超流態(tài)混凝土灌注樁承載特性分析

李金海

摘 要：超流態(tài)混凝土灌注樁是當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?，F(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行計算；然而其計算指標不夠規(guī)范，容易引起地基處理效果的偏差。新時期，進行超流態(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)管鉆頭上進行混凝土孔設(shè)置，然后進行超流態(tài)混凝土的壓灌，當混凝土達到設(shè)計樁頂標高后，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。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指標控制中，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)和泊松比等指標進行控制，確保其滿足以下指標要求（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確把控（見圖2）。根據(jù)有限元特征值計算可知，當灌注樁靜載試驗值增加至1600KN時，沉降曲線無明顯拐點，且最大位移未達到40mm，由此可知，該樁身的底部土體尚未達到極限狀態(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，當樁身荷載增加到1600KN時，隨著樁進土深度的增加，樁身豎向應力和沉降規(guī)格會逐漸縮小。當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?。

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小；并且當樁長達到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一致，則樁徑規(guī)格越大，樁頂?shù)某两盗繒叫?，并且當樁徑達到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)格應控制在500～600mm。

此外，超流態(tài)混凝土灌注樁應用中，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行嚴格控制，才能確保超流態(tài)混凝土灌注樁承載能力的提升，進而實現(xiàn)軟粘土地基處理質(zhì)量的有效保證。

參考文獻

[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.