【摘要】伴隨著橋梁技術(shù)的提高，橋梁的跨徑越來越大，大跨徑橋梁不斷涌現(xiàn)。隨之增多的便是大直徑深長摩擦樁的運(yùn)用，然后現(xiàn)行對(duì)這類樁的特性研究還相對(duì)較缺乏。通過現(xiàn)場試驗(yàn)的方法與有限元模擬方法的結(jié)合，可以很好的研究大直徑深長摩擦樁的承載特性。

【關(guān)鍵詞】摩擦樁；承載特性；橋梁基礎(chǔ)

科技的不斷進(jìn)步，橋梁的不斷發(fā)展，促使樁基在橋梁工程越來越重要。伴隨著大跨徑以及跨海大橋的興建，大直徑深長摩擦樁的運(yùn)用越來越廣。對(duì)于這類樁基的承載力是否滿足現(xiàn)代橋梁技術(shù)與安全上的需求，仍然沒有成熟的研究成果，因此其樁基理論仍需采用更先進(jìn)的方法進(jìn)行研究完善。

1.研究背景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們修建的橋梁工程的跨度越來越大，有些地區(qū)甚至在河寬為成百上千的河流上修建橋梁，修建越來越多的橋梁是城市發(fā)展的需要，俗話說要發(fā)展先修路，但是，對(duì)于周圍環(huán)水的城市來說就只能夠修建橋梁，而現(xiàn)在每秒鐘通過橋梁的車輛和車輛裝載的人以及貨物的重量都是以噸來計(jì)算的，因此，對(duì)橋梁的承重能力提出了巨大的考驗(yàn)，如果橋梁修成后由于承重力弱而坍塌，那么損失將會(huì)是非常巨大的。在土木工程應(yīng)用中，摩擦樁是軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中比較常見的形式，它的承載能力是工程設(shè)計(jì)所關(guān)心的重點(diǎn)。近年來大直徑超長樁由于其承載能力較高，在許多工程項(xiàng)目中得到了廣泛地應(yīng)用。

但是，到目前為止，人們對(duì)于這類樁基礎(chǔ)的荷載傳遞機(jī)理的理解還并未完善，仍舊只是采用適用于普通樁長的規(guī)范推薦算法來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，樁側(cè)阻力與樁側(cè)摩阻力并非同時(shí)發(fā)揮作用，尤其是超長樁，往往是樁上部土體已經(jīng)屈服了，而較深處的樁側(cè)摩阻力還尚未發(fā)揮作用。因此用規(guī)范推薦算法進(jìn)行超長樁的承載能力計(jì)算并不合適，人們?nèi)孕栌斜匾芯磕Σ翗兜暮奢d傳遞機(jī)理，在充分利用樁土之間相互作用的原則下，保證樁基設(shè)計(jì)的安全性。對(duì)大直徑深長摩擦樁的承載特性做進(jìn)一步的研究，并對(duì)大直徑深長摩擦樁的承載特性試驗(yàn)的結(jié)果做進(jìn)一步的研究與分析。

2.樁基承載特性研究

2.1有限元模擬分析

大直徑深長摩擦樁受力性狀受長徑比、樁土剛度比、施工工藝等多種因素的影響，理論研究尚不成熟。而依靠現(xiàn)場靜載試驗(yàn)及室內(nèi)模型試驗(yàn)難以全面客觀的反映問題并揭示其規(guī)律，例如室內(nèi)模型試驗(yàn)手段，往往受場地和試驗(yàn)設(shè)備的限制而只能做小比例模型試驗(yàn)，不能完全表征邊界條件、樁土材料特性等原型的一切特征，很難完全反映實(shí)際結(jié)構(gòu)情況，研究某一參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，則需要做多個(gè)類似的構(gòu)件，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，其工程量相當(dāng)大，對(duì)樁基承載特性的研究有一定的局限性。

2.2 模型建立與計(jì)算

采用有限元方法可對(duì)圓柱形摩擦樁在均質(zhì)軟土中的受力和變形性能進(jìn)行研究，通過對(duì)單樁在各種樁長下的設(shè)計(jì)承載力和極限承載力特性分析，分析摩擦樁在一定地質(zhì)條件下的受力特性。不僅要分析各種土質(zhì)下各種樁長的受力特性，還要計(jì)算各種土質(zhì)對(duì)樁基礎(chǔ)承載能力的影響，此外為了進(jìn)一步了解樁徑變化對(duì)單樁的承載能力的影響，還要分析摩擦樁在各種樁徑下的承載能力，以期研究改變樁徑對(duì)摩擦樁承載能力的影響。這樣，根據(jù)樁基礎(chǔ)周圍土體的土質(zhì)條件，將樁長合理設(shè)計(jì)在合理樁長附近，則可以有效地利用樁基礎(chǔ)的承載能力。

運(yùn)用有限元法需要建立計(jì)算模型，計(jì)算模型包括幾何模型和材料模型，模型選用得當(dāng)與否，將直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度及對(duì)實(shí)際真實(shí)受力情況的反映程度。樁基礎(chǔ)的工作機(jī)理及承載特性實(shí)際上是樁與土共同作用的反映。樁的工作空間是一個(gè)半空間無限體，它與其四周和底部的土都發(fā)生作用。因此要合理\"準(zhǔn)確地分析樁與土共同作用時(shí)表現(xiàn)出的力學(xué)性狀，采用三維空間模型是最合理的。結(jié)合樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)和有限元計(jì)算對(duì)計(jì)算工具的要求，模型中樁周土確定樁徑范圍，確定樁底土厚度，建立幾何模型。模型均可選用20節(jié)點(diǎn)四面體等參實(shí)體單元。為較好地模擬樁與地基土的相互作用，應(yīng)盡可能加密樁及其與土體接觸區(qū)域的離散網(wǎng)格，在滿足計(jì)算精度和計(jì)算資源的前提下，從近到遠(yuǎn)，由密到疏進(jìn)行劃分。模型加載過程一般分兩步，首先對(duì)樁土模型施加重力荷載產(chǎn)生的初始應(yīng)力場，獲得地應(yīng)力平衡。第二步對(duì)樁頂逐步施加豎向靜荷載，為了研究樁基礎(chǔ)在隨荷載增大下的承載能力特性，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和試算，為不同樁長設(shè)置不同的樁頂試樁力，從而計(jì)算出各樁隨荷載從零逐步增加到樁頂試樁力過程中的荷載-沉降曲線。有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果精度主要取決于本構(gòu)模型的合理性和計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性。因此可對(duì)橋梁樁基采用彈性模型進(jìn)行分析，對(duì)地基土采用理想彈塑性的線性Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則模型進(jìn)行分析。通過變換現(xiàn)場試驗(yàn)試樁的樁長及樁徑，分析不同樁長及樁徑下樁的承載特性，對(duì)現(xiàn)場試驗(yàn)樁基進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，獲得樁的P-S曲線并與靜載試驗(yàn)P-S曲線進(jìn)行對(duì)比分析

3.對(duì)樁基承載力影響的因素的總結(jié)

在研究樁長對(duì)摩擦樁承載力影響時(shí)，首先應(yīng)該保證在每一次試驗(yàn)中摩擦樁的樁徑保持不變，然后確定一個(gè)樁徑，在試驗(yàn)中不斷地改變摩擦樁的樁長，得出一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再改變一個(gè)摩擦樁的樁徑，不斷地重復(fù)試驗(yàn)，然后將得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成折線圖，方便觀察研究。當(dāng)摩擦樁的樁徑不變時(shí)，隨著樁長的不斷地增加，摩擦樁的最大承載力也在逐漸地提高，但是，這并不意味著當(dāng)摩擦樁的樁長無限增加時(shí)，摩擦樁的承載力也不斷的增大，摩擦樁的樁長與承載力的關(guān)系符合數(shù)學(xué)中正切函數(shù)的關(guān)系曲線，當(dāng)樁長從零逐漸增大時(shí)，摩擦樁的承載力能夠得到較大幅度的增加，但是當(dāng)摩擦樁的樁長超過一定數(shù)值后，摩擦樁的承載力將不會(huì)有大幅度的提升，而是緩慢地逐漸趨近最大承載力，因此，在修建橋梁選擇摩擦樁的長度時(shí)，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)摩擦樁的樁長，選擇最適合的摩擦樁的長度對(duì)增加橋梁的最大承載力有重大的意義。保證樁長的一定，然后不斷地改變樁徑的大小，改變一個(gè)樁徑的數(shù)值就進(jìn)行一次樁徑試驗(yàn)，得出一個(gè)樁的承載力與沉降量的關(guān)系，如此重復(fù)多次，就能夠得出不同樁徑對(duì)樁的承載力的影響。

一般來說實(shí)驗(yàn)樁的直徑越大，樁所能夠承載的重量越大，也就是樁的承載力越大。樁的摩擦力主要分為樁側(cè)摩擦力和樁端摩擦力兩部分，當(dāng)摩擦樁受到壓力后，壓力會(huì)自動(dòng)分為這兩部分，幫助摩擦樁減少壓力，但是實(shí)踐證明，當(dāng)樁長一定時(shí)，不同的樁徑的樁側(cè)摩擦力和樁端摩擦力的分配也不一樣，根據(jù)試驗(yàn)可以得出在同一樁長之下，隨著樁徑的增大，樁側(cè)摩阻力分擔(dān)的荷載比逐漸減小，樁端阻力分擔(dān)的荷載比逐漸增大，這說明大直徑深長摩擦樁隨著樁徑的增大，傳遞到樁端的荷載逐漸增大，樁端阻力分擔(dān)荷載比逐漸增大，但其分擔(dān)的荷載比遠(yuǎn)小于樁側(cè)摩阻力分擔(dān)荷載比，以樁側(cè)摩阻力發(fā)揮為主。直徑深長摩擦樁對(duì)增加橋梁的承載力有很大的作用，但是這并不代表只要在橋梁工程施工中使用大直徑深長摩擦樁就能夠保證橋梁承受多大的壓力都不會(huì)毀壞，因?yàn)樵跇蛄汗こ淌┕ぶ?，使用高新技術(shù)和材料只是對(duì)橋梁工程施工質(zhì)量的一種錦上添花，真正能夠保證橋梁工程施工質(zhì)量的是施工單位在施工時(shí)的認(rèn)真程度和所使用的材料的質(zhì)量，只有各方面條件都得到保證才能夠使橋梁工程的承載力大大增加。

結(jié)語

總之，對(duì)于大直徑深長摩擦樁的研究仍然沒有較為成熟的理論體系，隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)于有限元法的運(yùn)用，對(duì)于這類樁基的承載特性的研究將會(huì)更加成熟。在未來的大跨度橋梁樁基中，對(duì)于這類樁基的運(yùn)用將會(huì)更安全、更實(shí)用。

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