摘要：為了分析橋梁樁基礎(chǔ)承載力特征，文章通過現(xiàn)場靜載試驗獲取5根樁的P-S曲線，并以5#樁為原型對比數(shù)值模擬模型設(shè)計、參數(shù)選取的合理性，兩種方法P-S曲線擬合程度較好;樁基礎(chǔ)承載力隨著軟土厚度增大、樁徑減小、樁長減小而減小，其中極限承載力對樁徑敏感程度較高。

關(guān)鍵詞：橋梁樁基;數(shù)值模擬;樁基承載力;灰色關(guān)聯(lián)度

中圖分類號：U443.15文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 031

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0112 - 04

0引言

樁基礎(chǔ)是工程建設(shè)過程中一種常用的地基處理方法，研究樁基礎(chǔ)承載力特征對于樁基礎(chǔ)設(shè)計、布置是十分重要的，尤其是針對地層類型多、強(qiáng)度參數(shù)差異較大的地層。目前，關(guān)于樁基礎(chǔ)承載力的研究主要有實驗法和數(shù)值分析法兩種。張東[1]通過現(xiàn)場試驗、理論分析以及數(shù)值模擬研究了天津某工程樁基礎(chǔ)承載力不足、變形過大的原因;張旭恒[2]使用PLAXIS 3D軟件研究動荷載作用下群樁的受力和變形特征;李春[3]使用數(shù)值模擬方法驗證溶洞對樁基承載力的削減作用;劉源等[4]通過實驗分析，研究不同樁周土含水率對樁基承載力的影響。通過前述研究可知，除了樁基礎(chǔ)自身強(qiáng)度外，樁周巖土體也是影響其承載力的一個重要因素。

在修建橋梁的過程中，地基分布有較厚的軟土層，軟土處理不當(dāng)將會造成不可估量的后果。為了分析橋梁樁基礎(chǔ)的承載力特征以及控制軟土沉降的效果，本文以某橋梁修建樁基礎(chǔ)為例使用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)條件

地基巖土體類型是影響樁基礎(chǔ)設(shè)計和最終變形結(jié)果的重要因素，因此，準(zhǔn)確查明巖土體類型、結(jié)構(gòu)是十分重要的。通過現(xiàn)場調(diào)查，某橋梁樁基施工場地巖土體從上至下依次為：（1）硬殼層（0. 5～0.7 m厚）;（2）黏土（20～25.0m厚）;（3）淤泥質(zhì)土（18. 0～25.5 m厚）;（4）粉質(zhì)黏土（>10.5 m厚）。采用鉆孑L灌注樁。通過現(xiàn)場試驗，樁基礎(chǔ)基本特征見表1，樁基礎(chǔ)P-S曲線見圖1。從圖1可知，根據(jù)實驗結(jié)果P-S表現(xiàn)為緩慢變化的特征，無沉降突然出現(xiàn)變化的現(xiàn)象，樁頂最大沉降值為48.2 mm，這表明該樁基礎(chǔ)設(shè)計安全儲備較大。

2 數(shù)值模擬模型及參數(shù)

2.1 建立數(shù)值模擬模型

建立FLAC有限元數(shù)值模擬模型[6-8]，分析該橋梁樁基礎(chǔ)承載特征。模型設(shè)計水平方向>15D（D為樁基礎(chǔ)直徑0.7 m），樁底與模型底邊界距離≥0.7L（L為樁長）。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，建立模型地層從上至下依次為：硬殼層、黏土層、淤泥質(zhì)土層、粉質(zhì)黏土層。其中黏土層、淤泥質(zhì)土層呈軟～流塑狀態(tài)，中～高壓縮性;硬殼層厚度較薄，一般<1.0m，以粉質(zhì)黏土為主，密實度高，壓縮性低。建立數(shù)值模擬地層模型見圖2，計算參數(shù)見表2。

2.2 模型及參數(shù)合理性驗證

根據(jù)靜載試驗結(jié)果，建立數(shù)值模擬模型驗證參數(shù)和模型設(shè)計的合理性，以5#樁作為數(shù)值模擬原型，將數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗結(jié)果進(jìn)行對比，分析模型、參數(shù)的合理性?，F(xiàn)場實驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果P-S曲線對比見圖3。從圖中可知數(shù)值模擬計算P-S曲線與現(xiàn)場試驗結(jié)果在形態(tài)、數(shù)值上差距較小，表明數(shù)值模擬計算結(jié)果較為可信，可使用數(shù)值模擬方法進(jìn)行多組試驗，作為數(shù)據(jù)樣本的補(bǔ)充，研究不同軟土厚度、樁長、樁徑對樁基承載力的影響。

3 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

3.1 不同軟土厚度樁基承載力分析

數(shù)值模擬方案一主要為了研究不同軟土厚度對樁基承載力特征的影響，不同計算模型的計算結(jié)果見下頁表4。繪制極限承載力與軟土厚度關(guān)系曲線（見圖4）。根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果可知，當(dāng)軟土厚度小于樁長（L= 30 m）時，隨著軟土厚度的增加，樁基極限承載力以相對較快的速度減小;當(dāng)軟土厚度大于樁長時，極限承載力衰減速率降低。當(dāng)軟土厚度小于樁長時，極限承載力按照線性衰減，大于樁長時，按照對數(shù)關(guān)系衰減。

3.2 不同樁徑樁基承載力分析

數(shù)值模擬方案二主要為了研究樁長為30.0m時，不同樁徑、不同軟土厚度情況下的樁基極限承載力。計算結(jié)果見表5，關(guān)系圖見圖5。根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果可知，在軟土厚度小于樁長時，樁徑越大，極限承載力隨著軟土厚度的增大衰減速率越大。這主要是因為樁徑越大，樁與樁周土的摩阻力越大，隨著軟土厚度的增大，樁周土摩阻力減小幅度也較小直徑樁基大。

3.3 不同樁長樁基承載力分析

從表4、圖4可以得到，在軟土厚度、樁徑等條件一致的情況下，樁長越大，樁基礎(chǔ)極限承載力越大。同時，樁長與軟土厚度相等的數(shù)值是極限承載力值出現(xiàn)較大幅度提升的轉(zhuǎn)折點。

3.4 基于灰色關(guān)聯(lián)法影響因素重要程度分析

灰色關(guān)聯(lián)法是一種采用數(shù)學(xué)方法以解決系統(tǒng)工程的方法?；疑P(guān)聯(lián)法由鄧聚龍[7]首次提出，主要用于解決未知因素等科學(xué)問題，在各行各業(yè)中有較為廣泛的應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)[8]、災(zāi)害預(yù)警[9]、成本控制[10]等。采用灰色關(guān)聯(lián)度分析影響樁基承載力的3個因素：軟土厚度、樁長、樁徑的敏感性。灰色關(guān)聯(lián)法計算過程如下：

樁基極限承載力作為參考列y，各影響因素為比較列X。

最后計算獲取不同影響因素對樁基承載力的敏感性t，0

經(jīng)過計算，各因素敏感程度大小如下：t樁徑>t軟土厚度>t樁長。

4結(jié)語

（1）通過對比現(xiàn)場靜載試驗和數(shù)值模擬試驗P-S曲線可知，兩者在形態(tài)和數(shù)值方面誤差較小，可使用數(shù)值模擬結(jié)果作為數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

（2）通過多組數(shù)值模擬結(jié)果可知，隨著樁長的增加、樁徑的增加和軟土厚度的減小，樁基承載力增大。當(dāng)樁長大于軟土厚度時，隨著軟土厚度的增加樁基承載力降低速度較快;當(dāng)軟土厚度大于樁長時則下降速度降低。

（3）通過灰色關(guān)聯(lián)度分析，樁基承載力對各因素的敏感性程度為：樁徑>軟土厚度>樁長。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：林喬（1974-），工程師，研究方向：公路路面大中修、橋梁維修管理。