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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的基礎(chǔ)上,對其承載特性進(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。現(xiàn)階段,超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性設(shè)計存在一定滯后性,具體而言,在軟弱地基處理中,超流態(tài)混凝土灌注樁設(shè)計仍然通過普通鉆孔灌注樁的計算理論進(jìn)行計算;然而其計算指標(biāo)不夠規(guī)范,容易引起地基處理效果的偏差。新時期,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

        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)計樁頂標(biāo)高后,建設(shè)人員會將鉆桿移開,并將鋼筋籠壓入到灌注漿中。一般情況下,為實現(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)過程來看,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]。建模過程中,樁體基礎(chǔ)參數(shù)和周圍土層的物理學(xué)性質(zhì)指數(shù)對灌注樁的承載特性具有直接影響。若設(shè)計樁體長度為19m,樁徑400mm,同時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,需在實際工況考慮的基礎(chǔ)上,對黏土層的厚度、孔隙比、液性指數(shù)和泊松比等指標(biāo)進(jìn)行控制,確保其滿足以下指標(biāo)要求(見表1)。此時,若假定樁身為線彈性體,而周圍土層為理想彈塑性體,在不考慮鋼筋籠對超流態(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圖1表示。

        2.2超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性計算

        2.2.1實測沉降與模擬沉降對比

        在ABAQUS軟件支撐下,對靜載實驗實測值與軟件模擬值進(jìn)行比較。通過對這兩個參數(shù)的把控,可以實現(xiàn)超流態(tài)混凝土灌注樁實測沉降和模擬沉降的曲線的準(zhǔn)確把控(見圖2)。根據(jù)有限元特征值計算可知,當(dāng)灌注樁靜載試驗值增加至1600KN時,沉降曲線無明顯拐點,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,隨著樁進(jìn)土深度的增加,樁身豎向應(yīng)力和沉降規(guī)格會逐漸縮小。當(dāng)荷載增加至最后一級時,樁頂及樁端的位移分別為9.24mm和6.43mm,此時,樁體實際壓縮量為2.69mm,即建??刂凭哂幸欢ê侠硇浴?/p>

        樁側(cè)摩擦阻力對于超流態(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)粘聚力會出現(xiàn)峰值,并且當(dāng)頂端加載量超過粘聚力峰值時,樁側(cè)摩擦阻力會不斷降低,此時樁身和樁間土的接觸面會發(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,分析10m、15m、20m和25m樁體沉降規(guī)格可知,在相同荷載條件下,樁體越長則其沉降量越?。徊⑶耶?dāng)樁長達(dá)到20m時,樁基承載力已無法得到有效提升(見圖3)。因此在軟粘土處理中,超流態(tài)混凝土灌注樁的樁身長度應(yīng)盡可能控制在15~20m,唯有如此,才能實現(xiàn)樁體承載能力的有效提升。

        樁身直徑對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叫?,并且?dāng)樁徑達(dá)到600mm時,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、樁徑和樁間土彈性模量具有直接關(guān)系。實踐過程中,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,并對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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