鉆孔灌注樁樁底沉渣對(duì)樁體承載特性影響的模擬分析

馬露++王鈺軻++陳帥

摘要：由于成樁工藝的原因，鉆孔灌注樁底沉渣現(xiàn)象很常見，沉渣的存在會(huì)直接影響到樁體在受力過程中的承載力發(fā)揮。采用的數(shù)值分析軟件為FLAC3D，借以分析樁底沉渣厚度對(duì)承載力的影響，所得結(jié)論對(duì)抗拔樁的工程應(yīng)用有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：灌注樁；沉渣；承載特性；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）025-000-01

引言

在我國基礎(chǔ)大建設(shè)不斷深入開展的過程中，灌注樁基礎(chǔ)已廣泛應(yīng)用于橋梁工程、道路工程、公共工程及工民建工程。目前，我國建筑工程中，泥漿護(hù)壁灌注樁的使用量每年達(dá)30萬根以上，而其混凝土體積占到樁基工程總量的70%以上[1]。灌注樁雖然在實(shí)際工程中有諸多優(yōu)點(diǎn)，受到眾多工程師的青睞，但也存在著施工步驟時(shí)差長，操作工藝較為復(fù)雜，在軟土地基中易出現(xiàn)樁體不合格現(xiàn)象，比如樁身縮徑、夾泥、斷樁和沉渣過厚等各種問題，以致影響樁身的完整性、降低單樁的承載能力和增大樁頂?shù)某两礫2]～[3]。

因此，詳細(xì)分析沉渣厚度對(duì)樁體承載性狀的影響是十分必要的，并且具有一定的實(shí)際使用價(jià)值。

一、模型建立

根據(jù)FLAC3D軟件特點(diǎn)及材料特性，對(duì)模型有如下設(shè)定[4]：

1.抗拔樁體設(shè)置為線彈性材料，土體采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型。

2.樁端頂面為自由端，沒有固定約束，土體四周鉸支約束，允許豎向變形，水平向無位移變形，底端為固定約束，無位移變形。

3.樁土接觸界面設(shè)置接觸單元，且摩擦參數(shù)不變。

在保證土體范圍合理的情況下，在分析區(qū)水平方向?qū)挾热扼w直徑的20倍，樁端下距離為樁長1.5倍。

二、模擬分析

沉渣厚度是影響單樁承載性狀的重要因素之一，參考已有學(xué)者研究思路，本文沉渣厚度t選取0、50、100、200、300、400、500、700、800、1000mm，共10種沉渣厚度進(jìn)行對(duì)比分析。樁底沒有沉渣存在時(shí)的樁端阻力和樁側(cè)摩阻力分擔(dān)荷載的百分比如圖1所示：

1.樁土體的承載力分為：樁端阻力和樁側(cè)摩阻力，并且樁側(cè)摩阻力承受的荷載大于樁端阻力，兩者發(fā)揮程度不同；

2.在樁體承受第一級(jí)荷載時(shí)，86%的荷載由樁側(cè)摩阻力分擔(dān)，14%的荷載由樁端阻力分擔(dān)，反映了樁體承受的荷載是由樁頂向樁底傳遞的；

3.隨著樁頂荷載的增加，樁側(cè)摩阻力分擔(dān)的荷載在逐漸減小，相對(duì)應(yīng)的樁端阻力所承擔(dān)的荷載在增加，當(dāng)達(dá)到8級(jí)荷載后，曲線發(fā)生明顯改變，樁側(cè)摩阻力明顯減小，樁端阻力明顯增加，此時(shí)樁側(cè)摩阻力已達(dá)到完全發(fā)揮，樁側(cè)的滑動(dòng)塑性區(qū)不斷發(fā)展，樁端承受的荷載增大。

不同厚度沉渣下的樁體極限承載力如圖2所示：

1.沉渣的存在對(duì)極限承載力的影響很明顯，隨著沉渣厚度的增加，樁體極限承載力不斷減小。

樁頂荷載由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，加載初期，樁體反力主要由樁側(cè)摩阻力提供，當(dāng)樁頂荷載達(dá)到足以將荷載傳至樁底時(shí)，樁底沉渣開始受荷變形，沉渣的變形較大，導(dǎo)致樁土相對(duì)位移增大，樁側(cè)摩阻力較早的達(dá)到極限，樁端阻力也快速達(dá)到極限；

2.不同厚度的沉渣對(duì)極限承載力的影響程度不同，在t<400mm時(shí)，樁體極限承載力大幅減少，曲線斜率較大，當(dāng)t>400mm時(shí)，樁體極限承載力的降低幅度減小，曲線斜率較小。

三、總結(jié)

沉渣缺陷樁在受到上不荷載作用時(shí)，荷載傳遞至樁底的荷載會(huì)壓縮沉渣，當(dāng)沉渣達(dá)到壓縮極限時(shí)，荷載會(huì)繼續(xù)向下傳遞，如果沉渣厚度較薄，荷載會(huì)較早的傳遞至沉渣以下的土層，如果沉渣厚度較厚，沉渣在受荷壓縮量較大，在這個(gè)過程中，由于樁土相對(duì)位移較大，樁側(cè)摩阻力會(huì)提早達(dá)到極限，樁頂?shù)某两禃?huì)增大，樁土體的極限承載力近似為樁側(cè)摩阻力。沉渣缺陷樁的以上特性可以為現(xiàn)場判斷清孔程度提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志偉.灌注樁后壓漿技術(shù)的理論分析與實(shí)踐[D].吉林：吉林大學(xué)，2004.

[2]湯元昌，張志良. 大直徑鉆孔樁孔底沉渣的置換處理[J].工程勘察.1989，（2）：18.

[3]趙青海.擠擴(kuò)多支盤鉆孔灌注樁孔底沉渣厚度的控制[J].山西建筑，2010，36（12）：85-86.

[4]彭文斌.FLAC3D實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

作者簡介：馬 露（1988-），男，漢族，碩士研究生，助教，研究方向：地基基礎(chǔ)工程。

基金項(xiàng)目：安徽科技學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目 復(fù)雜荷載條件下樁土相互作用機(jī)理的研（NO.ZRC2014464）。