鉆孔灌注樁后壓漿承載性能的分析與模擬

1、第22卷第6期2005年6月公路交通科技Journal of Highway and Transportation Research and DevelopmentVol . 22No . 6Jun . 2005文章編號:1002-0268(2005 06-0115-04鉆孔灌注樁后壓漿承載性能的分析與模擬趙珍云, 周紅波12(1. 寶鋼工程技術(shù)公司, 上海201900; 2. 上海建科建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司, 上海200032摘要:鉆孔灌注樁后壓漿后承載性能得以顯著改善, 運用有限元分析軟件模擬分析了某實際工程鉆孔樁在注漿前后的承載性能變化情況, 計算值和實測值吻合較好。引入注漿加固體半徑和注

2、漿體強度來模擬后壓漿對鉆孔樁承載力的影響, 并指出注漿量的大小對承載力的影響較大, 基本上隨著加固體半徑的增加線性增加, 而注漿體強度的影響存在臨界值, 超過該值后, 強度增加的影響甚微。關(guān)鍵詞:鉆孔灌注樁; 樁端后壓漿; 承載性能; 數(shù)值分析; 影響因素中圖分類號:U443. 15文獻標識碼:AAnalysis and N umerical Simulation on the Bearin gCapacity of Post -grouting Bored PileZH A O Zhen -yun 1, ZHO U H ong -bo 2(1. Baosteel engineering te

3、chnology corporation , Shanghai 201900, China ; 2. Shanghai jianke project management company , Shan ghai 200032, China Abstract :The bearing capacity of bored pile after post -groutin g at the pile end is improved and the nu merical simulations of the change of bearing capacity of bored piles befor

4、e and after grouting of a solid project by FEM are presented . The calculation res ults are better fit to the tested results . The effects of post -grouting on bearing capacity are simulated considering the radium and strength of grouting soil body . The results show that the grouting volume has a l

5、arge effect on the bearin g capacity and the bearing capacity of bored piles is linear -ly increased with the increasing of the radium of the grouting soil body . The strength of grouting soil has a limited effect on the bearing ca -pacity and there is a critical stren gth -value of grouting soil on

6、ce the shength overs the critical value , the increase of strength on the bear -ing capacity is few .Key words :Bored pile ; Post -grouting of pile end ; Bearing capacity ; Numerical analysis ; Effect factors0引言鉆孔樁的承載性狀和樁側(cè)摩阻力傳遞特性直接受鉆孔樁的施工工藝與技術(shù)的影響, 主要是鉆成孔方式、護壁泥漿的品種和性能以及成孔暴露時間等。目前上海乃至國內(nèi)大部分地區(qū)泥漿護壁鉆孔灌注樁主

7、要采用自然造漿護壁方式, 其施工技術(shù)的局限性, 時常會出現(xiàn)鉆孔樁承載力達不到設(shè)計要求的現(xiàn)象, 主要3是孔底沉渣和孔壁泥皮過厚所引起的。鉆孔樁后壓漿技術(shù)是最近發(fā)展起來的用于泥漿護壁鉆孔樁以提高收稿日期:2005-01-111, 2其承載力的一種行之有效的新技術(shù), 通過壓力注漿, 使水泥漿滲透、擠密排走樁底、樁周土顆粒間的水分和空氣, 并占據(jù)其位置, 經(jīng)過一段時間后, 漿液將原來松散的土?；蛄芽p膠結(jié)成一個整體, 達到將沉渣與泥皮固化、充填膠結(jié)和劈裂加筋的效果。本文運用通用的巖土工程有限元分析軟件包PL AXIS , 對鉆孔樁在注漿前后的靜載試驗和樁身軸力測試結(jié)果進行了數(shù)值模擬, 效果較好。然后,

8、按照工程實例驗證的模式, 對均質(zhì)土層中埋設(shè)后壓漿鉆孔樁的承載特性進行有限元分析研究, 主要考慮了樁端注漿數(shù)量和注漿4, 5作者簡介:趙珍云(1972- , 湖北仙桃人, 工程師, 研究方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計.116公路交通科技第22卷體的強度對后壓漿鉆孔樁承載力的影響。1某工程注漿前后鉆孔樁靜載試驗的有限元數(shù)值模擬分析1. 1工程概況上海某高層住宅工程進行了1組鉆孔樁、2組鉆孔后壓漿樁的靜載試驗, 設(shè)計樁徑600mm , 樁長#37. 77m , 并對94試樁進行對比試驗。本場地50m 深度內(nèi)的土層均為第四紀松散沉積物, 各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標見表1, 土層剖面見圖1。表1地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標和計

9、算參數(shù)層序土層名稱填土淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾砂層厚 m 3. 75. 05. 58. 118. 317. 117. 718. 320. 019. 318. 31. 0141. 3711. 1870. 9810. 6460. 7391. 0148910113331919. 508. 759. 0015. 0015. 0027. 5014. 004. 54容重3kN ·m -94(慢1 和94(慢2 分別為同一根鉆孔灌注樁后壓漿前后的豎直靜載荷試驗結(jié)果, 并在樁身埋設(shè)了軸力測試元件。圖2和圖3列出了試樁在注漿前后的P -S 曲線及最終樁身軸力分布情況。從中可以看出后壓漿后樁基承載力以及最后軸力

10、均大大提高。# 孔隙比內(nèi)聚力 kPa內(nèi)摩擦壓縮模角 (° 量 MPa圖2注漿前后94#試樁的P -S 曲線2. 172. 484. 156. 1013. 595. 882. 66. 5淤質(zhì)粘土3. 67. 31粘土2粉質(zhì)粘土22. 024. 0粉質(zhì)粘土1. 83. 3砂質(zhì)粉土粉砂1. 74. 7未鉆穿1粉質(zhì)粘土圖3注漿前后94#試樁的最終樁身軸力分布1. 3后壓漿效果的數(shù)值模擬用有限元軟件PLAXI S 對94樁在注漿前和注漿后的性狀進行模擬, 數(shù)值分析模型如下:土層的標高取平均標高, 樁身端部的多邊形區(qū)域為注漿區(qū)域, 主要模擬樁端后壓漿在樁端形成的擴大頭, 注漿前此區(qū)域的性質(zhì)和土體

11、相同, 注漿后計算參數(shù)的取值見表2, 土層的物理力學(xué)計算參數(shù)見表1。#由此得到, 94樁注漿前后P -S 曲線和軸力分布的數(shù)值模擬和實測比較如圖5、圖6所示。從中可以看出, 采用有限元計算得到的樁基注漿前后的荷載-沉降曲線以及最后的軸力分布與實測值較吻合, 說明數(shù)值計算是可行的。表2樁身和漿體加固區(qū)的材料參數(shù)參數(shù)破壞準則線彈性線彈性重度 kN ·m -325. 020. 0彈性模量 MPa3000015000泊松比0. 20. 2#圖1場地土層剖面樁體注漿加固體1. 2 試樁結(jié)果分析 第6期趙珍云, 等:鉆孔灌注樁后壓漿承載性能的分析與模擬表3土體性質(zhì)滲透彈性干重度濕重度破壞準則系數(shù)

12、模量33kN ·m - kN ·m - md -1 MPa Mohr -Coulomb18. 519. 00. 00160117內(nèi)摩膨脹泊松內(nèi)聚力擦角角比 kPa(° (° 0. 41520表4樁身和漿體加固區(qū)的材料參數(shù)參數(shù)樁體注漿加固體破壞準則線彈性線彈性重度 kN ·m -325. 020. 0彈性模量 MPa30000泊松比0. 20. 2分析模型如圖7所示, 樁長24m , 樁徑600mm 。樁端注漿對樁體承載力的影響主要取決于兩個方面:注漿量和漿體的性質(zhì)。在本例中以彈性模量的大小來表示漿體材料的性質(zhì), 分別取600MPa 、1800M

13、Pa 、3000MPa 、5000MPa 、9000MPa 和12000MPa6種情況。假定注漿區(qū)域為球形, 以球體的半徑R 來表示注漿量多少, 漿體半徑分別為0. 7、1. 2、1. 8和2. 4m 。圖494#樁數(shù)值模 擬的模型圖5注漿前94#樁實測與計算的P -S 曲線和軸力分布圖7數(shù)值模擬的基本模型2. 2注漿量對樁基承載力的影響分析圖6注漿后94#樁實測與計算的P -S 曲線和軸力分布根據(jù)以上模型計算得到注漿量對樁基承載力的影響曲線, 如圖8。當(dāng)注漿區(qū)域半徑達到2. 4m 后, 樁基承載力為最大, 相對于0. 7m 半徑的注漿量, 承載力有大幅度的增長, 達到2倍以上。曲線到后期趨于

14、平緩, 說明注漿量不可能對承載力有無限的提高作用, 其有效的作用半徑有一定的范圍, 隨著注漿量的增加, 漿球半徑變大, 其與土體的接觸面積也增大, 所以在達到規(guī)定沉降值時樁頂能承受的荷載有較大增長。從圖中還可以看出, 隨著注漿漿球半徑的增大, 漿體強度對樁基承載力的影響不是很明顯。2. 3注漿體強度對樁基承載力的影響分析2影響后壓漿鉆孔樁承載性能因素的數(shù)值模擬分析2. 1數(shù)值分析模擬的基本方法為分析后壓漿對提高鉆孔灌注樁承載力的機理和影響因素, 采用有限元進行數(shù)值模擬分析, 基本方法如同前面實例驗證所介紹:假設(shè)壓漿后的漿土加固區(qū)域為一個球形體, 其強度大于原始土體?？紤]地基為均質(zhì)土體, 其參數(shù)

15、如下表3所示。樁和漿體加固區(qū)的材料參數(shù)如表4。 118公路交通科技第22卷圖10不同R 下注漿體強度對樁承載力的影響圖8注漿量對樁基承載力的影響曲線的影響。漿體半徑0. 7m 時注漿體強度對樁基承載力的影響如圖9。當(dāng)漿體的彈性模量增加到一定程度后, 如從600MPa 增加到1800MPa 后, 其對Q c 的影響似乎不明顯, 但當(dāng)漿體模量由小變大時, Q c 還是呈非線性增長趨勢。不同漿體半徑下注漿體強度與樁基承載力的關(guān)系如圖10。從中可以看出, 樁端注漿體的強度對樁基承載力的提高存在一個臨界值, 這可能與整根樁的荷載傳遞性狀相關(guān) 。了鉆孔樁注漿前后的承載性狀, 并對均質(zhì)土層中的后壓漿樁基,

16、考慮注漿量的大小以及注漿體的強度對樁基承載力的影響, 從中可以得出以下結(jié)論:對樁基承載力Q c 有顯著影響的應(yīng)該是注漿量的大小, 基本上隨著注漿體半徑的增加線性增加。而漿體的性質(zhì), 即注漿體的強度在達到一定程度的時候?qū) c 已經(jīng)沒有太多影響, 即存在臨界值。當(dāng)達到臨界值以后, 雖然漿體和樁體一樣有較多的強度儲備, 但土體達到塑性破壞后, 樁基下沉, 樁頂位移增加, 漿體強度的大小此時與樁基沉降沒有大的關(guān)系, 所以對承載力的影響也趨于平緩。參考文獻:1Dan Brown . Effect of construction on axial capacity of drilled foundationsin piedmont soils J . J ournal of geotechnical and geoenvironment engi -neering , 2002, 128(12 :967-973.2M ing -Fang Chang , Hong Zhu . Construction effect on load trans fer alongbored pile J . Journal of geotec hnical and geoenvironment e