大直徑擴(kuò)底樁的靜載試驗(yàn)與數(shù)值模擬

張嬌嬌

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

大直徑擴(kuò)底樁的靜載試驗(yàn)與數(shù)值模擬

張嬌嬌

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

利用靜載試驗(yàn)過程的樁頂沉降和樁身軸力實(shí)測數(shù)據(jù)研究大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律，并利用有限元法對試驗(yàn)過程進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，大直徑擴(kuò)底樁的樁端承擔(dān)的荷載較大，樁身越長，極限側(cè)阻力越大。

擴(kuò)底樁；靜載試驗(yàn)；數(shù)值模擬；有限元法

隨著各種在建工程規(guī)模的逐步增大，與普通樁相比，大直徑擴(kuò)底樁由于單樁承載力高、經(jīng)濟(jì)代價相對較小而被廣泛采用，在軟土地區(qū)的基礎(chǔ)工程中應(yīng)用尤為廣泛。關(guān)于大直徑擴(kuò)底樁研究的報道也層出不窮，主要集中在兩方面：①實(shí)驗(yàn)研究［1－3］；②理論研究［4－5］。 本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了大直徑擴(kuò)底樁的承載性能

1 靜載試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)概況

對某底樁在粘土環(huán)境下的承載性能進(jìn)行了試樁試驗(yàn)。共選取了兩根樁Z1（樁徑1.5m）、Z2（樁徑1.0m）進(jìn)行靜載試驗(yàn)。房建工程擬采用大直徑擴(kuò)底樁，樁徑1.0m，入土深度20.3m。場地內(nèi)覆蓋層較厚，以粘土為主，為了研究大直徑擴(kuò)底樁的承載性能，除在試驗(yàn)過程中進(jìn)行沉降觀測外，并在樁身多個斷面布置了混凝土應(yīng)變計，每個斷面均布置兩套傳感器，以此研究大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

兩根樁的加載與卸載等級如表1所示。試驗(yàn)Q－S曲線如圖1所示。從圖1中可以看出，在加載初期，樁頂沉降變化相對緩慢，隨著荷載的加大，沉降增加幅度逐步增大，而卸載過程與加載過程的沉降變化規(guī)律正好相反，在卸載初期，沉降會彈值較小，后期會彈幅度較大。

表1 試驗(yàn)荷載表

試樁Z2的樁身軸力分布如圖2所示。從圖2中可以看出，大直徑擴(kuò)底樁的荷載傳遞規(guī)律與一般的大直徑樁是有差別的，其主要差別在于樁端承受了一部分荷載，并且隨著荷載的增大，樁端阻力逐步增大，而樁側(cè)能提供的摩阻力有限。在加載初期，樁身下部的摩阻力先發(fā)揮，隨著荷載的增加逐步向上，當(dāng)荷載加大到一定程度時，樁側(cè)摩阻力基本不再增大。樁側(cè)摩阻力如圖3所示。

2 數(shù)值模擬

2.1 有限元模型

為了進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)測結(jié)果的有效性，采用有限元法對試驗(yàn)的加載過程進(jìn)行了模擬，并計算了不同樁樁身長度對樁的承載性能的影響。計算土體采用莫爾庫倫模型，所用參數(shù)如表2所示?；鶚秳t采用線彈性本構(gòu)模型，模量取33GPa，柏松比取0.168。模型網(wǎng)格如圖4所示。

表2 土體參數(shù)表

2.2 計算結(jié)果

有限元計算的Q－S曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，在達(dá)到極限荷載之前，有限元計算值與實(shí)測值基本吻合，說明模型是有效的，同時也佐證了實(shí)測結(jié)果。

考慮了3種不同長度的樁身，分別為14，17，20m。計算Q－S曲線如圖6所示。從圖6中可以看出，相同荷載條件下，樁身越長，沉降值越小，其安全儲備也就越大，極限側(cè)阻力也就越大。

3 結(jié)語

利用靜載試驗(yàn)研究了大直徑擴(kuò)底樁的承載性能，與普通樁相比，擴(kuò)底樁樁端承擔(dān)的荷載更大，同時利用有限元計算驗(yàn)證了實(shí)測結(jié)果的有效性，并且計算了樁身長度對擴(kuò)底樁承載性能的影響。

［1］李廣展，騰延京，何頤華，等.濕陷性黃土中大直徑擴(kuò)底樁垂直承載性狀的試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報，1994，16（2）：11－21.

［2］劉偉平，扶名福，羅小艷，等.大直徑挖孔擴(kuò)底樁承載特性試驗(yàn)研究［J］.南昌大學(xué)學(xué)報，2006，28（1）：60－63.

［3］胡慶紅，張土喬，謝新宇.深厚軟土中大直徑灌注擴(kuò)底樁受力性狀試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報，2007，40（4）：87－91.

［4］高廣運(yùn)，張蕾，騰延京，等.一種確定大直徑擴(kuò)底樁極限荷載的新方法［J］.巖土工程學(xué)報，2010，32（S2）：55－58.

［5］張蕾，高廣運(yùn)，高盟，等.一種確定大直徑擴(kuò)底樁地基土變形模量的方法［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2010（S2）：285－291.

Static Load Test and Numerical Simulation of Large－Diameter Belled Pile

ZHANG Jiao－jiao
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250）

In order to study the bearing behavior of large diameter belled pile，the load transfer rule was studied with the settlement data and axial load data in the progress of static load test，and the progress of the static load test was simulated by finite element method.The result shows that the load on the pile bottom is higher than the piles in common， and the longer the length is， the threshold friction is larger.

belled pile；static load test；numerical simulation； finite element method

TV222

A

1672-9900（2011）01-0060-03

2011－03－07

張嬌嬌（1980－），女（漢族），河北邯鄲人，助理工程師，主要從事水利建筑工程設(shè)計工作，（Tel）15102292655。