数据处理
4.1软土地基的岩土工程试验往往采用的是土工试验，其优势的简单而方便。获得数据和处理的时候，应保证岩土试验室内的项目设计应从岩土类型和工程性质出发进行综合考虑，并结合工程分析计算的要求确定试验的方式和数据处理方法，并最终确定软土的基本性质，这才是数据处理的最终目标。
4.2在试验和数据处理的时候应考虑到原位数据的处理，如项目针对粘土和砂土等进行贯入标准试验。贯入试验的指标将直接影响数据处理的结果，因此在贯入的时候应确定具体的技术参数，参数的选择可以根据地层的情况而定，按照规范标准针对不同性质的土体进行不同的参数选择，这样就可获得较为准确的数据资料，然后按照试验规范对原位测量的数据进行分析与归纳，最终形成数据统计表，然后形成分析结果。
1钻探设备及工艺
岩土勘探工程是通过钻机钻进地表中，并在地下形成圆柱形的钻孔，从而从钻孔中来获取不同深度的岩芯、土和水样品，获取后的样品经过实验室分析后所得到的资料即是勘探的基础数据。进行岩土勘探时不仅工艺较为复杂，而且具有较强的综合性，因此需要准确划分地层和测定界限，还要做好原位测试工作，对原状土进行采集，所以在岩土工程勘察中，勘察质量往往取决于钻探技术和钻探方法的好坏。
1.1钻探设备
在进行岩土工程勘探时，进行钻孔所需要的所有装备都可以称之为钻探设备，其不仅包括钻机、钻探用泵、空气压缩机、动力机和传动装置，同时还包括与之配套的钻塔、拧管装置等。其以整体式和组装式两种装载方式存在，而在整体式中还可以将其分为固定式、拖引式和自行式。而且钻探设备按其用途不同还可以进行多种划分，其应用的领域也较为广泛，部分专用钻探设备则专用于其领域内的钻进工作。岩土工程勘探时，通过岩芯钻探设备和取样钻探设备来实现对地质的取样勘察。
1.2钻进方法
在岩土工程勘察过程中，在进行钻进过程中所采用的一切方法即称为钻进方法。在实际钻进过程中，可以采取的钻进方法较多，不论是按钻进工艺，还是钻进时是否采取岩芯或是回转钻进时破碎岩石所使用磨料的不同，都可以将钻进方法分为不同的类型。但无论哪种钻进方法都是为了在钻进过程中能够实现破碎孔和破碎井底岩石的需要。
2不同地层的钻探工艺
2.1粘性土
（可塑偏软/硬粘性土）针对软弱粘性土强度低、压缩性很大且渗透系数很小、触变性及流变性大等特点，可采取重锤冲击钻进和长/短螺旋钻进，如果钻探环境位于地下水位以下，可采取套管螺旋钻进或冲击回转钻进。重锤冲击钻进效率比较低，且对孔底附近一定范围内地层有扰动。螺旋钻进通过电动机带动螺旋钻杆在钻压作用下使钻头回转吃入地层，将地层按螺旋线逐步切削，切刮下的土质碎屑沿螺旋叶片上返到孔口，该方法钻进效率高且不用清洗设备。长螺旋钻进直径应小于1m，深度不超过15～20m之间。短螺旋钻进属于非连续型钻机，较之长螺旋钻效率稍低，其孔径多在2～3m内，钻进深度一般小于30m，最深不超过50m。冲击回转钻进对泥浆比例要求较高（表1），避免水流将钻进土层冲散混入泥浆。必要时可在回次终了时，停止送水，增加干钻进尺距离已获得土层样品，或采用双动双管取心钻具。对于硬塑状粘性土，一般的螺旋钻进在土的粘性较大时易发生埋钻或钻杆折断的现象，且对土层扰动较大，应尽量选用小肋骨钻头，冲击回转钻进方法。冲击回转钻进技术分）液动、气动和气液混合动力三种，具有效率高、钻具转速低、钻头寿命长和孔内事故少等特点。液动冲击回转钻进以清水或泥浆形成高压作为动力，钻孔直径一般为56～130mm，最大不超过400mm，钻孔深可达800～1000m；气动冲击回转钻进以高压空气为动力，钻孔直径介于65～228mm之间，最大可达到762mm。施工中应先慢速钻进，使钻头切入土层后改用中速转进，可加快钻进速度且钻具提升阻力小。
2.2砂层
该地层的钻探工艺与砂粒粒径有很大关系，且受地下水影响较大。螺旋钻进适合砂土中粘粒含量较高且砂粒主要为粉细砂的地质环境，如果需深孔钻进，可在施工后期换用小直径螺旋钻。粉细砂杂粘性土情况下，应降低钻速，减小钻进压力，泵量调整至适中。回次终了前，应以泥浆清洗钻孔，将孔内悬浮的粉细砂带入泥浆池后方可停泵，减小沉砂卡钻事故发生的几率，停泵后干钻0.3～0.5m，确保岩心不脱落。对于中粗砂、砾沙以及地下水位以下的沙土，一般采用品字形硬质合金钻头，低转速，灌浆泵吸反循环钻进，过程中需不断浮动钻具，慢提快放，形成空底反循环。因钻头外径略大于岩芯管，所以能很好地约束岩芯管，确保岩芯的原始结构。没回次终了前，以泥浆清洗钻孔，去除空中悬浮粗、砾沙，防止沉砂卡钻。最后停泵干钻0.2～0.3m，停止浮动钻具精细干烧，防止钻孔周壁坍塌造成废孔，并带出岩芯样品。
2.3卵石层
在卵石层进行钻探时，其工艺受到的影响较多，所以在不同的地层条件下需要采用不同的钻探工艺来进行勘探工作。对于较薄地层情况下，可以利用泥浆护壁回转方法进行钻进，而当遇到较厚地层时，在粘性土含量较低的情况下，则可以利用跟管进行钻进，确保进尺的连续性和顺利性。利用回转钻时时则适用于地层密实度较高的情况，这样可以有有效的起到保护孔壁坍塌的发生。为了确保孔壁能够得到有效的保护，必要时也可以采用投入粘土球的方法进行钻进。而一时有塌孔现象发生时，则需要采取必要的措施，往往是通过加大泥浆浓度，或是在钻到一定深度后拔出钻具放入跟管的方法来继续进行钻进，而且在对钻进的速度进行有效的控制。利用反丝套管来避免出现丝扣脱滑现象的发生。另外在砂层和卵石层钻进时，则需要采用高质量的泥浆进行钻进，有效的起到保护孔壁的作用。
3结语
(1)过于地质化的勘察资料
长期以来我国的岩土工程勘察当中的分工都是比较细的，这也就导致了专业间以及室内和室外的配合难免会出现一定的偏差，并且当时进行岩土工程勘察的新技术以及新方法都是比较少的，同时也没有建立起一种合理的岩土工程勘察技术应用体系并且专业的设置方面太过细则化。这也就造成了最后不同的勘察人员给出来的勘察报告之间存在着极大的差别。再加上设计人员对于岩土工程的勘察工作并不是十分的熟悉，只是单纯的从勘察人员给出的勘察报告当中去获取自己需要的数据以及信息，这样就造成了设计人员不能够很好的对岩土工程当中的信息进行理解，导致勘察工作以及设计工作无法实现连接以及转化。从而导致了勘察工作以及设计工作当中人力以及物力的浪费，甚至于严重的时候还会造成很多不合理的设计出现。
(2)数字化地图以及数字化系统的贯通性不足
地形图在设计系统当中是处于基础地位的，是设计系统的底图。但是数字化地图在技术研究的层面上还没有达到一定的高度，导致了数字化底图与CAD设计软件之间没有办法实现良好的匹配，这也就妨碍了对接工作的实现。(3)勘察信息的数字化水平比较低按照传统的做法，岩土工程勘察部门在向设计部门提供勘察信息的时候主要提供的就是设计图纸、表格以及相应的问题报告。但是这种提交方式的缺点就是，针对于信息内容，采用了太多的定性描述，同时在提交的报告当中含有很多的勘察人员自身的主观认识以及判断，所以说设计人员无法对其中的岩土工程勘察信息进行准确的理解，在对这些勘察信息进行利用的过程当中就会遇到很多困难。
二、数字化勘察技术的内涵
数字化岩土工程勘察技术从比较狭义的角度来看就是通过一定的手段岩土工程项目当中的所有信息进行整合，然后借助计算机及辅助信息技术实现勘测设计的数字化，这种数字化也就是用现代化的CAD技术来取代传统的手工方式。
三、岩土工程勘察数字化技术与实施
（一）岩土工程数字化建模方法
岩土工程地质建模的方法以及类型还是非常多的，其中比较具有代表性的建模方法就是表面模型法，这种方法也就是传统的建模方法，这种建模方法当中主要应用的就是工程地质体的外表面，从而使人们能够比较正确的对均质地质体进行掌握的一种方法。虽然说这种方法的年代比较久远，但是这种方法并没有因为时间的原因而被淘汰，这种方法在现在还是受到人们广泛的欢迎。这种建模方法当中所需要的数据主要就是来源于一些处于离散状态的测点资料。这些数据当中主要包括了两种数据类型，第一种数据就是集合特征数据，第二种数据类型是属性特征数据。在得到了这些数据之后，利用这些数据对地质体界面结果进行一定的解释。对地质体的空间属性的确定主要就是依靠的得到了一些列属性相似的电，然后将这些点用一定的规则相互的进行连接，这样在构成了网状的曲面片之后也就构成了空间属性。在进行勘察的过程当中想要进行表面展示的方法是有很多的，其中比较常见的方法有数字模型法、图示模型法。现在主要介绍一下图示模型法。图示模型法当中的类型是比较多的，比如边界表示法、规则格网法、等线值法以及不规则格网法等。
（二）数字化岩土工程勘察实施
在数据化岩土工程勘察的数据当中主要就包括了两个方面的数据，一个方面的数据是地理信息方面，另一个方面就是空间数据处理。这些数据在数字化岩土工程勘察当中的来源还是十分的广泛的。这其中主要表现在两个方面，一是基础数据地理数据的获得。这些数据主要就是从自然区划图、地形地貌图。真毒自然区划图，这种图的制作的目的就是为了能够对特定的地区之内的地理区划、河流、道路以及居民区和山川等进行描述。同时，针对岩土工程勘察的数据还可以对这些区域之内的工程地质勘察的信息进行一定的收集，然后对这些收集到的数据进行筛选以及处理等。其中对于各个勘探点还需要注意对地理、环境等物理力学信息进行一定的收集。从上面的描述当中我们能够看出，数字化岩土勘察工程当中数据库系统的建立可，通过数字化系统建立岩土工程勘察数据库的概念分析，并且还需要对岩土工程勘察数据库管理工作给予到足够的重视。此外就是需要进行数据库的建立，需要对岩土工程一体化系统当中的数据进行收集，这些收集的数据包括了用户输入的原始数据、中间数据以及最终数据。然后可以根据这些数据进行相关的模型的建立。然后用户就可以根据这些模型的建立来选取材料，还可以处理以及利用数据库当中的各种相关的信息。
四、结语
岩土水理性质也是岩土工程勘察工作中的需要勘察测量的重要内容。岩土水理性质指的是地下水和岩土相互作用表现出来的性质。在自然界当中地下水的赋存形式主要有结合水、毛细管水和重力水三种。岩土的主要的水理性质判定岩土水理性质的办法有五种，包括软化、透水、崩解、给水、胀缩。在实际测量岩土水理性质的时候根据不同的情况采用不同的方法。在这五种方法里面软化性是使用的比较多的一种。软化就是指岩土主体在浸水之后，力学强度会出现下降的特性，在工程当中我们用软化系数来表示这个特性的强弱，这种特性可以判断岩石是不是耐风化、抗水侵。胀缩性是指岩土主体在吸水之后体积会变大，失水后体积会相应的减小的特性，岩土的胀缩性的起因是在岩土的颗粒表面有一层结合水膜，这层水膜吸水会变厚，失水会变薄。岩土的这种特性决定了岩土工程是比较容易出现裂缝还是不容易出现裂缝。
二、地下水可能引起的岩土工程的主要危害
地下水之所以能够引起岩土工程出现问题主要是因为地下水会出现不稳定的水位变化以及地下水的水动压力以及地下水对于建筑物的腐蚀这三个方面，其中前两个方面是最为主要的两个方面。地下水的水位变化主要有三种形式，一种是地下水的水位上升，一种是地下水的水位下降，另外一种是地下水的水位频繁变化，不断地上升和下降。如果地下水的水位只是在小范围内出现波动一般不会对岩土工程造成很大的影响，但是一旦浮动范围过大，则非常容易影响岩土工程的施工和使用。地下水位频繁的升降波动对岩程可能造成的危害主要有：能引起建筑物的破坏和膨胀性岩土胀缩变形。地下水动压力作用对岩土工程造成的危害上要原因是自然原因或者人为工程活动改变了地下水的天然动力平衡条件，在移动水压动力力作用下。引起岩土的渗透变形，造成流砂，管涌。基坑突涌等一些非常严重的、带有毁灭性的工程危害，造成安全隐患影响工程的质量。
1.地下水的水位下降可能引起的岩土工程的危害现如今，地下水的水位降低大多是由于人为因素，比如说人类为了某些商业原因会集中大量的抽取地下水、在采矿的时候可能出现矿床疏干、还有就是在河流的上游筑坝、修建水库等水利工程会截夺下游的地下水补给等等。地下水的水位过分下降，可能会导致地裂、地面沉降、地面塌陷等许多严重的地质灾害以及地下水源桔竭、水质恶化等恶劣的、不可修复的环境问题，这些后果无论是对岩土体、建筑物的稳定还是人类自身的居住环境都会造成很大威胁。
2.地下水的水位上升可能引起的岩土工程危害能够引起地下水的水位上升的原因有很多种，最主要的是地质因素就是地下含水层的结构变化。另外像气象因素比如说降水变化，气温变化都有可能导致地下水位的上升。还有一些人为因素比如说灌溉、施工也有可能造成地下水位的上升。地下水位上升会造成土地的沼泽化、盐碱化，导致地下水对建筑物的腐蚀性增强。地下水位上升还可能导致岩石层出现滑移和崩塌等地质灾害。
3.地下水水位的频繁升降可能对岩土工程造成的危害地下水水位的升降变化能够造成膨胀性的岩土因为膨胀系数不同，吸水多少不同产生不均匀的胀缩变形，当地下水的水位升降比较频繁的时候，不仅会导致岩士的膨胀收缩变形不断的往复出现，而且会导敛岩土的膨胀收缩幅度不断地加大，久而久之会导致地裂引起建筑物特别是质量不大的轻型建筑物的破坏。地下水水位的升降变动带内可能出现的情况就是由于地下水的水位变动过快，土层中的胶结物比如铁、铝等主要的成分会被水带走，土层一旦失去了胶结物就会出现土质变松、含水量增大、孔隙增大等问题，给岩土工程的基础选择、处理带来很多不必要的麻烦。
4.水文地质勘察在岩土工程勘察中的评价岩土工程的勘察中涉及的基本理论主要包括土力学的一些基本知识以及一些主要的工程地质理论等。岩土工程问题的解决实际上就是在理论知识的指导之下，岩土工程的操作人员利用自己的工作经验结合实际的工作情况来建立合适的模型，进行试验得到相关参数，进而判断的一个解决问题的过程。
三、结语
（1）有利于加快施工工程进度，缩短工程期限。
在一体化的施工模式之中，岩土工程的勘察、设计和施工三个环节不再是各自独立，而是紧密地联系到一起，通过有机的协调组合，可以使施工团队对这三个施工环节齐头并进，这样就可以大大地节省传统模式中的环节衔接所需要的时间，从而有效地提高施工的效率，大大地缩短整体施工的时间，有效地提高工程的进度。
（2）有利于新施工技术的应用和创新。
在勘察、设计与施工一体化的施工模式之中，为了能够有效地提高工程质量，施工团队都在努力地提高对新施工技术的使用效率，以便保障自己的施工能够得到切实的加快，而对于施工中不断遇到的新的问题和挑战，施工团队工作者又会根据实际的需求，不断地谋划新的施工技术，解决现代施工过程中遇到的各种各样的问题。因此在一体化的施工过程之中，为了能够更好地适应现代施工的需求，解决现代施工中遇到的新问题，就会不断地加强新施工技术的应用和创新。
（3）有利于节省工程成本，提高经济效益。
在现代的岩土工程施工过程之中，勘察、设计与施工不再是被简单的分离，而是可以有机的结合，在设计的过程之中可以同时进行前段的施工和后段的勘察，两个不同的施工团队可以同时进行工作，这样相对来说就会节省人力、物力、财力的支出，从而达到节省工程成本的目标。同时施工团队齐头并进也可以加强企业对施工进度的质量的掌握和控制，从而增加共同资源的使用效率，提高工程的整体经济效益。
（4）有利于明确承包商和业主之间的负责分工，减少矛盾纠纷。
一体化的岩土施工模式可以有效地简化工程的招标过程，保障在施工的过程可以明确地做到只有承包商和业主两方责任人，这样就可以明确地规定双方负责人的主要责任和工程的权利义务，从而有效地避免一些施工过程中推诿扯皮这样的矛盾纠纷的存在，简化矛盾纠纷的复杂程度，提高矛盾解决的效率。
2实施勘察、设计和施工一体化的岩土工程施工模式的必要性
随着社会的发展进步，岩土工程的施工质量也有了显著的提高，对建筑行业的发展和人们生活水平的提高都起到了巨大的促进作用，现在岩土工程的施工模式主要以勘察、设计、施工一体化的施工模式为主，这种施工模式不仅能够大大地节省人才物力的投入，而且能够有效地提高施工的效率。在现在施工过程中实行一体化岩土施工模式的必要性是：
（1）一体化的施工模式是现代岩土工程的行业发展的主要趋势。
勘察、设计、施工是岩土工程中最重要的三个环节，这三个环节的好坏会直接地影响到整个工程质量的好坏。因此为了能够有效地提高岩土工程的施工质量，现在的施工团队就在积极地采取各种的技术措施来完善施工的过程，而无疑的一体化的施工模式是现代最先进、有效的岩土施工技术。
（2）一体化的施工模式是由岩土工程的现状所决定的。
虽然我国的岩土工程施工技术经过30年的发展已经日渐的成熟完善，各种的施工技术和施工的流程都相当的完备，但是由于我国仍处于发展的重要阶段之中，面临的各种新问题和情况也在随着社会的发展而不断地涌现，岩土工程理论及实践还有待进一步的加强和提高，此时若发生意外事故将会给工程带来极大的损失，所以必须要加强一体化施工模式的发展，以切实提高工程的施工质量。
（3）一体化的施工模式是由其自身的优点所决定。
与传统的岩土施工模式相比，一体化的施工技术不仅能够有效地减少施工成本支出，大大地缩短工程期限，而且还可以切实地提高施工工程的质量，确保工程建设的经济效益，保障岩土工程更加符合现代社会的发展需求。这些优点决定了一体化的施工模式必将成为现代岩土工程的主要模式，在现代的施工过程中能被有效地区性地利用。
3区性有效加强岩土工程的勘察、设计、施工一体化施工模式发展的措施
近年来，随着科技水平的发展提升，人们对于岩土工程的施工模式也提出了新的要求。传统的分步实行、先后统一的模式已经不能满足现代施工的需求，勘察、设计与施工一体化的施工模式逐渐成为了现代岩土工程施工的主要形式，大大地促进了岩土工程的施工质量和施工水平。为了能够有效地提高岩土工程施工一体化的发展，需要采取一定的措施促进施工一体化模式的推广，这主要包括以下几个方面的措施：
（1）加快法律法规制定，建立完善的一体化建设模式管理体制。
我国现在的法律法规对于岩土工程施工一体化建设标准还没有明确的规定，这给实际施工质量和标准带来了很大的漏洞和不明确性，为了能够有效地规范一体化施工建设模式的质量标准，就必须要加强法律的规范，从而为施工建设质量提供法律的保障和依据，减少施工中出现的失误和不足，有效地提高岩土工程施工的质量。
（2）转变传统观念，明确一体化模式的市场定位。
随着科技水平的发展提升，传统的施工模式已经不能满足现代施工的新要求，必须要与时俱进，不断地采取新的技术和手段，提高施工的技术水平，这样才能更好地保障岩土工程的施工质量。近年来，勘察、设计与施工一体化的施工模式逐渐成为了现代岩土工程施工的主要形式，这种模式可以有效地缩短施工的期限，提高施工的效益，因此就必须加强对这种施工模式的发展，肯定其在市场中的重要经济地位，以不断满足现代施工发展的要求。
（3）承包企业要完善企业内部的组织结构体系，确保岩土工程一体化建设施工的顺利开展。
勘察、设计、施工一体化施工模式的开展归根结底还是承包企业的行为，若是企业不能够采取有效的措施加强其在实践中的实行，那么一体化的施工模式也将不能够实行。因此为了能够有效地开展一体化的岩土建设施工模式，承包企业就必须要完善其内部的组织结构体系，明确各个部门的分工职责，落实好各个员工的任务安排，从而有效地保障整个施工过程能够平稳有序的进行。
4结语
（1）深基坑的开挖。由于超高层建筑基础的埋深较大，因此，基坑的开挖深度也较大，必须重点针对深基坑开挖过程中在深度影响范围以内的地下水埋藏情况、岩土分布及力学特点等条件进行科学勘察，以便为各侧边的地质模型、降水设计及深基坑支护提供相应的参数。
（2）环保及抗震设计。必须详细地对基坑周围的建筑、地下设施、管道渗漏、车辆及道路载重等条件进行勘察，为基坑支护以及降水设计所需采取的施工监测及环保措施提出有利的建议。在抗震设计中，需要对建筑场地的类别及地基地震效应等进行有效地分析与判断，为土层的剖面、覆盖层厚度等提供相应的动力参数。
2岩土工程在超高层建筑勘察中的应用分析
2.1应用要点分析
（1）场地勘察及方案制订。在超高层建筑建设过程中，岩土工程勘察是一项基础性工作。一方面，需要对场地适宜与否、稳定与否进行科学地评价，并针对是否液化予以合理分析。同时，还需要对场地基土的岩土工程性质进行科学评价。例如，对基础持力层进行分析和评价，对桩基础、天然地基等进行分析、评价等。此外，有些现场还可能需要对溶洞、滑坡等进行评价等。另一方面，由于超高层建筑具有埋置深、荷载大等特点，因此，地基勘察相对更为复杂。此外，选取科学的基础方案可有些降低工程造价。
（2）深入勘察施工底层结构。为了满足基础类型设计及选择需求，必须详细地掌握施工地层的结构及其变化。一方面，为了尽量满足地层结构纵横变化方面的需求，要求勘察点之间的距离应尽量小，通常15-35m为宜；另一方面，勘察点深度应尽量深。为便于计算，会有不少于二分之一勘察孔总数的控制孔孔深超过压缩层预想的深度；此外，地质与水况条件应首先查明，若利用桩基，基坑将会很深，会为施工带来不少问题，要求施工人员必须在自身区域内对有关设备进行布置。入岩段进行打孔，并钻得岩心，获得岩石标本后科学判断，对岩石面进行确定。以所所掌握岩石规律及特性为依据，对基岩面标高的等高线图进行科学绘制，依据设计深度对岩石的深度进行控制，通过小径深度钻入，以防引发质量隐患。
2.2应用难点分析
（1）勘察点复杂情况及地下水位测量。首先，应依据某地基的等级开展勘查工作，针对所采集建筑的岩土试样，应开展科学的评价与分析，若存在如盐渍土、湿陷性土等特殊岩土，将会导致地基等级变化，致使勘查点之间的距离不合逻辑。为此，岩土工程在超高层建筑勘察应用时，必须全面负责；此外，勘查点深度也是难点之一。鉴于建筑结构形式及勘察深度各不相同，针对地质条件较好的密实性的碎石土区，应适度降低深度，就商场、地下室等多层框架结构建筑而言，因柱网荷载及基础面积较大，有些甚至会采用桩基，导致勘察更复杂；地下水测量时要求各个勘查点应同时开展测量，且需要在最后钻孔施工结束24h之后再进行，测量时应对地下水开采情况进行分析。
（2）试样采集及地震效应分析。试样采集应严格依据相关规范要求进行，因原状样的高度、数量不足，或密封性不佳等问题，导致土中含水量大量散失。不少勘察单位对于比重试验并未给予足够的重视，往往由经验进行估计，很少开展实测。岩土工程中此类误差在可接受范围内，但若涉及渗透流稳定研究等工程项目时，会带来严重影响，甚至得出错误结论；针对岩土情况的勘察，仍需充分考虑地震效应。某些勘察单位出于人力、经济、科级因素的考虑，往往依据已有经验对覆盖层的厚度及场地类别进行判断，对工程抗震造价带来不良后果。此外，地基处理之后，还需要考虑到剪切波速以及地基土的类别是否会改变。
3结语
关键词：双曲线模型理想弹塑性波动方程
1概述
在运用波动方程法预测桩的可打入性及单桩极限承载力中，桩周土体静力模型的合理选择是个极其重要的问题。土体的静力特性远非线弹性、理想弹塑性能简单描述，而非线性、非弹性、弹塑性等模型可较好地描述。因此，改进土体静力模型及其计算参数的确定方法，是进一步完善波动方程分析法的一个非常重要方面。
桩侧摩阻力的发挥一般是桩体和土体之间的剪切破坏，也可能是桩体带着部分土体，土体间的剪切破坏，而桩端阻力的发挥有的是“刺入”破坏，有的是“压剪”破坏[1]。由此可知，桩侧土主要承受剪切变形，而桩端土体变形主要是压缩，而且不能承受拉应力，桩侧土体和桩端土体的变形和破坏机理是截然不同的。
文献[2]通过室内剪切试验，测得不同法向压力下，钢和混凝土材料分别与土之间的摩阻力与剪切位移的关系曲线，用以描述桩、土间的荷载传递特性。结果表明摩阻力和剪切位移呈非线性关系，而且符合双曲线方程。汉森(Hansen)、瑞典桩基委员会和ISSMFE提案也都曾假定压载试验的荷载-位移(P-S)曲线为双曲线[3]。曹汉志[4]通过试桩发现实测到的荷载传递曲线可近似用双曲线来描述。王幼青、张克绪[5]等人通过分析71根桩的压载试验的荷载-位移(P-S)曲线，得到S/P-S的线性回归的相关系数的平均值为0.9976，这表明桩的荷载-位移(P-S)曲线完全可近似用双曲线关系来拟和。但该文中不分桩侧土体、桩端土体，均采用双曲线模型来模拟，模型中参数完全基于桩的静载荷试验值，不易推广。
由上述土力学理论及室内、室外试验结果，都表明在静荷载作用下桩周土体表现出非线性特性，并可用双曲线来描述荷载与位移的关系。但基于桩侧土体和桩底土体的变形及破坏机制不一样，而且桩端土不能承受拉力的特点，因此，桩侧与桩端土体静力模型应用不同的模型来描述。为简化起见，文中桩侧土体静摩阻力与剪切位移的模型采用双曲线关系，桩端土体仍采用理想弹塑性模型来描述(即同Smith法[6])。
2桩周土体模型
2.1改进的桩侧土体模型在动力打桩过程中，桩侧土体单元i在时刻t时所发挥的静阻力和动阻力分别由非线性弹簧(双曲线)和缓冲壶组成的模型来模拟(如图1)。
2.1.1桩侧土体静摩阻力双曲线模型桩侧土体单元i在时刻t时所发挥的静摩阻力Rs(i,t)(下文简写为Rs)与剪切位移S(i,t)(下文简写为S)假定用康纳(Kondner)双曲线拟和，即Rs-S的关系曲线，如图2中(a)可用下式表示：
Rs=S/(a+bS)
(1)
式中：a、b为待定系数。
式(1)可改写为
S/Rs=a+bS
(2)
设以S/Rs为纵轴，S为横轴，可构成S-S/Rs的新坐标系，则双曲线可转换成直线，如图2中(b)其截矩为a,斜率为b。由式(2)可得，当S∞时，
(3)
即用极限摩阻阻力Rult表示S∞时的值，也即为Rs的渐近值。实际上工程中S不允许趋向无穷大，当达到一定值后，土体单元就被认为已破坏了，破坏荷载为Rf，它总是小于Rult。可令：
Fr=Rf/Rult
(4)
称Fr为桩侧土体单元的破坏比，则有Fr＜1.0。文中的Fr假定可参照土体DuncanChang模型[7]的破坏比取值。
同样，由式(2)可得，当S0时，
(5)
而(SRs)S0是曲线Rs-S的初始切线刚度，也是该曲线上最大的切线刚度，用Kmax表示(见图2)，因此
a=1/Kmax
(6)
可将(Sf,Rf)代入式(1)，得
Rf=Sf/a+bSf
(7)
由式(7)得到
a=1/Kmax=Sf(1-Fr)/RultFr
(8)
关于Sf取值，可参照文献[8]：黏性土剪切破坏的最大位移一般为5～8mm，无黏性土剪切破坏的最大位移一般为8～12mm。
本文根据Masing准则和Pyke对Masing模型的修正方法[9]来确定卸载与加载的荷载RS与位移S的关系曲线。从第一象限状态点(S1,Rs1)处卸载阶段(如图3中曲线2)，土体单元的静摩阻力为
Rs=Rs1+(nRultKmax(S-S1))/nRult+Kmax(S-S1)
(9)
式中：n=1-Rs1/Rult。
从状态点(S1,Rs1)处加载阶段(如图3中曲线3)，土体单元的静摩阻力为
Rs=Rs1+nRultKmax(S-S1)/nRult+Kmax(S-S1)
(10)
式中：n=-1-Rs1/Rult。
采用Pyke法能有效地避免了卸载和反向加载时土体承受的荷载超过其最终强度的现象。
2.1.2桩侧土体的动阻力计算假定桩侧土体单元i在时刻t时的动阻力Rd(i,t)与上节中计算出的静阻力Rs(i,t)和单元速度V(i,t)成正比，比例常数采用桩侧土体单元的经验阻尼系数J(i)，即
Rd(i,t)=J(i)Rs(i,t)V(i,t)
(11)
则在所发挥的总阻力R(i,t)为
R(i,t)=Rs(i,t)+Rd(i,t)
(12)
2.2桩端土体模型桩端土体单元用理想弹塑性模型来描述土体力学与变形特性，即弹性、塑性与动阻力分别由弹簧、摩擦键及缓冲壶组成的土体流变模型来模拟(图4)。土体单元的加载弹性变形由线段OC(弹簧)模拟，塑性变形由线段CD(摩擦键)来模拟，DE段表示桩端土卸载弹性变形阶段。详细的模型描述参见文献[6]。
3一维动力打桩波动方程
1931年，D.V.Isaacs指出能量从桩锤传递到桩底不是简单的刚体撞击动力问题，而是撞击应力波在桩身内的传播问题[10]。他将桩周土体阻力R′引入古典的一维波动方程得到
(13)
式中：x为桩截面的位置坐标；u为x处桩截面的质点位移；t为时间；R′为桩身土阻力；C为弹性应力波波速，单位：m/s；；E、ρ分别为桩材料弹性模量、密度。
然而式(13)仅仅在古典的一维波动方程中机械而简单地引入桩周土体阻力R′，并没有真正反映出打桩过程中波动响应。根据方程各个分量的量纲分析，桩周土体阻力R′的量纲应为1/m，而力的量纲为N，因此，R′的物理意义不明确。
考虑桩身自重和桩周土阻力的情况下来建立一维动力打桩波动方程如下：
(14)
式中：R为桩单元受到的土阻力，单位：N；G为桩单元的重量，单位：N；g为重力加速度，单位：m/s2。其它量同式(13)。方程右边的第二项为桩的自重对应力波传播的影响；方程右边的第三项为桩周土体阻力对应力波传播的影响。
显然，该方程与方程(13)明显不同，而且有：
(15)
因此，严格地讲R′不是桩周土阻力，而是反映桩周土体阻力的一个参数，其量纲为1/m。
目前求解波动方程(14)常采用特征线法、有限元法及差分法。由于差分法简单且实用，故文中仍然采用该法，以一维应力波动理论为基础，采用上述桩周土体模型编制了动力沉桩分析软件ADP(AnalysisofDrivingPile)。
4工程实例
运用ADP程序对某海洋石油平台动力打桩工程进行计算分析。在实际试桩过程中进行了沉桩过程中贯入度、应力等数据监测，并在打桩完成后一段时间进行了复打及静载荷试验。
4.1工程介绍某海洋石油平台地区水深24.5m，潮差1.0～1.5m。从地质资料由上而下基本可分5层(表1)，土质不均匀，夹层较多，表面有较厚的淤泥层在覆盖。平台桩基试桩为钢管桩，贯入深度0～16.1m范围内用M40型柴油锤打桩，在贯入深度16.1～26.48m范围内采用MB70型柴油锤施工。该桩总长为69.11m，整个桩打入到设计贯入深度26.48m，即桩端持力层位于第⑤层——粉细砂层，如图5所示。桩身壁厚变化，即δ=14～36mm。
表1某海洋平台试桩处的各土层的物理力学指标
土体名称
标高
/m
含水量
ω
饱和容重
γ/(t·m-2)
比重
液限
WL
塑限
WP
塑性指数
IP
孔隙比
e
粘聚力C/kPa
内摩擦角
φ/°
①淤泥
②淤泥质粘土
③粉细砂
④亚黏土
⑤粉细砂
0.0--4.5
-4.5--5.5
-5.5--10.5
-10.5--16.5
-16.5--29.5
41.5-54.4
21.5-25.8
15.7-27.1
1.7-1.75
2.0-2.05
1.93-2.12
2.65-2.67
2.68-2.72
2.68-2.70
44.5-53.8
27.1-33.3
-
20.0-21.4
14.9-18.1
-
24.5-32.4
11.7-15.2
-
1.16-1.41
0.599-0.72
0.5-0.773
5.0-8.0
-
23.5-27.0
36.0-40.0
表2各单元的重量G(i)和横截面积A(i)
单元编号i
3-7
8-11
12-15
16-19
20-23
24-27
28-31
32-35
36-39
A(i)/cm2
G(i)/kN不包括土塞
853.
6.77
958.6
7.66
1017.5
8.14
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1155.0
9.07
1060.8
8.46
单元编号i
40-43
44-47
48-51
52-55
56-59
60-63
64-67
68-71
A(i)/cm2
G(i)/kN不包括土塞
595.6
4.75
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
568.0
4.46
注：桩身外露单元共45个，其中46～49号单元桩周土为表层淤泥，程序中不考虑该土层对桩阻力的贡献。
4.2计算参数选取分别采用Smith法模型(桩侧土体和桩端土体均采用理想弹塑性模型)和本文改进模型(桩侧土体用双曲线模型，桩端土体用理想弹塑性模型)来进行动力打桩数值计算分析。为简化起见，计算中仅考虑用MB-70型柴油锤进行分析。具体参数选取如下：(1)MB-70型柴油锤：锤心重72kN，锤心落高为2.7m，锤心刚度为2.1671×106MPa，锤击效率η=0.95；(2)锤垫为白棕绳，其弹簧常数为5.0MN/cm，恢复系数e=0.5；(3)冲击块和桩帽：冲击块重30kN，桩帽重21kN；(4)无桩垫；(5)钢管桩的几何参数详见图5、表2(不考虑土塞效应)，桩材弹性模量E=2.1×10.5MPa。为提高分析精度及更好地考虑土体的性质，每个桩单元长度设为1m；(6)据时间步长选取原则，计算时间步长Δt=0.00018s；(7)桩周阻力分布假定：桩端土的阻力分配比PER=40%，且桩侧土体侧摩阻力均匀分布；(8)土质参数：因桩是大直径管桩，据文献[11]可适当加大桩端土最大弹性量的取值。Smith法模型：桩侧土QS=0.254cm，桩端土QP=0.3048cm；改进模型：桩侧土体参数包括：土体破坏变形值Sf，土体的破坏比Fr(见表3)，桩端土体最大弹性变形QP=0.3048cm。两模型的土体阻尼系数均取：桩侧土JS=0.22s/m，桩端土JP=0.66s/m。
4.3桩的可打入性预测分析运用ADP程序对试桩进行可打入性分析。图6、图7及图8分别为两模型预测桩在打入过程中所需锤击数、所发挥的静阻力及桩身最大拉、压应力值；图9、图10分别为在桩打入到26.48m处在一次锤击过程中桩顶单元的应力响应曲线、桩身所有单元的最大应力值。由图6分析，在整个贯入过程中，改进模型得到的所需锤击数与实测贯入曲线非常接近。从泥面开始到贯入深度10m范围内，两模型得到的所需锤击数基本一致，但从10～26.48m范围内，改进模型的计算值小于Smith模型的相应结果。在最大贯入深度26.48m处，本文模型、Smith模型得到的贯入30cm锤击数分别为：357击、681击，前者约为后者的50%，而实测值为贯入30cm303击。因此，改进模型的预测结果较准确，相对误差为18%。从计算和实测结果发现，沉桩到最大贯入深度处时(位于⑤粉细砂层)，非常难打。
由图7分析，随着贯入深度增加，发挥的桩周静阻力基本线性增加，这与计算中假定的桩侧土体均匀分布有关。本文改进模型计算值略小于Smith法模型的相应值，在最大贯入深度处所发挥的桩周静阻力分别为：9.6MN和8.699MN。
由图8分析，随着贯入深度增加，桩身的最大拉应力反而减小。在泥面附近贯入深度处，拉应力值最大，两模型的计算值均约为139.0MPa。故在沉桩初期(特别对于混凝土桩)，应尽量采取措施减少锤击能量(如轻锤，或重锤小落距)，以减小锤击拉应力值，防止桩身拉裂。在整个沉桩过程中，两模型得到的最大压应力值变化趋势非常一致，即先增加后减小，但本文改进模型所得到的最大压应力值略小于Smith法模型的相应值，在最大贯入深度一半处，两模型的最大压应力值都达到最大，分别为：183.2MPa、197.6MPa。钢管桩的屈服强度Fy为360MPa，显然在沉桩过程中桩不会发生柱状屈曲，即满足强度要求。
由图9分析，在0～15ms范围内两模型分析得到的在一次锤击过程中桩顶单元应力响应的时程曲线基本一致，在t>15ms时，本文改进模型所得的应力值略小于Smith法。两模型得到的最大值均为120.1MPa，略小于实测最大值133.3MPa，误差约为10%，满足精度要求。
由图10分析，在最大贯入深度时一次锤击过程中，两模型得到的桩身单元最大压应力包络图非常接近，且与实测最大压应力包络图也较接近，可用于打桩工程应力控制。其中Smith法模型、改进模型计算得到的最大值分别为149.68MPa、146.65MPa，发生的位置自桩顶44m处。而实测到的最大的最大值为141.2MPa，发生的位置自桩顶7.19m处。显然，最大应力值满足钢材允许应力值。
总之，本文改进模型所预测锤击数精度高于Smith法模型，更接近于实测结果，且得到的应力响应结果和实测结果吻合较好，可用于实际打桩工程可打入性预测分析。
4.4桩的极限静承载力预测分析用ADP程序对桩在设计贯入深度26.48m处进行了单桩极限承载力预测分析。图11为两模型预测桩的极限承载力曲线。由图11分析，在贯入30cm时击数在0～20击范围内，两模型预测的单桩极限静承载力基本一致；当贯入30cm大于20击时，本文改进模型的预测值逐渐大于Smith法模型的相应值。复打贯入30cm实测锤击数为300击，Smith法模型、本文改进模型的预测值分别为8.861MN、9.442MN，而根据静载试验得到单桩的极限承载力为9.6MN。两模型计算结果与试验值的相对误差分别为7.7%、1.6%。二者的计算结果均满足工程精度要求，但改进模型的预测值的精度优于Smith法模型，更接近于实测结果，可用于实际打桩工程中单桩极限静承载力值预测分析。
5结论
(1)本文根据土性理论的非线性和非弹性的特性以及室内与现场试验结果，而且基于桩侧土体和桩端土体在竖向荷载作用情况下的变形和破坏机理不同，假定用双曲线模型模拟桩侧土体静阻力，桩端土静阻力采用理想弹塑性模型来模拟是比较合理的。(2)原波动方程中土阻力R′的物理意义不明确，只是反映桩周土体阻力的一个参数。本文以所推导的应力波动方程为基础，开发了可用于打桩分析的软件ADP。(3)用程序ADP对某海洋平台打桩工程进行了Smith法模型和本文改进模型的对比计算分析。与实测结果比较表明：采用改进模型得到的预测单桩极限静承载力值、贯入过程中的所需的锤击数的计算精度更高，更接近于实测结果，而两模型得到的应力响应结果相近，和实测结果吻合较好。这也说明，双曲线模型更接近于实际情况，可用于实际打桩工程的可打入性及单桩极限承载力预测分析。
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