超流態混凝土灌注樁承載特性分析

李金海

摘 要：超流態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范，對于地基處理質量提升具有深刻影響。本文在闡述超流態混凝土灌注樁工法特點的基礎上，對其承載特性進行有限元模型分析。期望有利于超流態混凝土灌注樁承載特性把控的精確、合理，進而實現地基處理質量的有效提升。

關鍵詞：超流態混凝土灌注樁；承載特性；有限元

超流態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階段，超流態混凝土灌注樁承載特性設計存在一定滯后性，具體而言，在軟弱地基處理中，超流態混凝土灌注樁設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范，容易引起地基處理效果的偏差。新時期，進行超流態混凝土灌注樁承載特性控制已成為軟弱粘土地基處理質量提升的關鍵。

1 超流態混凝土灌注樁的工法特點

作為凝土灌注樁施工建設的基本形態，超流態混凝土灌注樁在內管鉆頭上進行混凝土孔設置，然后進行超流態混凝土的壓灌，當混凝土達到設計樁頂標高后，建設人員會將鉆桿移開，并將鋼筋籠壓入到灌注漿中。一般情況下，為實現超流態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]。

從建設過程來看，超流態混凝土灌注樁工法的應用具有以下特征：其一，與傳統灌注樁施工相比，超流態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，在內管鉆頭支撐下，超流態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，超流態混凝土灌注樁在斷樁、縮頸和塌孔病害防治的基礎上，實現了工程建設質量的有效保證，并且施工成本較為低廉，綜合效益較高。

2 超流態混凝土灌注樁的承載特性分析

2.1超流態混凝土灌注樁有限元模型建立

ABAQUS軟件是超流態混凝土有限元模型建立的基本支撐[2]。建模過程中，樁體基礎參數和周圍土層的物理學性質指數對灌注樁的承載特性具有直接影響。若設計樁體長度為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上，對黏土層的厚度、孔隙比、液性指數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混凝土灌注樁的影響的情況下，則超流態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。通過對這兩個參數的把控，可以實現超流態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。

2.2.2超流態混凝土灌注樁頂部與端部位移對比

超流態混凝土灌注樁建設中，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、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?。

樁側摩擦阻力對于超流態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，樁側粘聚力會出現峰值，并且當頂端加載量超過粘聚力峰值時，樁側摩擦阻力會不斷降低，此時樁身和樁間土的接觸面會發生屈服，影響灌注樁的承載能力。

2.3超流態混凝土灌注樁的承載特性分析結果

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，則樁徑規格越大，樁頂的沉降量會越小，并且當樁徑達到600mm時，超流態混凝土灌注樁的承載能力不再增加，即軟土地基施工中，樁徑規格應控制在500～600mm。

此外，超流態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，實現超流態混凝土灌注樁承載能力提升。

3 結論

超流態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系。實踐過程中，工程建設人員只有充分把控超流態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，才能確保超流態混凝土灌注樁承載能力的提升，進而實現軟粘土地基處理質量的有效保證。

參考文獻

[1]楊興宇.超流態混凝土灌注樁承載特性分析[J].山西建筑，2017（21）：50-52.