某码头桩基承载力分析

普通桩根据桩端和桩侧土分担的桩顶荷载比例, 可以分为端承桩、摩擦端承桩、摩擦桩几种形式。对端承型群桩而言, 承台将桩顶荷载分配给各桩, 而各桩的荷载基本或全部由桩端承担。桩端的持力层一般比较刚硬, 各桩的贯入变形很小, 承台土反力也很小。同时, 通过桩侧阻力传递到土层中的应力也很小, 其工作状态与独立单桩基本相近。摩擦型群桩则是承台分配给各桩的荷载基本或全部由桩侧土摩阻力分担。摩擦端承桩介于二者之间。但对于超长群桩而言, 桩土位移比较大, 即使桩端土层很刚硬, 桩侧摩阻力也不可忽视, 不能将其简单地分为摩擦型或端承型。

另外, 在竖向荷载的作用下, 不仅桩直接承受荷载, 而且在一定的条件下桩间土也可能通过承台底面参与承载;同时各个桩之间通过桩间土产生相互影响;来自桩和承台的竖向力最终在桩端平面形成了应力叠加, 从而使桩端平面的应力水平大大的超过单桩, 应力扩散的范围也远大于单桩。超长桩由于桩侧摩阻力和桩端摩阻力不是同时发挥, 而要桩端的承载力充分发挥就需要相当大的桩顶位移, 可能导致上部结构对沉降的要求不能满足。

本章采用数值计算方法, 分析在桩端土刚硬和软弱的情况下, 对承台群桩基础的承载性状的影响, 并考虑承台-桩-土相互作用, 以合理设计桩基承台。

1 数值建模

桩端土层分别取黏土、砂土和圆砾进行对比计算。土体建模采用110m×110m×115m的实体。土体的本构关系采用摩尔-库伦模型。

超长桩桩长90m, 桩直径1.5m。桩混凝土材料的弹性模量为3.0×107kPa, 泊松比取0.2。群桩基础由9根桩组成, 均匀布置。超长桩用FLAC3D内置的桩结构单元。

承台的尺寸为10.0m×10.0m×2.0m, 材料和桩基础的一致。承台采用弹性本构模型, 实体单元。在承台表面作用488Pa的均布力。针对不同土层, 承台标高取承台下表面+2.0m的高承台进行分析。

2 不同桩端土层对高承台的影响

取承台底标高+2.0m, 分别对应的桩端土层为黏土、砂土和圆砾进行计算, 结果如图1。

由图1可以看出:桩端为圆砾对应的各桩的桩身轴力最大, 砂土次之, 黏土的最小。表明桩端岩土层越刚硬, 各基桩的桩顶轴力越大。即由基桩承受的荷载增加, 而由承台分担的荷载减小。不同桩端土的桩基, 都是角桩的桩顶轴力最大, 中心桩的最小。

由图2可以看出:桩身位移, 以桩端土层为黏土对应的桩身位移最大, 砂土的其次, 圆砾的最小。表明桩端岩土层越软弱, 桩顶位移越大。不同桩端土层的桩基, 都是角桩的桩顶位移最大, 边桩的其次, 中心桩的最小。

3 结语

由以上高承台群桩的计算结果可以得出以下结论。

(1) 高承台桩端岩土层越刚硬, 桩顶轴力越大。

(2) 高承台桩基, 无论桩端岩土层如何, 都是角桩的桩顶轴力最大, 中心桩的最小, 基本上都是负值。

(3) 桩端岩土层越刚硬, 各桩桩顶和桩基整体位移越小。

(4) 高承台桩基, 无论桩端岩土层如何, 都是角桩的桩顶位移最大, 中心桩的最小。

摘要：针对某码头桩基进行了数值计算。结果表明, 桩端岩土层越刚硬, 桩顶轴力越大, 各桩桩顶和桩基整体位移越小。角桩的桩顶轴力最大, 中心桩的最小。

关键词：超长群桩基础,差异沉降,桩距,数值计算

参考文献

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