大直徑擴(kuò)底樁的靜載試驗(yàn)與數(shù)值模擬

張嬌嬌

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

大直徑擴(kuò)底樁的靜載試驗(yàn)與數(shù)值模擬

張嬌嬌

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

利用靜載試驗(yàn)過(guò)程的樁頂沉降和樁身軸力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律，并利用有限元法對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，大直徑擴(kuò)底樁的樁端承擔(dān)的荷載較大，樁身越長(zhǎng)，極限側(cè)阻力越大。

擴(kuò)底樁；靜載試驗(yàn)；數(shù)值模擬；有限元法

隨著各種在建工程規(guī)模的逐步增大，與普通樁相比，大直徑擴(kuò)底樁由于單樁承載力高、經(jīng)濟(jì)代價(jià)相對(duì)較小而被廣泛采用，在軟土地區(qū)的基礎(chǔ)工程中應(yīng)用尤為廣泛。關(guān)于大直徑擴(kuò)底樁研究的報(bào)道也層出不窮，主要集中在兩方面：①實(shí)驗(yàn)研究［1－3］；②理論研究［4－5］。 本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了大直徑擴(kuò)底樁的承載性能

1 靜載試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概況

對(duì)某底樁在粘土環(huán)境下的承載性能進(jìn)行了試樁試驗(yàn)。共選取了兩根樁Z1（樁徑1.5m）、Z2（樁徑1.0m）進(jìn)行靜載試驗(yàn)。房建工程擬采用大直徑擴(kuò)底樁，樁徑1.0m，入土深度20.3m。場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層較厚，以粘土為主，為了研究大直徑擴(kuò)底樁的承載性能，除在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行沉降觀測(cè)外，并在樁身多個(gè)斷面布置了混凝土應(yīng)變計(jì)，每個(gè)斷面均布置兩套傳感器，以此研究大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

兩根樁的加載與卸載等級(jí)如表1所示。試驗(yàn)Q－S曲線如圖1所示。從圖1中可以看出，在加載初期，樁頂沉降變化相對(duì)緩慢，隨著荷載的加大，沉降增加幅度逐步增大，而卸載過(guò)程與加載過(guò)程的沉降變化規(guī)律正好相反，在卸載初期，沉降會(huì)彈值較小，后期會(huì)彈幅度較大。

表1 試驗(yàn)荷載表

試樁Z2的樁身軸力分布如圖2所示。從圖2中可以看出，大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律與一般的大直徑樁是有差別的，其主要差別在于樁端承受了一部分荷載，并且隨著荷載的增大，樁端阻力逐步增大，而樁側(cè)能提供的摩阻力有限。在加載初期，樁身下部的摩阻力先發(fā)揮，隨著荷載的增加逐步向上，當(dāng)荷載加大到一定程度時(shí)，樁側(cè)摩阻力基本不再增大。樁側(cè)摩阻力如圖3所示。

2 數(shù)值模擬

2.1 有限元模型

為了進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)測(cè)結(jié)果的有效性，采用有限元法對(duì)試驗(yàn)的加載過(guò)程進(jìn)行了模擬，并計(jì)算了不同樁樁身長(zhǎng)度對(duì)樁的承載性能的影響。計(jì)算土體采用莫爾庫(kù)倫模型，所用參數(shù)如表2所示。基樁則采用線彈性本構(gòu)模型，模量取33GPa，柏松比取0.168。模型網(wǎng)格如圖4所示。

表2 土體參數(shù)表

2.2 計(jì)算結(jié)果

有限元計(jì)算的Q－S曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，在達(dá)到極限荷載之前，有限元計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明模型是有效的，同時(shí)也佐證了實(shí)測(cè)結(jié)果。

考慮了3種不同長(zhǎng)度的樁身，分別為14，17，20m。計(jì)算Q－S曲線如圖6所示。從圖6中可以看出，相同荷載條件下，樁身越長(zhǎng)，沉降值越小，其安全儲(chǔ)備也就越大，極限側(cè)阻力也就越大。

3 結(jié)語(yǔ)

利用靜載試驗(yàn)研究了大直徑擴(kuò)底樁的承載性能，與普通樁相比，擴(kuò)底樁樁端承擔(dān)的荷載更大，同時(shí)利用有限元計(jì)算驗(yàn)證了實(shí)測(cè)結(jié)果的有效性，并且計(jì)算了樁身長(zhǎng)度對(duì)擴(kuò)底樁承載性能的影響。

［1］李廣展，騰延京，何頤華，等.濕陷性黃土中大直徑擴(kuò)底樁垂直承載性狀的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1994，16（2）：11－21.

［2］劉偉平，扶名福，羅小艷，等.大直徑挖孔擴(kuò)底樁承載特性試驗(yàn)研究［J］.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（1）：60－63.

［3］胡慶紅，張土喬，謝新宇.深厚軟土中大直徑灌注擴(kuò)底樁受力性狀試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（4）：87－91.

［4］高廣運(yùn)，張蕾，騰延京，等.一種確定大直徑擴(kuò)底樁極限荷載的新方法［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S2）：55－58.

［5］張蕾，高廣運(yùn)，高盟，等.一種確定大直徑擴(kuò)底樁地基土變形模量的方法［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010（S2）：285－291.

Static Load Test and Numerical Simulation of Large－Diameter Belled Pile

ZHANG Jiao－jiao
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250）

In order to study the bearing behavior of large diameter belled pile，the load transfer rule was studied with the settlement data and axial load data in the progress of static load test，and the progress of the static load test was simulated by finite element method.The result shows that the load on the pile bottom is higher than the piles in common， and the longer the length is， the threshold friction is larger.

belled pile；static load test；numerical simulation； finite element method

TV222

A

1672-9900（2011）01-0060-03

2011－03－07

張嬌嬌（1980－），女（漢族），河北邯鄲人，助理工程師，主要從事水利建筑工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）15102292655。