大直径超长桩承载特性有限元分析.pdf

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1、何坤等：大直径超长桩承载特性有限元分析75大直径超长桩承载特性有限元分析何坤，夏才初，何文勇，邢皓枫(1．同济大学地下建筑与工程系．上海200092；2．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司．贵阳550000)【摘要】以贵州晴兴线朵冲特大桥100m深的钻孔灌注嵌岩桩为依托，利用Abaqus有限元数值分析，研究了大直径超长嵌岩桩的承载力变化规律。通过有限元模拟分析发现，大直径超长嵌岩桩荷载一沉降曲线为缓变型，其极限承载力应按桩顶沉降值控制，且桩身轴力曲线图显示桩身轴力自上而下逐渐减小，80m以下桩身轴力几乎为零，嵌岩段不受力。因此，大直径超长灌注桩在设计时宜按摩擦桩设计，

2、不一定非要嵌岩。【关键词】嵌岩桩；有限元；承载力【中图分类号】TU473．1t【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)04—0075—02关于嵌岩桩承载特性，国内外很多学者开展了相石粉质粘土，卵石土，砂土，卵石土，漂石土，强风化灰关的研究。Reese等⋯在第七届国际土力学及基础工岩，中风化灰岩。‘程会议上发表的一根嵌岩桩桩顶荷载随深度传递的(2)围岩参数力学性质确定。为使计算分析所实测曲线表明，桩端反力约占总荷载的15％～25％，得的规律具有普遍性，不同土层和岩石力学参数主要}11l这使人们认为嵌岩桩是端承桩的传统观点受到置疑。依据现行公路隧道设计规范提，

3、‘供的1围岩l力学1参数l，同1赵明华等人认为对不同类型的嵌岩桩，应采取不同时参照朵冲特大桥地质勘查报告，具体见表1。桩基的施工及检测方法，并推荐采用深井原位测试试验确础采用C30混凝土，力学性^质参O一数具O一体见O～表2一O。O一0～定桩端基岩承载力。印长俊等通过对2根大直径嵌岩灌注桩(人工挖孔)加载前应变状态连续监测，发现混凝土的干缩是残余应变的主要因素。浙江大学俞亚南对粗短人工挖孑L嵌岩桩承载性状实测数据进行的分析表明：当桩身通过的地层条件较好时，粗短桩也可属于摩擦型桩；桩端扩底对于完全端承型的嵌岩桩’。。；一‘单竿巨能较好的提高其承载能力。史佩栋等通过研究国：：9

4、；÷ei’‘函扛i离葛善呈，!．!蟹尊守内和国外共150根嵌岩桩静载试验资料，发现嵌岩桩‘一般均属摩擦桩，其桩侧总摩阻分担荷载比随桩的长径比的增大而增大。现场实测对于嵌岩桩承载特性研究虽然是一种较好手段，但其测试过程往往受到诸如施工条件、时图1朵冲特大桥BO桩地质断面不惹图间、人力和外界等诸多因素的限制，因此，本文以贵州朵冲特大桥嵌岩桩工程为依托，通过数值模拟手段探2承载特性的数值模拟分析讨复杂地层下大直径超长嵌岩桩承载特性。’(1)数值建模。研究采用ABAQUS建立深长钻1工程概况孔灌注嵌岩桩的二维有限元模型，模型采用轴对称结构(1)依托工程概况。朵冲特大桥地处贵州高原分

5、析，基桩采用线弹性模型，土体采用Molu—Coulomb西南山区，位于晴隆县碧痕镇南西侧约6．5km，大桥横本构模型。在基桩与土体之间建立主从滑动摩擦接触跨一槽谷，槽谷宽150～200m。大桥附近海拔为面，摩擦模型采用罚函数摩擦模型，摩擦系数为0．3。定1431．20～1211．60m，相对高差219．6m。桥区上覆残义桩基为主接触面，土体为从接触面，接触面法向采用坡积层(Qel+d1)含碎石粉质粘土、碎石土及崩塌堆积硬接触。桩基与土体切向与法向均为硬接触。体(Qc)块石土，冲洪积物(Qal+p1)卵石土、砂土、含模型中桩基计算长度为100m，模型计算宽度为碎石粉质粘土、漂

6、石土；下伏二叠系中统栖霞组茅口组40m，计算深度为130m，模型边界条件为左右两侧水(P2q+m)灰岩。拟研究的桩基础为朵冲特大桥6号平向位移约束，地面为垂直位移约束。数值模拟的施墩左幅B0桩，桩长lOOm，其工程地质钻孔勘查如图l工过程为：初始地应力平衡一移除待开挖土体一移人所示。由图可知，其上覆土层由上至下依次分别为：碎桩体一施加荷载。具体见图2。模型荷载采用从[基金项目]贵州省交通运输厅项目(No．2010—122)76低温建筑技术2012年第4期(总第166期)2000kN开始加载，每次递加1000kN的方式，求出对应表2桩基础力学性质参数的桩顶沉降，由于模型采用轴

7、对称结构分析，故桩基实际受力及各结果为受力模型计算结果的2倍，本文后目目vs进蛙续数值均采用模型初始施加荷载及计算结果的2倍。4∞表1朵冲特大桥6号墩左幅BO桩岩土力学参数碎石粉质粘土918．012180．3l8卵石土2121．028390．2510砂土lO19．832360．231卵石土3l21．O28390．2510漂石2l23．033340．2112(a)初始(b)移除(c)移人(d)施加强风化灰岩124．53000330．2218地应力平衡待开挖土体桩体荷载中风化灰岩2O26．560000370．1722图