馮惠明 （山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)鴻泰煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引 言

長(zhǎng)螺旋鉆孔鋼筋籠技術(shù)與我們接觸到的普通鉆孔樁不同，它采用專(zhuān)用長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)首先鉆至預(yù)定深度，通過(guò)鉆頭活門(mén)向孔內(nèi)連續(xù)泵注超流態(tài)混凝土，直接注入到樁頂。然后插入鋼筋籠而形成的樁體，是一種新型的樁基礎(chǔ)施工手段。螺旋鉆孔的超流態(tài)混凝土灌注樁應(yīng)用廣泛，不受地下水位限制，所用混凝土流動(dòng)性強(qiáng)，骨料分散性好。

1 基本參數(shù)及有限元模型的建立

長(zhǎng)螺旋鉆孔形成的新型的樁基礎(chǔ)參數(shù)如表1所示[1-2]。

長(zhǎng)螺旋鉆孔形成的新型的樁基礎(chǔ)參數(shù) 表1

1.1 基本假定

為了在有限元分析中使問(wèn)題既得以簡(jiǎn)化又能反映問(wèn)題的主要特征，本文只考慮豎向受荷情況下的基本假定[3]：

①模型采用空間軸對(duì)稱(chēng)進(jìn)行分析；

②土層為均質(zhì)、各向同性；

③樁與土體的變形相協(xié)調(diào)，即交界面無(wú)滑移，為考慮樁土接觸面單元特性，樁土界面設(shè)置接觸面單元；

④由于土體自重產(chǎn)生的變形在成樁前已基本完成，故計(jì)算中不計(jì)入土體自重引起的應(yīng)變[4]。

1.2 樁體與土體相互作用

因?yàn)殡娔X配置所限，所以我們需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化以后將鋼筋簡(jiǎn)化為截面為正多邊形的結(jié)構(gòu)，同時(shí)因?yàn)闄C(jī)器內(nèi)存所限，我們截取5m長(zhǎng)的樁的部分進(jìn)行研究。

主要參數(shù)有彈性模量E、泊松比μ、粘聚力c 和摩擦角φ。樁身材料由混凝土澆筑制成，其受荷變形遠(yuǎn)小于土體，在荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)，故其材料定義為彈性材料。其各參數(shù)數(shù)據(jù)選擇如表2所示。

材料性能參數(shù) 表2

1.3 網(wǎng)格劃分

我們劃分網(wǎng)格的類(lèi)型為部件中Tetra4，整體的單元總數(shù)量17402；在整個(gè)部件中的單元總數(shù)量17402；部件中節(jié)點(diǎn)總數(shù)量8533。其劃好的網(wǎng)格如圖1所示[5]。

圖1 有限元網(wǎng)格劃分

2 加載和求解結(jié)果

圖2 約束及載荷加載圖

各方向位移匯總 表3

圖3 Y方向位移圖

2.1 載荷

在樁體表面施加面載，考慮土體的自重。荷載直接施加于實(shí)體模型上，在NASTRAN程序中，求解時(shí)程序自動(dòng)將所加荷載轉(zhuǎn)換到節(jié)點(diǎn)和單元上。加載過(guò)程中模擬樁靜載試驗(yàn)逐級(jí)加載，一般每級(jí)加載量為最大試驗(yàn)荷載的1/10到1/15，根據(jù)試算結(jié)果，取最大試算荷載(5MN)的1/10，每級(jí)加載量為0.5MN。最終加載后如圖2所示。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

單樁的P-S曲線(xiàn)特征是樁體受力特征宏觀(guān)外在的表現(xiàn)。研究樁體在不同荷載作用下的P-S曲線(xiàn)特征是揭示樁體受力機(jī)理的主要途徑。其位移匯總?cè)绫?所示[6]。

通過(guò)表3可以看出，分布曲線(xiàn)大致可以分為3個(gè)階段：第1階段基本持平還會(huì)略有增加；第2階段出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，下降較緩慢；第3個(gè)階段急劇下降階段。Y方向的有限元分析結(jié)果如圖3所示。最大軸力為121MPa，隨著樁深度的增加，樁底部軸力為3.997MPa。

3 結(jié) 論

①在豎向荷載作用下，從垂向方向的位移圖可以得出，造成這樣的結(jié)果的原因是側(cè)壁出現(xiàn)摩阻力的作用，在逐級(jí)荷載作用下，土質(zhì)及鋼結(jié)構(gòu)的沉降效果不一樣。從而導(dǎo)致最大應(yīng)力是在樁身中部偏下的位置，并且在下部分位置是呈逐級(jí)跳躍的上升的。

②為進(jìn)一步驗(yàn)證，我們需要參考實(shí)際的沉降現(xiàn)象以及進(jìn)行試驗(yàn)。

[1]董天文,梁力,王明恕,等.極限荷載條件下螺旋樁的螺距設(shè)計(jì)與承載力計(jì)算[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006（11）.

[2]董天文,梁力,張成金.旋入式螺旋樁[J].世界橋梁,2004（4）.

[3]孫鳴.鋼筋混凝土螺旋樁可行性分析[J].天津城市建學(xué)院學(xué)報(bào),2001（9）.

[4]賈志杰,梁力,董天文.預(yù)制混凝土螺旋樁樁頭力學(xué)特性數(shù)值分析[J].山西建筑,2006（2）.

[5]董天文,李士偉,張亞軍,等.軟土地基螺旋樁豎向抗拔極限承載力計(jì)算方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009（5）.

[6]呂有界,王玉興.基于ANSYS的螺旋樁葉片仿生曲面接觸有限元仿真[J].機(jī)電工程技術(shù),2007（7）.