大直径扩底桩的静载试验与数值模拟

张娇娇

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

大直径扩底桩的静载试验与数值模拟

张娇娇

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

利用静载试验过程的桩顶沉降和桩身轴力实测数据研究大直径扩底桩的荷载传递规律，并利用有限元法对试验过程进行了模拟。结果表明，大直径扩底桩的桩端承担的荷载较大，桩身越长，极限侧阻力越大。

扩底桩；静载试验；数值模拟；有限元法

随着各种在建工程规模的逐步增大，与普通桩相比，大直径扩底桩由于单桩承载力高、经济代价相对较小而被广泛采用，在软土地区的基础工程中应用尤为广泛。关于大直径扩底桩研究的报道也层出不穷，主要集中在两方面：①实验研究［1－3］；②理论研究［4－5］。 本文通过现场试验和数值模拟相结合的方法研究了大直径扩底桩的承载性能

1 静载试验

1.1 试验概况

对某底桩在粘土环境下的承载性能进行了试桩试验。共选取了两根桩Z1（桩径1.5m）、Z2（桩径1.0m）进行静载试验。房建工程拟采用大直径扩底桩，桩径1.0m，入土深度20.3m。场地内覆盖层较厚，以粘土为主，为了研究大直径扩底桩的承载性能，除在试验过程中进行沉降观测外，并在桩身多个断面布置了混凝土应变计，每个断面均布置两套传感器，以此研究大直径扩底桩的荷载传递规律。

1.2 试验结果

两根桩的加载与卸载等级如表1所示。试验Q－S曲线如图1所示。从图1中可以看出，在加载初期，桩顶沉降变化相对缓慢，随着荷载的加大，沉降增加幅度逐步增大，而卸载过程与加载过程的沉降变化规律正好相反，在卸载初期，沉降会弹值较小，后期会弹幅度较大。

表1 试验荷载表

试桩Z2的桩身轴力分布如图2所示。从图2中可以看出，大直径扩底桩的荷载传递规律与一般的大直径桩是有差别的，其主要差别在于桩端承受了一部分荷载，并且随着荷载的增大，桩端阻力逐步增大，而桩侧能提供的摩阻力有限。在加载初期，桩身下部的摩阻力先发挥，随着荷载的增加逐步向上，当荷载加大到一定程度时，桩侧摩阻力基本不再增大。桩侧摩阻力如图3所示。

2 数值模拟

2.1 有限元模型

为了进一步验证实测结果的有效性，采用有限元法对试验的加载过程进行了模拟，并计算了不同桩桩身长度对桩的承载性能的影响。计算土体采用莫尔库伦模型，所用参数如表2所示。基桩则采用线弹性本构模型，模量取33GPa，柏松比取0.168。模型网格如图4所示。

表2 土体参数表

2.2 计算结果

有限元计算的Q－S曲线如图5所示。从图5中可以看出，在达到极限荷载之前，有限元计算值与实测值基本吻合，说明模型是有效的，同时也佐证了实测结果。

考虑了3种不同长度的桩身，分别为14，17，20m。计算Q－S曲线如图6所示。从图6中可以看出，相同荷载条件下，桩身越长，沉降值越小，其安全储备也就越大，极限侧阻力也就越大。

3 结语

利用静载试验研究了大直径扩底桩的承载性能，与普通桩相比，扩底桩桩端承担的荷载更大，同时利用有限元计算验证了实测结果的有效性，并且计算了桩身长度对扩底桩承载性能的影响。

［1］李广展，腾延京，何颐华，等.湿陷性黄土中大直径扩底桩垂直承载性状的试验研究［J］.岩土工程学报，1994，16（2）：11－21.

［2］刘伟平，扶名福，罗小艳，等.大直径挖孔扩底桩承载特性试验研究［J］.南昌大学学报，2006，28（1）：60－63.

［3］胡庆红，张土乔，谢新宇.深厚软土中大直径灌注扩底桩受力性状试验研究［J］.土木工程学报，2007，40（4）：87－91.

［4］高广运，张蕾，腾延京，等.一种确定大直径扩底桩极限荷载的新方法［J］.岩土工程学报，2010，32（S2）：55－58.

［5］张蕾，高广运，高盟，等.一种确定大直径扩底桩地基土变形模量的方法［J］.建筑结构学报，2010（S2）：285－291.

Static Load Test and Numerical Simulation of Large－Diameter Belled Pile

ZHANG Jiao－jiao
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250）

In order to study the bearing behavior of large diameter belled pile，the load transfer rule was studied with the settlement data and axial load data in the progress of static load test，and the progress of the static load test was simulated by finite element method.The result shows that the load on the pile bottom is higher than the piles in common， and the longer the length is， the threshold friction is larger.

belled pile；static load test；numerical simulation； finite element method

TV222

A

1672-9900（2011）01-0060-03

2011－03－07

张娇娇（1980－），女（汉族），河北邯郸人，助理工程师，主要从事水利建筑工程设计工作，（Tel）15102292655。