关键词:
深厚回填土
嵌岩灌注桩
静载荷试验
应力
极限承载力
数值模拟
摘要:
中国经济飞速发展,沿海地区经济可以说是中国经济发展的重要组成部分,但目前沿海地区土地资源严重匮乏。为解决日益紧张的土地问题,工程界正逐步向大海索要土地,开始建造围填海工程。大直径嵌岩灌注桩因其具有承载能力强、沉降量小、抗震性能好、造价低等优势,被广泛应用于高层建筑、内河港口、跨海大桥等大型建筑物基础中。目前在开展大规模嵌岩桩现场试验时,由于桩土相互作用较为复杂,现场试桩又难以加载至极限状态,导致嵌岩段侧摩阻力与桩端阻力的发挥机制仍未明确,嵌岩桩的承载特性仍有研究的必要。因此,本文以现场静载荷试验和ABAQUS有限元模拟互为补充,揭示深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩的荷载传递规律,探讨深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩承载特性的影响机制。主要工作及研究成果如下:
(1)依托于青岛市某人工岛填海区域3根大直径嵌岩灌注桩,通过大吨位静载试验及桩身应力测试,将其中2根试桩加载至破坏,明确了深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩的荷载传递机理和竖向承载特征。3根试桩荷载-位移(Q-s)曲线均呈缓变型,SZ1与SZ3卸载后桩顶沉降有回弹,SZ2发生失稳破坏、无回弹,SZ1、SZ2、SZ3的桩顶沉降分别为32.42、61.45、43.86 mm;上覆土层侧摩阻力较小,嵌岩段承载力较高,且能满足设计要求;根据现场试验确定试桩SZ1的竖向抗压极限承载力不低于16000 k N、试桩SZ2在16000~17600 k N之间、试桩SZ3在17600~18400 k N之间;利用指数曲线模型进一步探讨了3根试桩的极限承载力,并确定指数曲线函数中参数k的取值为-9.11×10-5,通过工程实例验证了修正后的指数曲线模型在预测大直径嵌岩灌注桩极限承载力时具有较高的精度。
(2)基于青岛市某人工岛填海区域大直径嵌岩灌注桩试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立桩-土-岩耦合作用模型,桩身材料选用线弹性模型,岩土材料选取Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型。将有限元模拟数据与现场实测结果对比发现,3根试桩在最大加载量下所对应的桩顶沉降误差、各级荷载下桩身轴力误差均值均较小,表明该模型具有较高的计算精度。最大荷载作用下,3根试桩桩侧摩阻力与桩端阻力分担桩顶荷载比例分别为40%、60%,表现为摩擦端承桩特性;桩端阻力与桩顶荷载基本呈线性增长;在嵌岩段出现桩端阻力增大效应,致使桩侧摩阻力出现多个峰值以及桩侧与桩端交接处的侧摩阻力值发生突然增大现象。
(3)揭示了基岩弹性模量、嵌岩深度、桩身混凝土强度等对深厚回填土中嵌岩灌注桩承载特性的影响规律。结果表明,基岩弹性模量越大,桩顶沉降量越小,嵌岩桩承载力越大;随着基岩弹性模量等量增大,桩顶沉降减小速率越来越小。单桩竖向承载力与嵌岩深度的增加有关且呈非线性关系,嵌岩深度越大,嵌岩段的轴力曲线斜率变化越大。随着嵌岩深度的增加,桩土总阻力占比逐渐减小,桩岩总阻力占比增大幅度高达80.1%。桩身混凝土强度对嵌岩桩的承载力有较大影响,但对嵌岩桩轴力分布规律、岩土层平均侧摩阻力影响较小。随着桩身混凝土强度等级的逐级增高,桩顶沉降的变化量呈递减趋势,为节约工程成本,可以使用强度等级较低的混凝土来代替高强度混凝土。