超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性分析

李金海

摘 要：超流態(tài)混凝土灌注樁是當(dāng)前黏土層地基處理的重要形式。確保其承載特性的規(guī)范，對(duì)于地基處理質(zhì)量提升具有深刻影響。本文在闡述超流態(tài)混凝土灌注樁工法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其承載特性進(jìn)行有限元模型分析。期望有利于超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性把控的精確、合理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地基處理質(zhì)量的有效提升。

關(guān)鍵詞：超流態(tài)混凝土灌注樁；承載特性；有限元

超流態(tài)混凝土灌注樁是軟弱黏土處理的重要方式，其樁體承載特性直接影響著黏土地基的處理水平。現(xiàn)階段，超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性設(shè)計(jì)存在一定滯后性，具體而言，在軟弱地基處理中，超流態(tài)混凝土灌注樁設(shè)計(jì)仍然通過(guò)普通鉆孔灌注樁的計(jì)算理論進(jìn)行計(jì)算；然而其計(jì)算指標(biāo)不夠規(guī)范，容易引起地基處理效果的偏差。新時(shí)期，進(jìn)行超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性控制已成為軟弱粘土地基處理質(zhì)量提升的關(guān)鍵。

1 超流態(tài)混凝土灌注樁的工法特點(diǎn)

作為凝土灌注樁施工建設(shè)的基本形態(tài)，超流態(tài)混凝土灌注樁在內(nèi)管鉆頭上進(jìn)行混凝土孔設(shè)置，然后進(jìn)行超流態(tài)混凝土的壓灌，當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高后，建設(shè)人員會(huì)將鉆桿移開(kāi)，并將鋼筋籠壓入到灌注漿中。一般情況下，為實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁樁頂強(qiáng)度的保證，灌入的混凝土需要超出樁頂50cm[1]。

從建設(shè)過(guò)程來(lái)看，超流態(tài)混凝土灌注樁工法的應(yīng)用具有以下特征：其一，與傳統(tǒng)灌注樁施工相比，超流態(tài)混凝土灌注樁的樁體材料具有較高的流動(dòng)性，這使得水泥、石子、骨料的離析作用較弱，確保了鋼筋籠的快速放入。其二，在內(nèi)管鉆頭支撐下，超流態(tài)混凝土灌注樁可以快速的穿過(guò)硬土層，施工效率較高，單樁承載力較強(qiáng)。其三，超流態(tài)混凝土灌注樁在斷樁、縮頸和塌孔病害防治的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)質(zhì)量的有效保證，并且施工成本較為低廉，綜合效益較高。

2 超流態(tài)混凝土灌注樁的承載特性分析

2.1超流態(tài)混凝土灌注樁有限元模型建立

ABAQUS軟件是超流態(tài)混凝土有限元模型建立的基本支撐[2]。建模過(guò)程中，樁體基礎(chǔ)參數(shù)和周?chē)翆拥奈锢韺W(xué)性質(zhì)指數(shù)對(duì)灌注樁的承載特性具有直接影響。若設(shè)計(jì)樁體長(zhǎng)度為19m，樁徑400mm，同時(shí)彈性模量和泊松比分別為30GPa和0.2。則在樁體土體物理學(xué)指標(biāo)控制中，需在實(shí)際工況考慮的基礎(chǔ)上，對(duì)黏土層的厚度、孔隙比、液性指數(shù)和泊松比等指標(biāo)進(jìn)行控制，確保其滿足以下指標(biāo)要求（見(jiàn)表1）。此時(shí)，若假定樁身為線彈性體，而周?chē)翆訛槔硐霃椝苄泽w，在不考慮鋼筋籠對(duì)超流態(tài)混凝土灌注樁的影響的情況下，則超流態(tài)混凝土灌注樁有限元模型的應(yīng)力和位移云圖可通過(guò)圖1表示。

2.2超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性計(jì)算

2.2.1實(shí)測(cè)沉降與模擬沉降對(duì)比

在ABAQUS軟件支撐下，對(duì)靜載實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值與軟件模擬值進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的把控，可以實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁實(shí)測(cè)沉降和模擬沉降的曲線的準(zhǔn)確把控（見(jiàn)圖2）。根據(jù)有限元特征值計(jì)算可知，當(dāng)灌注樁靜載試驗(yàn)值增加至1600KN時(shí)，沉降曲線無(wú)明顯拐點(diǎn)，且最大位移未達(dá)到40mm，由此可知，該樁身的底部土體尚未達(dá)到極限狀態(tài)。

2.2.2超流態(tài)混凝土灌注樁頂部與端部位移對(duì)比

超流態(tài)混凝土灌注樁建設(shè)中，樁身壓縮量和樁端沉降量對(duì)樁頂沉降具有直接影響。而樁身壓縮率又受到綜合系數(shù)、頂端豎向荷載、樁身長(zhǎng)度、材料彈性模量及樁體橫截面面積等因素的制約。有限元控制模型中，當(dāng)樁身荷載增加到1600KN時(shí)，隨著樁進(jìn)土深度的增加，樁身豎向應(yīng)力和沉降規(guī)格會(huì)逐漸縮小。當(dāng)荷載增加至最后一級(jí)時(shí)，樁頂及樁端的位移分別為9.24mm和6.43mm，此時(shí)，樁體實(shí)際壓縮量為2.69mm，即建模控制具有一定合理性。

樁側(cè)摩擦阻力對(duì)于超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性具有一定影響。一般情況下，隨著樁身荷載的增加，樁側(cè)粘聚力會(huì)出現(xiàn)峰值，并且當(dāng)頂端加載量超過(guò)粘聚力峰值時(shí)，樁側(cè)摩擦阻力會(huì)不斷降低，此時(shí)樁身和樁間土的接觸面會(huì)發(fā)生屈服，影響灌注樁的承載能力。

2.3超流態(tài)混凝土灌注樁的承載特性分析結(jié)果

有限元模型分析中，假定所有樁徑為400mm，且樁體彈性模量為60GPa，此時(shí)，分析10m、15m、20m和25m樁體沉降規(guī)格可知，在相同荷載條件下，樁體越長(zhǎng)則其沉降量越小；并且當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到20m時(shí)，樁基承載力已無(wú)法得到有效提升（見(jiàn)圖3）。因此在軟粘土處理中，超流態(tài)混凝土灌注樁的樁身長(zhǎng)度應(yīng)盡可能控制在15～20m，唯有如此，才能實(shí)現(xiàn)樁體承載能力的有效提升。

樁身直徑對(duì)于樁體承載特性具有較大影響。有限元模型分析中，假定樁體彈性模量、樁長(zhǎng)和樁周土的指標(biāo)一致，則樁徑規(guī)格越大，樁頂?shù)某两盗繒?huì)越小，并且當(dāng)樁徑達(dá)到600mm時(shí)，超流態(tài)混凝土灌注樁的承載能力不再增加，即軟土地基施工中，樁徑規(guī)格應(yīng)控制在500～600mm。

此外，超流態(tài)混凝土灌注樁應(yīng)用中，其承載能力會(huì)受到樁間土彈性模量的影響。樁間土彈性模量越大，則樁身頂端的沉降量會(huì)越小，即增大樁間土的彈性模量，可以有效的避免樁基沉降，實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁承載能力提升。

3 結(jié)論

超流態(tài)混凝土灌注樁的承載能力與樁長(zhǎng)、樁徑和樁間土彈性模量具有直接關(guān)系。實(shí)踐過(guò)程中，工程建設(shè)人員只有充分把控超流態(tài)混凝土灌注樁的工法特點(diǎn)，并對(duì)其承載特性的影響因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能確保超流態(tài)混凝土灌注樁承載能力的提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟粘土地基處理質(zhì)量的有效保證。

參考文獻(xiàn)

[1]楊興宇.超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性分析[J].山西建筑，2017（21）：50-52.