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，樁基礎在高層建筑、廠房、橋梁、港口碼頭以及核電站等工程中的應用非常廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年樁用量在幾百萬根以上甚至更多，樁基工程占一般土建工程造價的20%-30%。因此對樁基礎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，在兩樁頂同時承受相同的豎向荷載作用的基礎上，對比分析兩樁樁頂承受水平荷載的能力。此對比試驗主要運用由美國Itasca Consulting Group inc.公司開發(fā)的一個有限差分軟件FLCD-3D進行模擬分析。

關鍵詞：FLAC-3D 不同截面形式 空心樁 水平承載力對比

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0095-01

隨著數(shù)值模擬軟件的不斷開發(fā)和運用，大量受現(xiàn)實條件影響而不容易進行的現(xiàn)場試驗，可以有效地通過數(shù)值模擬軟件進行模擬分析。這種模擬不但可以節(jié)省試驗成本，而且對實際工程也具有一定的指導意義。FLAC-3D以其具有內(nèi)存小，計算功能強大，專業(yè)性強，模擬能力廣泛的優(yōu)勢，在基坑、邊坡、隧道、樁基等巖土工程領域得到廣泛應用。樁基礎作為一種常用的深基礎形式，它具有承載力大、穩(wěn)定性好、沉降小、抗震性能好等特點。因此對樁基礎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。而運用FLAD-3D軟件分組進行模擬分析，樁體采用實體單元建立模型。

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，樁長均為8m，樁周土尺寸8m×8m×8m。土體模型參數(shù)見表1所示。本構模型的選取，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（從30kN開始，每級30kN，共加載10級）向樁頂施加水平荷載。

2 模擬結果對比分析

（1）通過圖1可以得出如下結論：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）水平荷載對兩樁體的水平位移基本沒有影響。

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

3 結論

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

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