摘 要：為了深入分析高壓旋噴擴底樁承載特性，論文在詳細介紹Ansys有限元程序基礎上，建立了高壓旋噴擴底樁有限元分析模型，其次，通過計算分析得到了高壓旋噴擴底樁變形及應力分布示意圖，最后對有限元計算結果與現場試驗中的載荷試驗和樁土應力比實測數據進行了對比，獲得了一些重要的結論，同時也驗證了數值分析的正確性。

關鍵詞：樁基礎；擴底樁；承載特性；數值分析

中圖分類號：TU473.1⁺1

文獻標識碼：B

文章編號：1008－0422(2007)10－0087-02

1 引言

擴底樁具有承載力高、施工快、造價低等優(yōu)點。但目前對擴底樁的理論研究工作遠遠落后于工程實踐的發(fā)展，因此，使用有限元數值方法對高壓旋噴擴底樁進行力學性質探索具有十分重要的理論和實際意義。

為此，本文采用大型通用有限元程序ANSYS對高壓旋噴擴底樁進行數值分析，分析其力學機理和沉降特性，以期獲到一些重要的結論。

2 有限元計算原理與模擬

2．1 Ansys有限元程序簡介

Ansys是一種有限單元法計算程序。本文主要用以模擬高壓旋噴擴底樁在三維應力、應變條件下的力學性質。其程序有如下主要功能：

(1)能計算二維和三維巖土工程問題。

(2)模擬分布開挖，所有材料參數可隨開挖步變化，考慮多種開挖因素影響；Ansys可將不同的開挖步驟用不同的階段來表示，在進行數據分析時，既可按階段進行數據的合成與分析，也可將所有階段的數據被合成后再一起進行分析，每次進行分析時，程序將自動從未分析階段開始。

(3)可考慮不同的材料本構關系(線彈性、彈塑性、粘彈性、粘塑性)和屈服準則(莫爾——庫侖準則、杜拉克一布拉格準則、屈雷斯卡準則等)。

(4)可以采用多種載荷輸入方式：既可以在端點處以點載荷形式，也可以在補線上以線載荷或在面上以面載荷形式施加。

(5)多種單元類型：使用能再現曲面并可確保高計算精度的20節(jié)點等參單元，其中包括：固體單元、外殼單元、錨桿單元、梁單元等。

(4)采用改進反復法 (PCCG) 法、Pre-Conditioned Conjugate GradientMethod)，具有高運算速度和高運算精度。

(7)具有強大的前處理和后處理功能。在Windows環(huán)境下運行，將有限元的快速建模、網格的自動生成、分析結果的可視化及直觀圖形操作性有機地結合起來，實現了有限元分析的高度自動化；分析結果既可以等值線圖、色塊圖等圖形輸出，也可輸出各單元的應力、位移等數值，并可以直接粘貼到其它應用軟件中；同時該程序還為用戶提供了豐富的打印功能，用戶可以自如地在窗口上對要打印的圖形的種類、位置、大小等進行設計，從而獲得完美的打印圖形。

2．2 模型建立

根據本工程的實際情況，對高壓旋噴樁及高壓旋噴擴底樁分別進行建模分析，高壓旋噴擴底樁上部樁徑d=60cm，擴大頭部分直徑D=100cm，擴底端長120cm，樁長17m；高壓旋噴樁樁徑d=60cm，樁長17m。考慮樁的影響范圍，模型的外邊界距樁中心15m，模型底部距樁端17m，具體如圖1所示。

2．3 單元及參數的選取

考慮到樁土的非線性，高壓旋噴樁與土的模型均假設為Druker-Prager彈塑性模型，樁與土之間的摩擦選用接觸單元來模擬。樁和土模擬采用SOLID45單元，考慮樁土之間的接觸關系，本文選用Ansys單元庫中的CONTAC49面接觸單元來模擬樁土之間的接觸作用，在網格劃分方面，沿樁體附近網格劃分的密些，遠離樁體的地方，網格劃分的稀些，模型的單元劃分圖如圖2所示。

2．4 施加約束及荷載

由于采用二分之一實體模型進行分析計算，因此，在模型底部施加三個方向的約束，在周圍面上施加切向約束，在樁側施加徑向約束，如圖3所示。

3 成果分析

圖4～7為后處理后的變形及應力分布示意圖。

圖8為高壓旋噴擴底樁載荷試驗與有限元數值計算結果。

由圖8可以看出，計算值與試驗值最大相差不到13％，在工程誤差允許范圍內，說明高壓旋噴擴底樁模型和參數的選取是合理的，為進一步的研究分析墊定基礎。

圖9為高壓旋噴擴底樁載荷試驗樁土應力分擔比試驗結果與有限元數值計算結果。

由圖9可以看出，高壓旋噴擴底樁有限元數值計算值與試驗值最大相差11.2％，在工程誤差允許范圍內，再一次驗證了高壓旋噴擴底樁模型及其參數的選取的合理性。

4 結語

論述了在Ansys中高壓旋噴擴底樁的有限元模型的建立、單元選取、網格劃分等問題，并將在Ansys中的計算結果與現場試驗中的載荷試驗和樁土應力比試驗的實測數據進行了對比，結果表明，最大誤差不到13％，在工程誤差允許范圍內，同時也驗證了所建立的模型及參數選取的合理性，并為進一步的分析提供了基礎。

作者單位：長沙市建筑工程安全監(jiān)察站

作者簡介：陳杰剛(1966—)，男(漢族)，湖南長沙人，工程碩士，高級工程師。