哈齐客运专线TJ—3标段CFG桩单桩静载试验及数值分析
2014-06-10陈凤英
陈凤英
摘 要：以严寒地带的哈齐客运专线TJ-3标段为背景，对CFG桩单桩静载试验的方法、加载、卸载情况进行论述，根据试验数据绘制单桩Q-s曲线，对桩的承载力特性进行分析，并利用FLAC 3D软件根据单桩静载试验建立数值模型，与试验对比分析。该工程对严寒地段的其他工程具有很好的借鉴作用。
关键词：CFG桩 单桩静载 数值模拟
中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
单桩竖向承载力是CFG桩复合地基重要的设计参数，根据《建筑地基基础处理规范》JGJ79-2002，CFG桩竣工验收时，需要采用单桩竖向抗压静载试验，检验承载力，保证高速铁路路基承载力和沉降要求。而不同的地质条件下，单桩承载力特征和Q-s曲线分析有所差异。该文以哈齐客专TJ-3标段为背景进行分析，通过单桩Q-S曲线，研究桩土作用效应和桩土应力比，为东北地区其他工程的研究具有一定的指导意义。
1 哈齐客专TJ-3标段单桩竖向抗压静载荷试验
试验段CFG桩桩径0.4 m，桩间距1.5 m，桩长21.45 m，设计单桩承载力为600 kN。本试验采用慢速维持荷载法对单桩竖向抗压承载力进行检验，检验桩数为三根桩，取其中1根桩进行分析。试验仪器。本次试验采用徐州建筑工程研究所生产的JCQ-503A静力荷载测试仪自动控制电动油泵与油压千斤顶加压、反力采用地锚和钢梁组成的联合反力系统。分级加载：加载等级分为10级，每级加载量为120 kN，最终加载量为1200 kN，第一级加载量为分级荷载的2倍，为240 kN。沉降观测：由安装在承压板两侧的50 mm量程位移传感器自动两侧沉降值。终止加载条件（1）荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，当桩顶沉降量能相对稳定且总沉降量小于40 mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40 mm。（2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。（3）达到设计要求的最大加载量（设计单桩承载力的2倍）1200 kN。检测数据分析。根据测试数据绘制出的单桩Q-s曲线如图1所示。
从图1可以看出：（1）当加载达到极限荷载1200 kN时，CFG桩并没有破坏，当桩端为坚硬的持力层，桩顶强度高或者模量较大时没表现为此种形式。（2）当荷载小于600 kN时，Q-s曲线弹性性状明显，当荷载大于600 kN时，随着荷载的增加，Q-s曲线逐渐表现为塑性性状。CFG在达到极限承载力之前，已由于桩体的塑性变形和桩周土体的剪切作用而丧失承载力。（3）外荷载作用下桩顶沉降量随时间的变化规主要同桩间土体性质有关。无论桩间土还是桩端土，在外荷载作用下都会沉降固结，空隙水慢慢排除，土体颗粒结构也相应发生变化。但需要经历相当长的时间才趋于稳定。（4）本桩的单桩竖向承载力特征值为600 kN，极限承载力大于1200 kN。
2 试验段数值模拟分析
本论文中采用FLAC 3D有限差分软件进行单桩竖向静载承载力试验数值模拟。FLAC 3D是岩土工程专业软件，具有静力计算速度快，模型简单等优点，在桩基数值模拟领域，应用广泛。本论文中，土体采用实体单元，CFG桩采用pile单元，由于桩体受力是轴对称问题，选取1/2模型进行模拟计算。FLAC 3D模拟单桩静载试验采用应力加载，逐级加载方法，取预估极限值的1/10逐级加载，每级荷载平衡后再进行下一级加载，直到终止加载条件。
数值模拟出的Q-s曲线如图2所示。
从图2可以看出：
通过二者的对比可以看出，在弹性阶段，数值模拟曲线和现场实测曲线的拟合较好，进入非线性阶段后，数值模拟曲线和现场实测曲线逐渐有一定的偏差。从以上分析可知，在复合地基承载力极限范围内，FLAC 3D软件可以较好的模拟现场单桩静载试验，能够对单桩复合地基承载力特性进行研究，FLAC 3D可以作为复合地基设计和施工良好的辅助软件。
3 结语
通过对哈齐客专TJ-3标段CFG桩单桩静载试验及数值分析，可以得出以下结论和建议供后期设计和施工参考：（1）本标段采用CFG桩复合地基处理技术，承载力和沉降都满足要求，随着荷载的增加，沉降逐渐增加，但是荷载-沉降并不表现为线性关系。（2）荷载作用下，桩顶的沉降量与桩、桩间土都有密切的关系。（3）随着加载时间的增长，桩间土的沉降变形增大，但是变化率逐渐平缓。需要很长的时间才能达到沉降稳定。（4）施工和堆载期间，需加强路基和地基的沉降观测，根据最终沉降量和沉降稳定时间确定铺轨时间。
参考文献
[1] 闫明礼，张东刚，CFG桩复合地基及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
[2] 孙书林，等.FLAC 3D在岩土工程中的应用[M].中国水利水电出版社，2011.
[3] 张尚东.CFG桩复合地基分析及承载力计算[J].石家庄铁道学院学报，2000（S1）.endprint
摘 要：以严寒地带的哈齐客运专线TJ-3标段为背景，对CFG桩单桩静载试验的方法、加载、卸载情况进行论述，根据试验数据绘制单桩Q-s曲线，对桩的承载力特性进行分析，并利用FLAC 3D软件根据单桩静载试验建立数值模型，与试验对比分析。该工程对严寒地段的其他工程具有很好的借鉴作用。
关键词：CFG桩 单桩静载 数值模拟
中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
单桩竖向承载力是CFG桩复合地基重要的设计参数，根据《建筑地基基础处理规范》JGJ79-2002，CFG桩竣工验收时，需要采用单桩竖向抗压静载试验，检验承载力，保证高速铁路路基承载力和沉降要求。而不同的地质条件下，单桩承载力特征和Q-s曲线分析有所差异。该文以哈齐客专TJ-3标段为背景进行分析，通过单桩Q-S曲线，研究桩土作用效应和桩土应力比，为东北地区其他工程的研究具有一定的指导意义。
1 哈齐客专TJ-3标段单桩竖向抗压静载荷试验
试验段CFG桩桩径0.4 m，桩间距1.5 m，桩长21.45 m，设计单桩承载力为600 kN。本试验采用慢速维持荷载法对单桩竖向抗压承载力进行检验，检验桩数为三根桩，取其中1根桩进行分析。试验仪器。本次试验采用徐州建筑工程研究所生产的JCQ-503A静力荷载测试仪自动控制电动油泵与油压千斤顶加压、反力采用地锚和钢梁组成的联合反力系统。分级加载：加载等级分为10级，每级加载量为120 kN，最终加载量为1200 kN，第一级加载量为分级荷载的2倍，为240 kN。沉降观测：由安装在承压板两侧的50 mm量程位移传感器自动两侧沉降值。终止加载条件（1）荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，当桩顶沉降量能相对稳定且总沉降量小于40 mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40 mm。（2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。（3）达到设计要求的最大加载量（设计单桩承载力的2倍）1200 kN。检测数据分析。根据测试数据绘制出的单桩Q-s曲线如图1所示。
从图1可以看出：（1）当加载达到极限荷载1200 kN时，CFG桩并没有破坏，当桩端为坚硬的持力层，桩顶强度高或者模量较大时没表现为此种形式。（2）当荷载小于600 kN时，Q-s曲线弹性性状明显，当荷载大于600 kN时，随着荷载的增加，Q-s曲线逐渐表现为塑性性状。CFG在达到极限承载力之前，已由于桩体的塑性变形和桩周土体的剪切作用而丧失承载力。（3）外荷载作用下桩顶沉降量随时间的变化规主要同桩间土体性质有关。无论桩间土还是桩端土，在外荷载作用下都会沉降固结，空隙水慢慢排除，土体颗粒结构也相应发生变化。但需要经历相当长的时间才趋于稳定。（4）本桩的单桩竖向承载力特征值为600 kN，极限承载力大于1200 kN。
2 试验段数值模拟分析
本论文中采用FLAC 3D有限差分软件进行单桩竖向静载承载力试验数值模拟。FLAC 3D是岩土工程专业软件，具有静力计算速度快，模型简单等优点，在桩基数值模拟领域，应用广泛。本论文中，土体采用实体单元，CFG桩采用pile单元，由于桩体受力是轴对称问题，选取1/2模型进行模拟计算。FLAC 3D模拟单桩静载试验采用应力加载，逐级加载方法，取预估极限值的1/10逐级加载，每级荷载平衡后再进行下一级加载，直到终止加载条件。
数值模拟出的Q-s曲线如图2所示。
从图2可以看出：
通过二者的对比可以看出，在弹性阶段，数值模拟曲线和现场实测曲线的拟合较好，进入非线性阶段后，数值模拟曲线和现场实测曲线逐渐有一定的偏差。从以上分析可知，在复合地基承载力极限范围内，FLAC 3D软件可以较好的模拟现场单桩静载试验，能够对单桩复合地基承载力特性进行研究，FLAC 3D可以作为复合地基设计和施工良好的辅助软件。
3 结语
通过对哈齐客专TJ-3标段CFG桩单桩静载试验及数值分析，可以得出以下结论和建议供后期设计和施工参考：（1）本标段采用CFG桩复合地基处理技术，承载力和沉降都满足要求，随着荷载的增加，沉降逐渐增加，但是荷载-沉降并不表现为线性关系。（2）荷载作用下，桩顶的沉降量与桩、桩间土都有密切的关系。（3）随着加载时间的增长，桩间土的沉降变形增大，但是变化率逐渐平缓。需要很长的时间才能达到沉降稳定。（4）施工和堆载期间，需加强路基和地基的沉降观测，根据最终沉降量和沉降稳定时间确定铺轨时间。
参考文献
[1] 闫明礼，张东刚，CFG桩复合地基及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
[2] 孙书林，等.FLAC 3D在岩土工程中的应用[M].中国水利水电出版社，2011.
[3] 张尚东.CFG桩复合地基分析及承载力计算[J].石家庄铁道学院学报，2000（S1）.endprint
摘 要：以严寒地带的哈齐客运专线TJ-3标段为背景，对CFG桩单桩静载试验的方法、加载、卸载情况进行论述，根据试验数据绘制单桩Q-s曲线，对桩的承载力特性进行分析，并利用FLAC 3D软件根据单桩静载试验建立数值模型，与试验对比分析。该工程对严寒地段的其他工程具有很好的借鉴作用。
关键词：CFG桩 单桩静载 数值模拟
中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0201-01
单桩竖向承载力是CFG桩复合地基重要的设计参数，根据《建筑地基基础处理规范》JGJ79-2002，CFG桩竣工验收时，需要采用单桩竖向抗压静载试验，检验承载力，保证高速铁路路基承载力和沉降要求。而不同的地质条件下，单桩承载力特征和Q-s曲线分析有所差异。该文以哈齐客专TJ-3标段为背景进行分析，通过单桩Q-S曲线，研究桩土作用效应和桩土应力比，为东北地区其他工程的研究具有一定的指导意义。
1 哈齐客专TJ-3标段单桩竖向抗压静载荷试验
试验段CFG桩桩径0.4 m，桩间距1.5 m，桩长21.45 m，设计单桩承载力为600 kN。本试验采用慢速维持荷载法对单桩竖向抗压承载力进行检验，检验桩数为三根桩，取其中1根桩进行分析。试验仪器。本次试验采用徐州建筑工程研究所生产的JCQ-503A静力荷载测试仪自动控制电动油泵与油压千斤顶加压、反力采用地锚和钢梁组成的联合反力系统。分级加载：加载等级分为10级，每级加载量为120 kN，最终加载量为1200 kN，第一级加载量为分级荷载的2倍，为240 kN。沉降观测：由安装在承压板两侧的50 mm量程位移传感器自动两侧沉降值。终止加载条件（1）荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，当桩顶沉降量能相对稳定且总沉降量小于40 mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40 mm。（2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。（3）达到设计要求的最大加载量（设计单桩承载力的2倍）1200 kN。检测数据分析。根据测试数据绘制出的单桩Q-s曲线如图1所示。
从图1可以看出：（1）当加载达到极限荷载1200 kN时，CFG桩并没有破坏，当桩端为坚硬的持力层，桩顶强度高或者模量较大时没表现为此种形式。（2）当荷载小于600 kN时，Q-s曲线弹性性状明显，当荷载大于600 kN时，随着荷载的增加，Q-s曲线逐渐表现为塑性性状。CFG在达到极限承载力之前，已由于桩体的塑性变形和桩周土体的剪切作用而丧失承载力。（3）外荷载作用下桩顶沉降量随时间的变化规主要同桩间土体性质有关。无论桩间土还是桩端土，在外荷载作用下都会沉降固结，空隙水慢慢排除，土体颗粒结构也相应发生变化。但需要经历相当长的时间才趋于稳定。（4）本桩的单桩竖向承载力特征值为600 kN，极限承载力大于1200 kN。
2 试验段数值模拟分析
本论文中采用FLAC 3D有限差分软件进行单桩竖向静载承载力试验数值模拟。FLAC 3D是岩土工程专业软件，具有静力计算速度快，模型简单等优点，在桩基数值模拟领域，应用广泛。本论文中，土体采用实体单元，CFG桩采用pile单元，由于桩体受力是轴对称问题，选取1/2模型进行模拟计算。FLAC 3D模拟单桩静载试验采用应力加载，逐级加载方法，取预估极限值的1/10逐级加载，每级荷载平衡后再进行下一级加载，直到终止加载条件。
数值模拟出的Q-s曲线如图2所示。
从图2可以看出：
通过二者的对比可以看出，在弹性阶段，数值模拟曲线和现场实测曲线的拟合较好，进入非线性阶段后，数值模拟曲线和现场实测曲线逐渐有一定的偏差。从以上分析可知，在复合地基承载力极限范围内，FLAC 3D软件可以较好的模拟现场单桩静载试验，能够对单桩复合地基承载力特性进行研究，FLAC 3D可以作为复合地基设计和施工良好的辅助软件。
3 结语
通过对哈齐客专TJ-3标段CFG桩单桩静载试验及数值分析，可以得出以下结论和建议供后期设计和施工参考：（1）本标段采用CFG桩复合地基处理技术，承载力和沉降都满足要求，随着荷载的增加，沉降逐渐增加，但是荷载-沉降并不表现为线性关系。（2）荷载作用下，桩顶的沉降量与桩、桩间土都有密切的关系。（3）随着加载时间的增长，桩间土的沉降变形增大，但是变化率逐渐平缓。需要很长的时间才能达到沉降稳定。（4）施工和堆载期间，需加强路基和地基的沉降观测，根据最终沉降量和沉降稳定时间确定铺轨时间。
参考文献
[1] 闫明礼，张东刚，CFG桩复合地基及工程实践[M].北京：中国水利水电出版社，2006.
[2] 孙书林，等.FLAC 3D在岩土工程中的应用[M].中国水利水电出版社，2011.
[3] 张尚东.CFG桩复合地基分析及承载力计算[J].石家庄铁道学院学报，2000（S1）.endprint
