哈齊客運專線TJ—3標段CFG樁單樁靜載試驗及數值分析
2014-06-10 10:59:03陳鳳英
科技創新導報 2014年7期
陳鳳英
摘 要：以嚴寒地帶的哈齊客運專線TJ-3標段為背景，對CFG樁單樁靜載試驗的方法、加載、卸載情況進行論述，根據試驗數據繪制單樁Q-s曲線，對樁的承載力特性進行分析，并利用FLAC 3D軟件根據單樁靜載試驗建立數值模型，與試驗對比分析。該工程對嚴寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。
關鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數值模擬
中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
單樁豎向承載力是CFG樁復合地基重要的設計參數，根據《建筑地基基礎處理規范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗收時，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗，檢驗承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標段為背景進行分析，通過單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應和樁土應力比，為東北地區其他工程的研究具有一定的指導意義。
1 哈齊客專TJ-3標段單樁豎向抗壓靜載荷試驗
試驗段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長21.45 m，設計單樁承載力為600 kN。本試驗采用慢速維持荷載法對單樁豎向抗壓承載力進行檢驗，檢驗樁數為三根樁，取其中1根樁進行分析。試驗儀器。本次試驗采用徐州建筑工程研究所生產的JCQ-503A靜力荷載測試儀自動控制電動油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯合反力系統。分級加載：加載等級分為10級，每級加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級加載量為分級荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測：由安裝在承壓板兩側的50 mm量程位移傳感器自動兩側沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍，當樁頂沉降量能相對穩定且總沉降量小于40 mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40 mm。（2）某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準。（3）達到設計要求的最大加載量（設計單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測數據分析。根據測試數據繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。
從圖1可以看出：（1）當加載達到極限荷載1200 kN時，CFG樁并沒有破壞，當樁端為堅硬的持力層，樁頂強度高或者模量較大時沒表現為此種形式。（2）當荷載小于600 kN時，Q-s曲線彈性性狀明顯，當荷載大于600 kN時，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現為塑性性狀。CFG在達到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時間的變化規主要同樁間土體性質有關。無論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會沉降固結，空隙水慢慢排除，土體顆粒結構也相應發生變化。但需要經歷相當長的時間才趨于穩定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。
2 試驗段數值模擬分析
本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進行單樁豎向靜載承載力試驗數值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業軟件，具有靜力計算速度快，模型簡單等優點，在樁基數值模擬領域，應用廣泛。本論文中，土體采用實體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對稱問題，選取1/2模型進行模擬計算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗采用應力加載，逐級加載方法，取預估極限值的1/10逐級加載，每級荷載平衡后再進行下一級加載，直到終止加載條件。
數值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。
從圖2可以看出：
通過二者的對比可以看出，在彈性階段，數值模擬曲線和現場實測曲線的擬合較好，進入非線性階段后，數值模擬曲線和現場實測曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復合地基承載力極限范圍內，FLAC 3D軟件可以較好的模擬現場單樁靜載試驗，能夠對單樁復合地基承載力特性進行研究，FLAC 3D可以作為復合地基設計和施工良好的輔助軟件。
3 結語
通過對哈齊客專TJ-3標段CFG樁單樁靜載試驗及數值分析，可以得出以下結論和建議供后期設計和施工參考：（1）本標段采用CFG樁復合地基處理技術，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現為線性關系。（2）荷載作用下，樁頂的沉降量與樁、樁間土都有密切的關系。（3）隨著加載時間的增長，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長的時間才能達到沉降穩定。（4）施工和堆載期間，需加強路基和地基的沉降觀測，根據最終沉降量和沉降穩定時間確定鋪軌時間。
參考文獻
[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復合地基及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.
[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應用[M].中國水利水電出版社，2011.
[3] 張尚東.CFG樁復合地基分析及承載力計算[J].石家莊鐵道學院學報，2000（S1）.endprint
摘 要：以嚴寒地帶的哈齊客運專線TJ-3標段為背景，對CFG樁單樁靜載試驗的方法、加載、卸載情況進行論述，根據試驗數據繪制單樁Q-s曲線，對樁的承載力特性進行分析，并利用FLAC 3D軟件根據單樁靜載試驗建立數值模型，與試驗對比分析。該工程對嚴寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。
關鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數值模擬
中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
單樁豎向承載力是CFG樁復合地基重要的設計參數，根據《建筑地基基礎處理規范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗收時，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗，檢驗承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標段為背景進行分析，通過單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應和樁土應力比，為東北地區其他工程的研究具有一定的指導意義。
1 哈齊客專TJ-3標段單樁豎向抗壓靜載荷試驗
試驗段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長21.45 m，設計單樁承載力為600 kN。本試驗采用慢速維持荷載法對單樁豎向抗壓承載力進行檢驗，檢驗樁數為三根樁，取其中1根樁進行分析。試驗儀器。本次試驗采用徐州建筑工程研究所生產的JCQ-503A靜力荷載測試儀自動控制電動油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯合反力系統。分級加載：加載等級分為10級，每級加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級加載量為分級荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測：由安裝在承壓板兩側的50 mm量程位移傳感器自動兩側沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍，當樁頂沉降量能相對穩定且總沉降量小于40 mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40 mm。（2）某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準。（3）達到設計要求的最大加載量（設計單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測數據分析。根據測試數據繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。
從圖1可以看出：（1）當加載達到極限荷載1200 kN時，CFG樁并沒有破壞，當樁端為堅硬的持力層，樁頂強度高或者模量較大時沒表現為此種形式。（2）當荷載小于600 kN時，Q-s曲線彈性性狀明顯，當荷載大于600 kN時，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現為塑性性狀。CFG在達到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時間的變化規主要同樁間土體性質有關。無論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會沉降固結，空隙水慢慢排除，土體顆粒結構也相應發生變化。但需要經歷相當長的時間才趨于穩定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。
2 試驗段數值模擬分析
本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進行單樁豎向靜載承載力試驗數值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業軟件，具有靜力計算速度快，模型簡單等優點，在樁基數值模擬領域，應用廣泛。本論文中，土體采用實體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對稱問題，選取1/2模型進行模擬計算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗采用應力加載，逐級加載方法，取預估極限值的1/10逐級加載，每級荷載平衡后再進行下一級加載，直到終止加載條件。
數值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。
從圖2可以看出：
通過二者的對比可以看出，在彈性階段，數值模擬曲線和現場實測曲線的擬合較好，進入非線性階段后，數值模擬曲線和現場實測曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復合地基承載力極限范圍內，FLAC 3D軟件可以較好的模擬現場單樁靜載試驗，能夠對單樁復合地基承載力特性進行研究，FLAC 3D可以作為復合地基設計和施工良好的輔助軟件。
3 結語
通過對哈齊客專TJ-3標段CFG樁單樁靜載試驗及數值分析，可以得出以下結論和建議供后期設計和施工參考：（1）本標段采用CFG樁復合地基處理技術，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現為線性關系。（2）荷載作用下，樁頂的沉降量與樁、樁間土都有密切的關系。（3）隨著加載時間的增長，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長的時間才能達到沉降穩定。（4）施工和堆載期間，需加強路基和地基的沉降觀測，根據最終沉降量和沉降穩定時間確定鋪軌時間。
參考文獻
[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復合地基及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.
[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應用[M].中國水利水電出版社，2011.
[3] 張尚東.CFG樁復合地基分析及承載力計算[J].石家莊鐵道學院學報，2000（S1）.endprint
摘 要：以嚴寒地帶的哈齊客運專線TJ-3標段為背景，對CFG樁單樁靜載試驗的方法、加載、卸載情況進行論述，根據試驗數據繪制單樁Q-s曲線，對樁的承載力特性進行分析，并利用FLAC 3D軟件根據單樁靜載試驗建立數值模型，與試驗對比分析。該工程對嚴寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。
關鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數值模擬
中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
單樁豎向承載力是CFG樁復合地基重要的設計參數，根據《建筑地基基礎處理規范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗收時，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗，檢驗承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標段為背景進行分析，通過單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應和樁土應力比，為東北地區其他工程的研究具有一定的指導意義。
1 哈齊客專TJ-3標段單樁豎向抗壓靜載荷試驗
試驗段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長21.45 m，設計單樁承載力為600 kN。本試驗采用慢速維持荷載法對單樁豎向抗壓承載力進行檢驗，檢驗樁數為三根樁，取其中1根樁進行分析。試驗儀器。本次試驗采用徐州建筑工程研究所生產的JCQ-503A靜力荷載測試儀自動控制電動油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯合反力系統。分級加載：加載等級分為10級，每級加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級加載量為分級荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測：由安裝在承壓板兩側的50 mm量程位移傳感器自動兩側沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍，當樁頂沉降量能相對穩定且總沉降量小于40 mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40 mm。（2）某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準。（3）達到設計要求的最大加載量（設計單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測數據分析。根據測試數據繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。
從圖1可以看出：（1）當加載達到極限荷載1200 kN時，CFG樁并沒有破壞，當樁端為堅硬的持力層，樁頂強度高或者模量較大時沒表現為此種形式。（2）當荷載小于600 kN時，Q-s曲線彈性性狀明顯，當荷載大于600 kN時，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現為塑性性狀。CFG在達到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時間的變化規主要同樁間土體性質有關。無論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會沉降固結，空隙水慢慢排除，土體顆粒結構也相應發生變化。但需要經歷相當長的時間才趨于穩定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。
2 試驗段數值模擬分析
本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進行單樁豎向靜載承載力試驗數值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業軟件，具有靜力計算速度快，模型簡單等優點，在樁基數值模擬領域，應用廣泛。本論文中，土體采用實體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對稱問題，選取1/2模型進行模擬計算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗采用應力加載，逐級加載方法，取預估極限值的1/10逐級加載，每級荷載平衡后再進行下一級加載，直到終止加載條件。
數值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。
從圖2可以看出：
通過二者的對比可以看出，在彈性階段，數值模擬曲線和現場實測曲線的擬合較好，進入非線性階段后，數值模擬曲線和現場實測曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復合地基承載力極限范圍內，FLAC 3D軟件可以較好的模擬現場單樁靜載試驗，能夠對單樁復合地基承載力特性進行研究，FLAC 3D可以作為復合地基設計和施工良好的輔助軟件。
3 結語
通過對哈齊客專TJ-3標段CFG樁單樁靜載試驗及數值分析，可以得出以下結論和建議供后期設計和施工參考：（1）本標段采用CFG樁復合地基處理技術，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現為線性關系。（2）荷載作用下，樁頂的沉降量與樁、樁間土都有密切的關系。（3）隨著加載時間的增長，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長的時間才能達到沉降穩定。（4）施工和堆載期間，需加強路基和地基的沉降觀測，根據最終沉降量和沉降穩定時間確定鋪軌時間。
參考文獻
[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復合地基及工程實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2006.
[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應用[M].中國水利水電出版社，2011.
[3] 張尚東.CFG樁復合地基分析及承載力計算[J].石家莊鐵道學院學報，2000（S1）.endprint
