关键词:
大直径超长桩
自平衡法
数值模拟
承载特性
极限承载力
摘要:
随着交通基础设施迅速发展,区域内各种复杂地质条件下的工程建设逐渐增多,地下桩基础结构的安全与稳定也随之成为研究的重点。复杂地质条件下大直径超长钻孔灌注桩的出现对社会发展、学科理论、工程技术都起到了明显的推动作用。因此,本文对大直径超长钻孔灌注桩的承载特性展开研究,从而更精准地预测其在工程中的受力性能,避免设计过度或设计保守,提高工程效益,减少成本。本文依托西安市地铁十号线公轨合建泾河大桥工程项目,结合文献查阅、现场试验、数值模拟、理论研究以及实例验证等方法,深入研究大直径超长桩基承载特性,主要研究内容及研究结论如下:
首先,通过对泾河大桥工程地质条件的了解,基于现场双荷载箱自平衡法静载试桩试验,对现场两根试桩的试验数据进行整理和绘图,从荷载—位移曲线、位移—时间对数曲线、桩身轴力分布、桩身摩阻力分布、桩土相对位移—侧摩阻力曲线以及桩端阻力—荷载曲线等方面进行全面分析;研究表明:当下荷载箱加载时,首先被激发的是侧摩阻力,而后是端阻力,两者发挥呈现异步性;通过等效转换公式得到单桩竖向抗压极限承载力:试桩SZ2-1为69014k N,试桩SZ2-2为70238k N。
其次,运用ABAQUS有限元软件对富水砂层地质条件下大直径超长单桩与群桩加载过程进行数值模拟,分析不同桩土刚度以及结构设计参数等因素对承载特性的影响;研究表明:对于单桩而言,增大桩体刚度、桩周土体刚度、桩端土体刚度均能提高大直径超长单桩的承载力,但桩周土体刚度的影响最小;数值区间40~50可作为大直径超长钻孔灌注桩合理的长径比设计参考范围。对于群桩而言,最大沉降值出现在承台和中心桩顶部位置,各基桩顶部的应力远远大于承台,且基桩顶部为轴力最大值分布区;增大桩体刚度、桩周土体刚度、桩端土体刚度均能在一定程度上改善群桩的承载能力,但桩体刚度的影响最小,桩端土体刚度的影响较大。
最后,为了准确的计算大直径超长群桩基础的竖向极限承载力,结合已有方法,考虑桩体几何特性和桩土刚度等因素对群桩效应系数的影响,优化出更加符合富水砂层地质下大直径超长群桩基础的竖向极限承载力计算公式;研究表明:在富水砂层地质条件下,大直径超长群桩效应系数的区间范围在0.95~1.10之间;桩土刚度对群桩效应系数的影响甚小,而群桩几何特征对群桩效应系数的影响较大,其中,桩间距对群桩效应系数的影响最大,桩长和桩径次之;通过对比改进后的群桩效应系数与原始值的误差,最大残差值未超过0.0540,各个数据点对应的95%置信区间均穿过原点线,经过相似地质条件下的群桩承载力计算验证,误差均在5%以内,表明改进后的计算公式在相似工况下具有较高的适用性和准确性。
综上所述,本文对富水砂层地质条件下大直径超长群桩的承载性能进行了定性与定量的研究,并提出了在实际工程中的设计建议,为类似地区的大直径超长桩施工提供了重要的经验参考。