大直徑鉆孔灌注樁承載特性影響因素研究

趙 金 亮

(遼寧省冶金地質勘查局四0二隊，遼寧 鞍山 114000)

大直徑鉆孔灌注樁承載特性影響因素研究

趙 金 亮

(遼寧省冶金地質勘查局四0二隊，遼寧 鞍山 114000)

為了研究大直徑鉆孔灌注樁承載特性，用ADINA仿真手段結合現場荷載試驗進行對比，研究表明：在一定范圍內，隨著樁徑的增加，承載能力增強，樁頂位移較小，而樁徑過大則會影響大直徑鉆孔灌注樁豎向承載力；在實際工程實踐中，極大提高樁身混凝土等級，對樁基承載力的提高不明顯。

鉆孔灌注樁，承載特性，影響因素

大直徑樁具有適用性廣，施工速度快，質量可靠，承載能力強等優勢，因此也成為高層建筑，地下工程，公路和鐵路橋梁，港口工程等領域的基礎越來越常用的基礎形式[1-3]。為了能夠全面研究樁土作用中承載力的影響，通常需要確定樁身的尺寸參數、材料力學參數、土的力學參數。本文結合工程實際，用ADINA仿真手段結合現場荷載試驗進行對比研究。并通過參數調整，研究各個影響因素對大直徑鉆孔灌注樁承載特性影響，并對其承載規律進行了總結。

1 工程概況

該工程布設地質勘探孔6個，最大探深34.00 m，總進米169.60 m；原位測試中標貫21次，并進行了重型動力觸探實驗。分析了粉土、中粗砂、砂礫含角礫以及中風化砂頁巖的土層性質，根據勘察及原位測試實驗得出了地基承載能力及土層物理力學參數，為計算分析奠定了基礎。

1)該場地地層較為簡單，變化不大。

2)雜填土層不能作為天然地基淺基礎持力層。

3)粉土層不能作為天然地基淺基礎持力層。

4)中粗砂及礫砂含角礫層分布較為均勻。

5)中風化巖為場地內穩定地層，無軟弱夾層及下臥層，強度較高，可以作為橋墩基礎持力層，建議采用鉆孔灌注樁基礎形式。

6)各地層承載力容許值及有關參數如表1所示。

表1 土層參數表

該場地為中硬場地土，場地類別為Ⅱ類。抗震烈度6度，標

準凍結深度為1.40 m。

2 有限元仿真模擬及荷載試驗

2.1 模擬思路

1)邊界條件。根據工程情況建立3D實體模型進行模擬，有限元模型側面采用水平約束，底面采取固定約束。采用實體單元類型，節點自由度為3個平移自由度；材料參數按照地質勘察資料進行選取。

2)荷載條件將上部傳遞的荷載等效均布于樁頂，進行樁土作用分析，模擬剖面示意圖如圖1所示。

2.2 現場單樁靜載實驗

以該項目3號樁為研究對象，將單樁靜載實驗和單樁3D仿真模擬仿真進行對比分析，模擬仿真參數均取值于工程地質勘察數據，單樁靜載數據取自于實測實驗。

2.3 結果對比分析

結果如表2所示，樁頂加載10 000 kN以內，模擬值與計算值接近，說明有限元數值模擬精度較高，但模擬值更接近于線性變化。原因在于模擬值計算過程中將樁體及土層進行了相應的簡化，與實際土體、樁體參數不完全相符所導致。樁體加載實驗加到10 000 kN便進行了卸載，因此沒有后半程曲線，模擬值中所表示10 000 kN以上樁頂位移開始擺脫線性變化，變為陡增，因此可以確定樁基已經達到了極限承載能力。

表2 模擬值與實驗值

3 樁基承載力影響因素分析

3.1 樁體長度影響

只考慮長度影響，因此選取固定樁體直徑為1.0 m。長度分別采取圖2中數值，每種情況進行一次3D模擬計算，算出樁頂位移列入圖2中。

由曲線圖2可以明顯看到，樁頂荷載在0 kN～8 000 kN的范圍內，在相同樁頂荷載作用下，隨著樁長的增加，樁頂位移逐漸減小。抵抗樁沉降變形由樁端的端承載和樁體與土體的摩阻力所承擔，在一定范圍內隨著樁長的增加樁周摩阻力也是增加的，這就增加了樁體抵抗受壓荷載的能力。當樁頂荷載超過8 000 kN以后，樁頂沉降位移陡然增加，長樁與短樁的樁頂位移差別依然很大。而實際樁體工作中，超出一定的沉降范圍，就認為樁體已經達到極限承載力而不能繼續使用了，所以提高樁長增加豎向承載力在一定范圍內是有效的，而超出了這個范圍一味增加樁長則沒有太大意義，而且大的樁長會導致施工難度增加，經濟投入加大，經濟性以及施工質量都難以保證。

3.2 樁體直徑的影響

為了研究大直徑鉆孔灌注樁基礎直徑因素對樁體豎向承載力的影響，選用固定樁長為40 m,直徑分別采取如圖3所示，每種情況進行一次3D模擬計算，算出樁頂位移列入圖3中，土體以及樁體模擬參數選取與3.1均相同。

在一定范圍內，隨著樁徑的增加，承載能力也就增強，樁頂位移較小。如圖3所示，在荷載15 000 kN以內，樁徑的增加所提高的承載能力是非常明顯的。但一味增加樁徑來提高樁的承載力也是不可取的。樁體承載主要取決于兩部分，一部分是端承載，另一部分是樁側摩阻。當樁徑增加勢必導致樁周土體孔徑增大，土體之間的粘聚力就會減小，從而導致樁側土體松弛，摩阻力下降。因此在建筑樁基技術規范當中也對大直徑鉆孔灌注樁豎向承載力進行了相應的折減。

3.3 樁身彈性模量影響

研究樁身彈性模量對大直徑鉆孔灌注樁豎向承載力的影響，該次仿真計算中選取樁長為40 m，樁徑為1.0 m進行有限元計算分析，計算中其他模量均與前述相同。樁身彈性模量如圖4所示。

在針對樁基豎向承載力計算中，考慮樁身承載和樁土共同作用承載，承載力取二者最小值，因此提高樁身承載也是非常必要的。由曲線圖4可見，當樁身彈性模量從20 GPa增加到30 GPa時，樁身承載增加的效果非常明顯，而超過20 GPa之后，則區別不大。因為樁身達到一定強度后，可以認為樁體承載能力已經足夠大了，而相對于樁土共同作用則起到主要影響，即繼續加載樁土共同作用達到極限承載力，雖然樁沒有破壞，但基礎已經達到極限承載了。在實際工程實踐中，完全沒必要極大提高樁身混凝土等級，對樁基承載力的提高不是很明顯，而且還會造成工程施工困難以及材料的浪費。

4 結語

1)通過仿真結果與試驗結果對比分析可知仿真計算精度較高；2)通過提高樁長增加豎向承載力在一定范圍內是有效的，而超出了這個范圍一味增加樁長則沒有太大意義，而且大的樁長會導致施工難度增加，經濟投入加大，經濟性以及施工質量都難以保證；3)在一定范圍內，隨著樁徑的增加，承載能力也就增強，樁頂位移較小。而樁徑過大則會影響大直徑鉆孔灌注樁豎向承載力；在實際工程實踐中，完全沒必要極大提高樁身混凝土等級，對樁基承載力的提高不是很明顯，而且還會造成工程施工困難以及材料的浪費。

[1] 池躍君,顧曉魯.大直徑超長灌注樁承載性狀的試驗研究[J].工業建筑,2000,30(8):26-29.

[2] 胡振陽,蔣榮慶,白鴻雁.超深大直徑鉆孔灌注樁施工技術[J].西部探礦工程,2003,15(9):4-6.

[3] 李玲玲,王立忠,邢月龍.大直徑鉆孔灌注樁負摩阻力試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2009,28(3):583-590.

Large diameter bored pile bearing characteristics influencing factors

ZHAO Jin-liang

(LiaoningMetallurgicalGeologicalExplorationBureau402Teams,Anshan114000,China)

In order to study the large-diameter bored pile bearing properties, combined with on-site load test using ADINA simulation methods were compared. Studies show that: within a certain range, with the increase the diameter of the pile bearing capacity also increased, smaller displacement pile, and the pile diameter is too large vertical bearing capacity of large diameter bored impact, in actual engineering practice, greatly increasing pile of concrete grade, to improve the bearing capacity of the pile is not very obvious.

bored pile， bearing characteristics, influencing factors

1009-6825(2014)22-0075-02

2014-05-12

趙金亮(1982- )，男，工程師

TU473.14

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