大直径钻孔灌注桩承载特性影响因素研究

赵 金 亮

(辽宁省冶金地质勘查局四0二队，辽宁 鞍山 114000)

大直径钻孔灌注桩承载特性影响因素研究

赵 金 亮

(辽宁省冶金地质勘查局四0二队，辽宁 鞍山 114000)

为了研究大直径钻孔灌注桩承载特性，用ADINA仿真手段结合现场荷载试验进行对比，研究表明：在一定范围内，随着桩径的增加，承载能力增强，桩顶位移较小，而桩径过大则会影响大直径钻孔灌注桩竖向承载力；在实际工程实践中，极大提高桩身混凝土等级，对桩基承载力的提高不明显。

钻孔灌注桩，承载特性，影响因素

大直径桩具有适用性广，施工速度快，质量可靠，承载能力强等优势，因此也成为高层建筑，地下工程，公路和铁路桥梁，港口工程等领域的基础越来越常用的基础形式[1-3]。为了能够全面研究桩土作用中承载力的影响，通常需要确定桩身的尺寸参数、材料力学参数、土的力学参数。本文结合工程实际，用ADINA仿真手段结合现场荷载试验进行对比研究。并通过参数调整，研究各个影响因素对大直径钻孔灌注桩承载特性影响，并对其承载规律进行了总结。

1 工程概况

该工程布设地质勘探孔6个，最大探深34.00 m，总进米169.60 m；原位测试中标贯21次，并进行了重型动力触探实验。分析了粉土、中粗砂、砂砾含角砾以及中风化砂页岩的土层性质，根据勘察及原位测试实验得出了地基承载能力及土层物理力学参数，为计算分析奠定了基础。

1)该场地地层较为简单，变化不大。

2)杂填土层不能作为天然地基浅基础持力层。

3)粉土层不能作为天然地基浅基础持力层。

4)中粗砂及砾砂含角砾层分布较为均匀。

5)中风化岩为场地内稳定地层，无软弱夹层及下卧层，强度较高，可以作为桥墩基础持力层，建议采用钻孔灌注桩基础形式。

6)各地层承载力容许值及有关参数如表1所示。

表1 土层参数表

该场地为中硬场地土，场地类别为Ⅱ类。抗震烈度6度，标

准冻结深度为1.40 m。

2 有限元仿真模拟及荷载试验

2.1 模拟思路

1)边界条件。根据工程情况建立3D实体模型进行模拟，有限元模型侧面采用水平约束，底面采取固定约束。采用实体单元类型，节点自由度为3个平移自由度；材料参数按照地质勘察资料进行选取。

2)荷载条件将上部传递的荷载等效均布于桩顶，进行桩土作用分析，模拟剖面示意图如图1所示。

2.2 现场单桩静载实验

以该项目3号桩为研究对象，将单桩静载实验和单桩3D仿真模拟仿真进行对比分析，模拟仿真参数均取值于工程地质勘察数据，单桩静载数据取自于实测实验。

2.3 结果对比分析

结果如表2所示，桩顶加载10 000 kN以内，模拟值与计算值接近，说明有限元数值模拟精度较高，但模拟值更接近于线性变化。原因在于模拟值计算过程中将桩体及土层进行了相应的简化，与实际土体、桩体参数不完全相符所导致。桩体加载实验加到10 000 kN便进行了卸载，因此没有后半程曲线，模拟值中所表示10 000 kN以上桩顶位移开始摆脱线性变化，变为陡增，因此可以确定桩基已经达到了极限承载能力。

表2 模拟值与实验值

3 桩基承载力影响因素分析

3.1 桩体长度影响

只考虑长度影响，因此选取固定桩体直径为1.0 m。长度分别采取图2中数值，每种情况进行一次3D模拟计算，算出桩顶位移列入图2中。

由曲线图2可以明显看到，桩顶荷载在0 kN～8 000 kN的范围内，在相同桩顶荷载作用下，随着桩长的增加，桩顶位移逐渐减小。抵抗桩沉降变形由桩端的端承载和桩体与土体的摩阻力所承担，在一定范围内随着桩长的增加桩周摩阻力也是增加的，这就增加了桩体抵抗受压荷载的能力。当桩顶荷载超过8 000 kN以后，桩顶沉降位移陡然增加，长桩与短桩的桩顶位移差别依然很大。而实际桩体工作中，超出一定的沉降范围，就认为桩体已经达到极限承载力而不能继续使用了，所以提高桩长增加竖向承载力在一定范围内是有效的，而超出了这个范围一味增加桩长则没有太大意义，而且大的桩长会导致施工难度增加，经济投入加大，经济性以及施工质量都难以保证。

3.2 桩体直径的影响

为了研究大直径钻孔灌注桩基础直径因素对桩体竖向承载力的影响，选用固定桩长为40 m,直径分别采取如图3所示，每种情况进行一次3D模拟计算，算出桩顶位移列入图3中，土体以及桩体模拟参数选取与3.1均相同。

在一定范围内，随着桩径的增加，承载能力也就增强，桩顶位移较小。如图3所示，在荷载15 000 kN以内，桩径的增加所提高的承载能力是非常明显的。但一味增加桩径来提高桩的承载力也是不可取的。桩体承载主要取决于两部分，一部分是端承载，另一部分是桩侧摩阻。当桩径增加势必导致桩周土体孔径增大，土体之间的粘聚力就会减小，从而导致桩侧土体松弛，摩阻力下降。因此在建筑桩基技术规范当中也对大直径钻孔灌注桩竖向承载力进行了相应的折减。

3.3 桩身弹性模量影响

研究桩身弹性模量对大直径钻孔灌注桩竖向承载力的影响，该次仿真计算中选取桩长为40 m，桩径为1.0 m进行有限元计算分析，计算中其他模量均与前述相同。桩身弹性模量如图4所示。

在针对桩基竖向承载力计算中，考虑桩身承载和桩土共同作用承载，承载力取二者最小值，因此提高桩身承载也是非常必要的。由曲线图4可见，当桩身弹性模量从20 GPa增加到30 GPa时，桩身承载增加的效果非常明显，而超过20 GPa之后，则区别不大。因为桩身达到一定强度后，可以认为桩体承载能力已经足够大了，而相对于桩土共同作用则起到主要影响，即继续加载桩土共同作用达到极限承载力，虽然桩没有破坏，但基础已经达到极限承载了。在实际工程实践中，完全没必要极大提高桩身混凝土等级，对桩基承载力的提高不是很明显，而且还会造成工程施工困难以及材料的浪费。

4 结语

1)通过仿真结果与试验结果对比分析可知仿真计算精度较高；2)通过提高桩长增加竖向承载力在一定范围内是有效的，而超出了这个范围一味增加桩长则没有太大意义，而且大的桩长会导致施工难度增加，经济投入加大，经济性以及施工质量都难以保证；3)在一定范围内，随着桩径的增加，承载能力也就增强，桩顶位移较小。而桩径过大则会影响大直径钻孔灌注桩竖向承载力；在实际工程实践中，完全没必要极大提高桩身混凝土等级，对桩基承载力的提高不是很明显，而且还会造成工程施工困难以及材料的浪费。

[1] 池跃君,顾晓鲁.大直径超长灌注桩承载性状的试验研究[J].工业建筑,2000,30(8):26-29.

[2] 胡振阳,蒋荣庆,白鸿雁.超深大直径钻孔灌注桩施工技术[J].西部探矿工程,2003,15(9):4-6.

[3] 李玲玲,王立忠,邢月龙.大直径钻孔灌注桩负摩阻力试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(3):583-590.

Large diameter bored pile bearing characteristics influencing factors

ZHAO Jin-liang

(LiaoningMetallurgicalGeologicalExplorationBureau402Teams,Anshan114000,China)

In order to study the large-diameter bored pile bearing properties, combined with on-site load test using ADINA simulation methods were compared. Studies show that: within a certain range, with the increase the diameter of the pile bearing capacity also increased, smaller displacement pile, and the pile diameter is too large vertical bearing capacity of large diameter bored impact, in actual engineering practice, greatly increasing pile of concrete grade, to improve the bearing capacity of the pile is not very obvious.

bored pile， bearing characteristics, influencing factors

1009-6825(2014)22-0075-02

2014-05-12

赵金亮(1982- )，男，工程师

TU473.14

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