鋼管-水泥土組合樁抗拔性能有限元分析

馮建光

（蘇州大學城市軌道交通學院，江蘇 蘇州 215137）

0 引言

作為一種傳統的抗拔措施， 等截面抗拔樁的應用相當廣泛。 在國外的抗拔樁基礎設計中，大量地采用了等截面抗拔樁。 抗拔樁主要依靠樁身與土層的摩擦力來提供抗拔力。

1 抗拔樁的破壞形態

破壞形態分為四大基本類型[1-2]

（1）沿樁-土側壁界面剪破；

（2）與樁長等高的倒圓錐臺剪破；

（3）復合剪切面剪破；

（4）樁身被拉斷。

對傳統的等截面抗拔樁而言， 其破壞原因往往是由于樁周土未能提供足夠的摩擦力， 比較常見的破壞形態是沿樁—土側壁界面剪破。

鋼管-水泥土組合樁的荷載傳遞機理[3]和破壞模式分為5 種，見圖1。 圖1 中(a)、(c)兩種破壞出現的可能性較小， 其它各種破壞模式既可能單獨發生，也可能以某種組合的形式發生。 最為理想的破壞模式為以最經濟的形式充分利用各種材料的強度， 水泥土-土和鋼管-水泥土界面的摩阻力得到充分發揮，形成整體承載力最佳組合。 這種組合形式充分發揮了水泥土樁的優點， 且具備抗拔的能力。

2 單樁有限元模擬

2.1 計算模型建立

采用三維有限元軟件Ansys 進行模擬[3-4]，水泥土的力學性能通過改變水泥摻入百分比的形式獲得，水泥的摻入量直接影響到水泥土的各種力學性能，如抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、粘聚力、內摩擦角等都有很大的影響。用以分析不同水泥摻入百分比對鋼管水泥土組合樁承載力的影響[5]，具體參數設置見表1。 鋼管表面特征通過設置摩擦系數進行調整。……