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        超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性分析

        2019-09-10 07:22:44李金海
        炎黃地理 2019年3期
        關(guān)鍵詞:有限元

        李金海

        摘 要:超流態(tài)混凝土灌注樁是當(dāng)前黏土層地基處理的重要形式。確保其承載特性的規(guī)范,對(duì)于地基處理質(zhì)量提升具有深刻影響。本文在闡述超流態(tài)混凝土灌注樁工法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)其承載特性進(jìn)行有限元模型分析。期望有利于超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性把控的精確、合理,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地基處理質(zhì)量的有效提升。

        關(guān)鍵詞:超流態(tài)混凝土灌注樁;承載特性;有限元

        超流態(tài)混凝土灌注樁是軟弱黏土處理的重要方式,其樁體承載特性直接影響著黏土地基的處理水平?,F(xiàn)階段,超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性設(shè)計(jì)存在一定滯后性,具體而言,在軟弱地基處理中,超流態(tài)混凝土灌注樁設(shè)計(jì)仍然通過(guò)普通鉆孔灌注樁的計(jì)算理論進(jìn)行計(jì)算;然而其計(jì)算指標(biāo)不夠規(guī)范,容易引起地基處理效果的偏差。新時(shí)期,進(jìn)行超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性控制已成為軟弱粘土地基處理質(zhì)量提升的關(guān)鍵。

        1 超流態(tài)混凝土灌注樁的工法特點(diǎn)

        作為凝土灌注樁施工建設(shè)的基本形態(tài),超流態(tài)混凝土灌注樁在內(nèi)管鉆頭上進(jìn)行混凝土孔設(shè)置,然后進(jìn)行超流態(tài)混凝土的壓灌,當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高后,建設(shè)人員會(huì)將鉆桿移開(kāi),并將鋼筋籠壓入到灌注漿中。一般情況下,為實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁樁頂強(qiáng)度的保證,灌入的混凝土需要超出樁頂50cm[1]。

        從建設(shè)過(guò)程來(lái)看,超流態(tài)混凝土灌注樁工法的應(yīng)用具有以下特征:其一,與傳統(tǒng)灌注樁施工相比,超流態(tài)混凝土灌注樁的樁體材料具有較高的流動(dòng)性,這使得水泥、石子、骨料的離析作用較弱,確保了鋼筋籠的快速放入。其二,在內(nèi)管鉆頭支撐下,超流態(tài)混凝土灌注樁可以快速的穿過(guò)硬土層,施工效率較高,單樁承載力較強(qiáng)。其三,超流態(tài)混凝土灌注樁在斷樁、縮頸和塌孔病害防治的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)質(zhì)量的有效保證,并且施工成本較為低廉,綜合效益較高。

        2 超流態(tài)混凝土灌注樁的承載特性分析

        2.1超流態(tài)混凝土灌注樁有限元模型建立

        ABAQUS軟件是超流態(tài)混凝土有限元模型建立的基本支撐[2]。建模過(guò)程中,樁體基礎(chǔ)參數(shù)和周?chē)翆拥奈锢韺W(xué)性質(zhì)指數(shù)對(duì)灌注樁的承載特性具有直接影響。若設(shè)計(jì)樁體長(zhǎng)度為19m,樁徑400mm,同時(shí)彈性模量和泊松比分別為30GPa和0.2。則在樁體土體物理學(xué)指標(biāo)控制中,需在實(shí)際工況考慮的基礎(chǔ)上,對(duì)黏土層的厚度、孔隙比、液性指數(shù)和泊松比等指標(biāo)進(jìn)行控制,確保其滿(mǎn)足以下指標(biāo)要求(見(jiàn)表1)。此時(shí),若假定樁身為線(xiàn)彈性體,而周?chē)翆訛槔硐霃椝苄泽w,在不考慮鋼筋籠對(duì)超流態(tài)混凝土灌注樁的影響的情況下,則超流態(tài)混凝土灌注樁有限元模型的應(yīng)力和位移云圖可通過(guò)圖1表示。

        2.2超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性計(jì)算

        2.2.1實(shí)測(cè)沉降與模擬沉降對(duì)比

        在ABAQUS軟件支撐下,對(duì)靜載實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)值與軟件模擬值進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的把控,可以實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁實(shí)測(cè)沉降和模擬沉降的曲線(xiàn)的準(zhǔn)確把控(見(jiàn)圖2)。根據(jù)有限元特征值計(jì)算可知,當(dāng)灌注樁靜載試驗(yàn)值增加至1600KN時(shí),沉降曲線(xiàn)無(wú)明顯拐點(diǎn),且最大位移未達(dá)到40mm,由此可知,該樁身的底部土體尚未達(dá)到極限狀態(tài)。

        2.2.2超流態(tài)混凝土灌注樁頂部與端部位移對(duì)比

        超流態(tài)混凝土灌注樁建設(shè)中,樁身壓縮量和樁端沉降量對(duì)樁頂沉降具有直接影響。而樁身壓縮率又受到綜合系數(shù)、頂端豎向荷載、樁身長(zhǎng)度、材料彈性模量及樁體橫截面面積等因素的制約。有限元控制模型中,當(dāng)樁身荷載增加到1600KN時(shí),隨著樁進(jìn)土深度的增加,樁身豎向應(yīng)力和沉降規(guī)格會(huì)逐漸縮小。當(dāng)荷載增加至最后一級(jí)時(shí),樁頂及樁端的位移分別為9.24mm和6.43mm,此時(shí),樁體實(shí)際壓縮量為2.69mm,即建??刂凭哂幸欢ê侠硇?。

        樁側(cè)摩擦阻力對(duì)于超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性具有一定影響。一般情況下,隨著樁身荷載的增加,樁側(cè)粘聚力會(huì)出現(xiàn)峰值,并且當(dāng)頂端加載量超過(guò)粘聚力峰值時(shí),樁側(cè)摩擦阻力會(huì)不斷降低,此時(shí)樁身和樁間土的接觸面會(huì)發(fā)生屈服,影響灌注樁的承載能力。

        2.3超流態(tài)混凝土灌注樁的承載特性分析結(jié)果

        有限元模型分析中,假定所有樁徑為400mm,且樁體彈性模量為60GPa,此時(shí),分析10m、15m、20m和25m樁體沉降規(guī)格可知,在相同荷載條件下,樁體越長(zhǎng)則其沉降量越??;并且當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到20m時(shí),樁基承載力已無(wú)法得到有效提升(見(jiàn)圖3)。因此在軟粘土處理中,超流態(tài)混凝土灌注樁的樁身長(zhǎng)度應(yīng)盡可能控制在15~20m,唯有如此,才能實(shí)現(xiàn)樁體承載能力的有效提升。

        樁身直徑對(duì)于樁體承載特性具有較大影響。有限元模型分析中,假定樁體彈性模量、樁長(zhǎng)和樁周土的指標(biāo)一致,則樁徑規(guī)格越大,樁頂?shù)某两盗繒?huì)越小,并且當(dāng)樁徑達(dá)到600mm時(shí),超流態(tài)混凝土灌注樁的承載能力不再增加,即軟土地基施工中,樁徑規(guī)格應(yīng)控制在500~600mm。

        此外,超流態(tài)混凝土灌注樁應(yīng)用中,其承載能力會(huì)受到樁間土彈性模量的影響。樁間土彈性模量越大,則樁身頂端的沉降量會(huì)越小,即增大樁間土的彈性模量,可以有效的避免樁基沉降,實(shí)現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁承載能力提升。

        3 結(jié)論

        超流態(tài)混凝土灌注樁的承載能力與樁長(zhǎng)、樁徑和樁間土彈性模量具有直接關(guān)系。實(shí)踐過(guò)程中,工程建設(shè)人員只有充分把控超流態(tài)混凝土灌注樁的工法特點(diǎn),并對(duì)其承載特性的影響因素進(jìn)行嚴(yán)格控制,才能確保超流態(tài)混凝土灌注樁承載能力的提升,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟粘土地基處理質(zhì)量的有效保證。

        參考文獻(xiàn)

        [1]楊興宇.超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性分析[J].山西建筑,2017(21):50-52.

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