高频振动法沉拔钢板桩是目前常用的一种基坑临时支护施工方法。人们对钢板桩的可打入性,沉桩过程中的桩土接触特性以及桩身入土后的竖向及水平向承载力,进行了大量研究,但对如何提高沉拔桩施工效率、降低其施工产生的环境影响尚有待于深入。本文从土体和桩锤的高频振动特性研究出发,结合高频振动沉拔桩现场试验及其分析,对这些问题进行了探索。使用高频动三轴仪试验研究了饱和土体高频振动荷载下的动力特性;采用振动沉拔桩集总元件和连续杆件混合模型,通过参数分析研究了高频振动荷载作用下振动锤和桩身振动特征。在青连铁路施工现场进行钢板桩的高频振动沉拔桩足尺原位试验,研究钢板桩沉拔速率变化及其影响因素、地表振动和噪声传播规律以及沉拔桩结束后地表位移、土体水平变形和孔压变化特征。本文研究得到的主要创新性成果如下:(1)进行土的高频动三轴试验,得到饱和土体高频振动特性:振动频率的提高虽然降低饱和砂土动孔隙水压力随振动次数的增长速率,增加液化所需振次,但能加速饱和砂土动孔压随时间的增长速率,减小砂土液化所需时间。频率的提高在减缓动轴向应变随振次的增长速率的同时,加速应变随时间的增长速率;此外,频率的提高降低砂土液化时的轴向应变。频率改变对动孔压比、轴向应变比与振次比关系的曲线形态有影响。通过对试验数据拟合,分别得到了饱和砂土液化振动次数、饱和软粘土动弹性模量与振动频率关系式。高频振动沉拔桩振动频率介于20Hz~60Hz,在这一范围内提高振动频率,从时间效应分析,土体液化或软化速度加快,有利于提高沉拔速率。(2)采用振动锤-桩-土集总元件和连续杆件混合模型,研究振动锤及桩身高频振动特性:先将桩视为等截面均质弹性体,根据杆件纵向振动理论和阻抗函数传递性,由桩侧和桩底土的阻抗参数,求得桩顶等效刚度参数;再在桩锤二自由度集总参数模型中,确定振动锤激振器(桩顶)和减振横梁振动速度的幅频关系解析解。在混合模型中,分析桩身振动速度峰值沿深度变化特性。由此考察了桩身参数、振动锤指标和土体特性对桩锤振动特性的影响规律。在高频振动锤工作频率范围内提高振动频率,桩身质点振动速度增大,沉拔桩速率加快;与此同时,由于振动锤减振横梁振动同步增大,需注意施工设备保养和施工安全。(3)通过高频振动沉拔钢板桩足尺原位试验和沉拔过程数值模拟,研究了钢板桩沉拔速率变化特征及沉拔作业引起的环境问题:归纳总结沉拔速率的七类影响因子,分析桩身参数、沉拔设备指标和土体特性在沉拔桩过程不同阶段,对沉拔速率的影响程度。实际工程应用中,可采用增加振动锤振动频率和质量矩来增大振动锤激振力,提高施工效率。沉桩对土体扰动大于拔桩,其中沉桩造成地表隆起,桩周土体孔隙水压力升高且向背离钢板桩一侧移动;拔桩引起地表沉降,土体孔压升高有限且向靠近钢板桩一侧移动。沉拔桩引起的地表位移最大距离为2.5m,土体变形和孔压变化扰动区域约为5m且随深度变化。沉拔桩过程产生的地表振动幅值差异不大,沿水平方向呈指数形式衰减,并随桩底入土深度的增加逐渐减小。沉桩产生的噪声要明显大于拔桩,二者随桩底入土深度变化规律不同,随水平距离增加衰减特征类似。采用挖掘机打桩机高频振动沉拔钢板桩,产生的土体扰动、地表振动和噪声量小,适用于城市综合管廊沟槽开挖支护施工。