兩種不同截面形式的空心樁水平承載力的比較

王小燕 石芮 毛祖杰

摘 要：近幾十年，樁基礎(chǔ)在高層建筑、廠房、橋梁、港口碼頭以及核電站等工程中的應(yīng)用非常廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年樁用量在幾百萬(wàn)根以上甚至更多，樁基工程占一般土建工程造價(jià)的20%-30%。因此對(duì)樁基礎(chǔ)的承載力特性研究就顯得尤為重要。文章將選取兩種不同截面形式的空心方樁和空心圓樁，在兩樁頂同時(shí)承受相同的豎向荷載作用的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析兩樁樁頂承受水平荷載的能力。此對(duì)比試驗(yàn)主要運(yùn)用由美國(guó)Itasca Consulting Group inc.公司開發(fā)的一個(gè)有限差分軟件FLCD-3D進(jìn)行模擬分析。

關(guān)鍵詞：FLAC-3D 不同截面形式 空心樁 水平承載力對(duì)比

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（b）-0095-01

隨著數(shù)值模擬軟件的不斷開發(fā)和運(yùn)用，大量受現(xiàn)實(shí)條件影響而不容易進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可以有效地通過(guò)數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬分析。這種模擬不但可以節(jié)省試驗(yàn)成本，而且對(duì)實(shí)際工程也具有一定的指導(dǎo)意義。FLAC-3D以其具有內(nèi)存小，計(jì)算功能強(qiáng)大，專業(yè)性強(qiáng)，模擬能力廣泛的優(yōu)勢(shì)，在基坑、邊坡、隧道、樁基等巖土工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。樁基礎(chǔ)作為一種常用的深基礎(chǔ)形式，它具有承載力大、穩(wěn)定性好、沉降小、抗震性能好等特點(diǎn)。因此對(duì)樁基礎(chǔ)的承載力特性研究就顯得尤為重要。文章為研究空心方樁和空心圓樁（外表面積相同、內(nèi)徑相同、樁身材料相同、樁長(zhǎng)相同、樁周土相同）在樁頂已承受相同的豎向荷載作用下，單根樁抵抗樁頂水平荷載作用的能力。而運(yùn)用FLAD-3D軟件分組進(jìn)行模擬分析，樁體采用實(shí)體單元建立模型。

1 數(shù)值模型的建立

1.1 模型的尺寸

兩樁的內(nèi)徑為300mm，兩樁外表面積為12.56 m2，樁長(zhǎng)均為8m，樁周土尺寸8m×8m×8m。土體模型參數(shù)見(jiàn)表1所示。本構(gòu)模型的選取，樁體采用各向同性彈性模型，樁周土采用摩爾—庫(kù)侖模型。

1.2 加載方式

先分別在兩樁的樁頂施加100kN的豎向荷載，再逐級(jí)（從30kN開始，每級(jí)30kN，共加載10級(jí)）向樁頂施加水平荷載。

2 模擬結(jié)果對(duì)比分析

（1）通過(guò)圖1可以得出如下結(jié)論：在荷載相同，工程條件也相同的情況下，兩種型式樣的空心樁體均在樁頂處水平位移最大，且空心方樁的水平位移略大于圓樁的水平位移。然后，沿著樁身往下逐漸變小，在一定深度（此次模擬在樁身中部4m左右）水平荷載對(duì)兩樁體的水平位移基本沒(méi)有影響。

（2）其次可以得出：在每級(jí)荷載作用下，方樁的樁頂水平位移均大于圓樁的樁頂水平位移。當(dāng)樁頂水平荷載為300kN時(shí)，圓樁樁頂?shù)乃轿灰?3.6 mm，方樁樁頂水平位移為25.0 mm。

3 結(jié)論

本文通過(guò)大型有限差分軟件FLAC-3D，建立空心圓樁和空心方樁兩種不同的樁基模型。樁基長(zhǎng)度選用8米，兩種樁的樁側(cè)表面積均相同的情況下，在樁頂位置施加水平荷載。數(shù)值模擬對(duì)比結(jié)果表明，隨著水平荷載的逐漸增加，兩種樁型側(cè)向位移均隨之逐漸增大，增長(zhǎng)速率均相差不大；其次，隨著樁水平荷載的增加，方樁樁頂側(cè)向位移要略大于圓樁樁頂?shù)膫?cè)向位移值，因此，在相同水平荷載下，圓樁抵抗水平荷載的能力略大于方樁，在工程應(yīng)用中可以參考這一結(jié)論進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 任建喜，張引合，張琨，等.西安地鐵車站深基坑變形規(guī)律FLAC模擬研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2011（3）：90-93.

[2] 陳敏華，陳增新，張長(zhǎng)生.FLAC在基坑開挖分析中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011（28）：437-440.

[3] 黃潤(rùn)秋，肖華波. 偏壓連拱隧道施工過(guò)程優(yōu)化的FLAC-（3D）分析[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，36（I）： 59-66.

[4] 《樁基工程手冊(cè)》編寫委員會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

[5] 劉波，韓彥輝.FLAC原理實(shí)例與應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.