哈齊客運(yùn)專線TJ—3標(biāo)段CFG樁單樁靜載試驗(yàn)及數(shù)值分析

陳鳳英

摘 要：以嚴(yán)寒地帶的哈齊客運(yùn)專線TJ-3標(biāo)段為背景，對(duì)CFG樁單樁靜載試驗(yàn)的方法、加載、卸載情況進(jìn)行論述，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制單樁Q-s曲線，對(duì)樁的承載力特性進(jìn)行分析，并利用FLAC 3D軟件根據(jù)單樁靜載試驗(yàn)建立數(shù)值模型，與試驗(yàn)對(duì)比分析。該工程對(duì)嚴(yán)寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0201-01

單樁豎向承載力是CFG樁復(fù)合地基重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)處理規(guī)范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗(yàn)收時(shí)，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質(zhì)條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標(biāo)段為背景進(jìn)行分析，通過(guò)單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應(yīng)和樁土應(yīng)力比，為東北地區(qū)其他工程的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 哈齊客專TJ-3標(biāo)段單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長(zhǎng)21.45 m，設(shè)計(jì)單樁承載力為600 kN。本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法對(duì)單樁豎向抗壓承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)樁數(shù)為三根樁，取其中1根樁進(jìn)行分析。試驗(yàn)儀器。本次試驗(yàn)采用徐州建筑工程研究所生產(chǎn)的JCQ-503A靜力荷載測(cè)試儀自動(dòng)控制電動(dòng)油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯(lián)合反力系統(tǒng)。分級(jí)加載：加載等級(jí)分為10級(jí)，每級(jí)加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級(jí)加載量為分級(jí)荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測(cè)：由安裝在承壓板兩側(cè)的50 mm量程位移傳感器自動(dòng)兩側(cè)沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍，當(dāng)樁頂沉降量能相對(duì)穩(wěn)定且總沉降量小于40 mm時(shí)，宜加載至樁頂總沉降量超過(guò)40 mm。（2）某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。（3）達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量（設(shè)計(jì)單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。

從圖1可以看出：（1）當(dāng)加載達(dá)到極限荷載1200 kN時(shí)，CFG樁并沒有破壞，當(dāng)樁端為堅(jiān)硬的持力層，樁頂強(qiáng)度高或者模量較大時(shí)沒表現(xiàn)為此種形式。（2）當(dāng)荷載小于600 kN時(shí)，Q-s曲線彈性性狀明顯，當(dāng)荷載大于600 kN時(shí)，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現(xiàn)為塑性性狀。CFG在達(dá)到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時(shí)間的變化規(guī)主要同樁間土體性質(zhì)有關(guān)。無(wú)論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會(huì)沉降固結(jié)，空隙水慢慢排除，土體顆粒結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。但需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才趨于穩(wěn)定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。

2 試驗(yàn)段數(shù)值模擬分析

本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進(jìn)行單樁豎向靜載承載力試驗(yàn)數(shù)值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業(yè)軟件，具有靜力計(jì)算速度快，模型簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在樁基數(shù)值模擬領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。本論文中，土體采用實(shí)體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對(duì)稱問題，選取1/2模型進(jìn)行模擬計(jì)算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗(yàn)采用應(yīng)力加載，逐級(jí)加載方法，取預(yù)估極限值的1/10逐級(jí)加載，每級(jí)荷載平衡后再進(jìn)行下一級(jí)加載，直到終止加載條件。

數(shù)值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。

從圖2可以看出：

通過(guò)二者的對(duì)比可以看出，在彈性階段，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線的擬合較好，進(jìn)入非線性階段后，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復(fù)合地基承載力極限范圍內(nèi)，F(xiàn)LAC 3D軟件可以較好的模擬現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)，能夠?qū)螛稄?fù)合地基承載力特性進(jìn)行研究，F(xiàn)LAC 3D可以作為復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工良好的輔助軟件。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)哈齊客專TJ-3標(biāo)段CFG樁單樁靜載試驗(yàn)及數(shù)值分析，可以得出以下結(jié)論和建議供后期設(shè)計(jì)和施工參考：（1）本標(biāo)段采用CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現(xiàn)為線性關(guān)系。（2）荷載作用下，樁頂?shù)某两盗颗c樁、樁間土都有密切的關(guān)系。（3）隨著加載時(shí)間的增長(zhǎng)，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到沉降穩(wěn)定。（4）施工和堆載期間，需加強(qiáng)路基和地基的沉降觀測(cè)，根據(jù)最終沉降量和沉降穩(wěn)定時(shí)間確定鋪軌時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復(fù)合地基及工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社，2011.

[3] 張尚東.CFG樁復(fù)合地基分析及承載力計(jì)算[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（S1）.endprint

摘 要：以嚴(yán)寒地帶的哈齊客運(yùn)專線TJ-3標(biāo)段為背景，對(duì)CFG樁單樁靜載試驗(yàn)的方法、加載、卸載情況進(jìn)行論述，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制單樁Q-s曲線，對(duì)樁的承載力特性進(jìn)行分析，并利用FLAC 3D軟件根據(jù)單樁靜載試驗(yàn)建立數(shù)值模型，與試驗(yàn)對(duì)比分析。該工程對(duì)嚴(yán)寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0201-01

單樁豎向承載力是CFG樁復(fù)合地基重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)處理規(guī)范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗(yàn)收時(shí)，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質(zhì)條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標(biāo)段為背景進(jìn)行分析，通過(guò)單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應(yīng)和樁土應(yīng)力比，為東北地區(qū)其他工程的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 哈齊客專TJ-3標(biāo)段單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長(zhǎng)21.45 m，設(shè)計(jì)單樁承載力為600 kN。本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法對(duì)單樁豎向抗壓承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)樁數(shù)為三根樁，取其中1根樁進(jìn)行分析。試驗(yàn)儀器。本次試驗(yàn)采用徐州建筑工程研究所生產(chǎn)的JCQ-503A靜力荷載測(cè)試儀自動(dòng)控制電動(dòng)油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯(lián)合反力系統(tǒng)。分級(jí)加載：加載等級(jí)分為10級(jí)，每級(jí)加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級(jí)加載量為分級(jí)荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測(cè)：由安裝在承壓板兩側(cè)的50 mm量程位移傳感器自動(dòng)兩側(cè)沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍，當(dāng)樁頂沉降量能相對(duì)穩(wěn)定且總沉降量小于40 mm時(shí)，宜加載至樁頂總沉降量超過(guò)40 mm。（2）某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。（3）達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量（設(shè)計(jì)單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。

從圖1可以看出：（1）當(dāng)加載達(dá)到極限荷載1200 kN時(shí)，CFG樁并沒有破壞，當(dāng)樁端為堅(jiān)硬的持力層，樁頂強(qiáng)度高或者模量較大時(shí)沒表現(xiàn)為此種形式。（2）當(dāng)荷載小于600 kN時(shí)，Q-s曲線彈性性狀明顯，當(dāng)荷載大于600 kN時(shí)，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現(xiàn)為塑性性狀。CFG在達(dá)到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時(shí)間的變化規(guī)主要同樁間土體性質(zhì)有關(guān)。無(wú)論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會(huì)沉降固結(jié)，空隙水慢慢排除，土體顆粒結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。但需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才趨于穩(wěn)定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。

2 試驗(yàn)段數(shù)值模擬分析

本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進(jìn)行單樁豎向靜載承載力試驗(yàn)數(shù)值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業(yè)軟件，具有靜力計(jì)算速度快，模型簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在樁基數(shù)值模擬領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。本論文中，土體采用實(shí)體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對(duì)稱問題，選取1/2模型進(jìn)行模擬計(jì)算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗(yàn)采用應(yīng)力加載，逐級(jí)加載方法，取預(yù)估極限值的1/10逐級(jí)加載，每級(jí)荷載平衡后再進(jìn)行下一級(jí)加載，直到終止加載條件。

數(shù)值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。

從圖2可以看出：

通過(guò)二者的對(duì)比可以看出，在彈性階段，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線的擬合較好，進(jìn)入非線性階段后，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復(fù)合地基承載力極限范圍內(nèi)，F(xiàn)LAC 3D軟件可以較好的模擬現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)，能夠?qū)螛稄?fù)合地基承載力特性進(jìn)行研究，F(xiàn)LAC 3D可以作為復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工良好的輔助軟件。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)哈齊客專TJ-3標(biāo)段CFG樁單樁靜載試驗(yàn)及數(shù)值分析，可以得出以下結(jié)論和建議供后期設(shè)計(jì)和施工參考：（1）本標(biāo)段采用CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現(xiàn)為線性關(guān)系。（2）荷載作用下，樁頂?shù)某两盗颗c樁、樁間土都有密切的關(guān)系。（3）隨著加載時(shí)間的增長(zhǎng)，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到沉降穩(wěn)定。（4）施工和堆載期間，需加強(qiáng)路基和地基的沉降觀測(cè)，根據(jù)最終沉降量和沉降穩(wěn)定時(shí)間確定鋪軌時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復(fù)合地基及工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社，2011.

[3] 張尚東.CFG樁復(fù)合地基分析及承載力計(jì)算[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（S1）.endprint

摘 要：以嚴(yán)寒地帶的哈齊客運(yùn)專線TJ-3標(biāo)段為背景，對(duì)CFG樁單樁靜載試驗(yàn)的方法、加載、卸載情況進(jìn)行論述，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制單樁Q-s曲線，對(duì)樁的承載力特性進(jìn)行分析，并利用FLAC 3D軟件根據(jù)單樁靜載試驗(yàn)建立數(shù)值模型，與試驗(yàn)對(duì)比分析。該工程對(duì)嚴(yán)寒地段的其他工程具有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：CFG樁 單樁靜載 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0201-01

單樁豎向承載力是CFG樁復(fù)合地基重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)處理規(guī)范》JGJ79-2002，CFG樁竣工驗(yàn)收時(shí)，需要采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)承載力，保證高速鐵路路基承載力和沉降要求。而不同的地質(zhì)條件下，單樁承載力特征和Q-s曲線分析有所差異。該文以哈齊客專TJ-3標(biāo)段為背景進(jìn)行分析，通過(guò)單樁Q-S曲線，研究樁土作用效應(yīng)和樁土應(yīng)力比，為東北地區(qū)其他工程的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 哈齊客專TJ-3標(biāo)段單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

試驗(yàn)段CFG樁樁徑0.4 m，樁間距1.5 m，樁長(zhǎng)21.45 m，設(shè)計(jì)單樁承載力為600 kN。本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法對(duì)單樁豎向抗壓承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)樁數(shù)為三根樁，取其中1根樁進(jìn)行分析。試驗(yàn)儀器。本次試驗(yàn)采用徐州建筑工程研究所生產(chǎn)的JCQ-503A靜力荷載測(cè)試儀自動(dòng)控制電動(dòng)油泵與油壓千斤頂加壓、反力采用地錨和鋼梁組成的聯(lián)合反力系統(tǒng)。分級(jí)加載：加載等級(jí)分為10級(jí)，每級(jí)加載量為120 kN，最終加載量為1200 kN，第一級(jí)加載量為分級(jí)荷載的2倍，為240 kN。沉降觀測(cè)：由安裝在承壓板兩側(cè)的50 mm量程位移傳感器自動(dòng)兩側(cè)沉降值。終止加載條件（1）荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍，當(dāng)樁頂沉降量能相對(duì)穩(wěn)定且總沉降量小于40 mm時(shí)，宜加載至樁頂總沉降量超過(guò)40 mm。（2）某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。（3）達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量（設(shè)計(jì)單樁承載力的2倍）1200 kN。檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出的單樁Q-s曲線如圖1所示。

從圖1可以看出：（1）當(dāng)加載達(dá)到極限荷載1200 kN時(shí)，CFG樁并沒有破壞，當(dāng)樁端為堅(jiān)硬的持力層，樁頂強(qiáng)度高或者模量較大時(shí)沒表現(xiàn)為此種形式。（2）當(dāng)荷載小于600 kN時(shí)，Q-s曲線彈性性狀明顯，當(dāng)荷載大于600 kN時(shí)，隨著荷載的增加，Q-s曲線逐漸表現(xiàn)為塑性性狀。CFG在達(dá)到極限承載力之前，已由于樁體的塑性變形和樁周土體的剪切作用而喪失承載力。（3）外荷載作用下樁頂沉降量隨時(shí)間的變化規(guī)主要同樁間土體性質(zhì)有關(guān)。無(wú)論樁間土還是樁端土，在外荷載作用下都會(huì)沉降固結(jié)，空隙水慢慢排除，土體顆粒結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。但需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才趨于穩(wěn)定。（4）本樁的單樁豎向承載力特征值為600 kN，極限承載力大于1200 kN。

2 試驗(yàn)段數(shù)值模擬分析

本論文中采用FLAC 3D有限差分軟件進(jìn)行單樁豎向靜載承載力試驗(yàn)數(shù)值模擬。FLAC 3D是巖土工程專業(yè)軟件，具有靜力計(jì)算速度快，模型簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在樁基數(shù)值模擬領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。本論文中，土體采用實(shí)體單元，CFG樁采用pile單元，由于樁體受力是軸對(duì)稱問題，選取1/2模型進(jìn)行模擬計(jì)算。FLAC 3D模擬單樁靜載試驗(yàn)采用應(yīng)力加載，逐級(jí)加載方法，取預(yù)估極限值的1/10逐級(jí)加載，每級(jí)荷載平衡后再進(jìn)行下一級(jí)加載，直到終止加載條件。

數(shù)值模擬出的Q-s曲線如圖2所示。

從圖2可以看出：

通過(guò)二者的對(duì)比可以看出，在彈性階段，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線的擬合較好，進(jìn)入非線性階段后，數(shù)值模擬曲線和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)曲線逐漸有一定的偏差。從以上分析可知，在復(fù)合地基承載力極限范圍內(nèi)，F(xiàn)LAC 3D軟件可以較好的模擬現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)，能夠?qū)螛稄?fù)合地基承載力特性進(jìn)行研究，F(xiàn)LAC 3D可以作為復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工良好的輔助軟件。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)哈齊客專TJ-3標(biāo)段CFG樁單樁靜載試驗(yàn)及數(shù)值分析，可以得出以下結(jié)論和建議供后期設(shè)計(jì)和施工參考：（1）本標(biāo)段采用CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)，承載力和沉降都滿足要求，隨著荷載的增加，沉降逐漸增加，但是荷載-沉降并不表現(xiàn)為線性關(guān)系。（2）荷載作用下，樁頂?shù)某两盗颗c樁、樁間土都有密切的關(guān)系。（3）隨著加載時(shí)間的增長(zhǎng)，樁間土的沉降變形增大，但是變化率逐漸平緩。需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到沉降穩(wěn)定。（4）施工和堆載期間，需加強(qiáng)路基和地基的沉降觀測(cè)，根據(jù)最終沉降量和沉降穩(wěn)定時(shí)間確定鋪軌時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆明禮，張東剛，CFG樁復(fù)合地基及工程實(shí)踐[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2] 孫書林，等.FLAC 3D在巖土工程中的應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社，2011.

[3] 張尚東.CFG樁復(fù)合地基分析及承載力計(jì)算[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（S1）.endprint