超流态混凝土灌注桩承载特性分析

李金海

摘 要：超流态混凝土灌注桩是当前黏土层地基处理的重要形式。确保其承载特性的规范，对于地基处理质量提升具有深刻影响。本文在阐述超流态混凝土灌注桩工法特点的基础上，对其承载特性进行有限元模型分析。期望有利于超流态混凝土灌注桩承载特性把控的精确、合理，进而实现地基处理质量的有效提升。

关键词：超流态混凝土灌注桩；承载特性；有限元

超流态混凝土灌注桩是软弱黏土处理的重要方式，其桩体承载特性直接影响着黏土地基的处理水平。现阶段，超流态混凝土灌注桩承载特性设计存在一定滞后性，具体而言，在软弱地基处理中，超流态混凝土灌注桩设计仍然通过普通钻孔灌注桩的计算理论进行计算；然而其计算指标不够规范，容易引起地基处理效果的偏差。新时期，进行超流态混凝土灌注桩承载特性控制已成为软弱粘土地基处理质量提升的关键。

1 超流态混凝土灌注桩的工法特点

作为凝土灌注桩施工建设的基本形态，超流态混凝土灌注桩在内管钻头上进行混凝土孔设置，然后进行超流态混凝土的压灌，当混凝土达到设计桩顶标高后，建设人员会将钻杆移开，并将钢筋笼压入到灌注浆中。一般情况下，为实现超流态混凝土灌注桩桩顶强度的保证，灌入的混凝土需要超出桩顶50cm[1]。

从建设过程来看，超流态混凝土灌注桩工法的应用具有以下特征：其一，与传统灌注桩施工相比，超流态混凝土灌注桩的桩体材料具有较高的流动性，这使得水泥、石子、骨料的离析作用较弱，确保了钢筋笼的快速放入。其二，在内管钻头支撑下，超流态混凝土灌注桩可以快速的穿过硬土层，施工效率较高，单桩承载力较强。其三，超流态混凝土灌注桩在断桩、缩颈和塌孔病害防治的基础上，实现了工程建设质量的有效保证，并且施工成本较为低廉，综合效益较高。

2 超流态混凝土灌注桩的承载特性分析

2.1超流态混凝土灌注桩有限元模型建立

ABAQUS软件是超流态混凝土有限元模型建立的基本支撑[2]。建模过程中，桩体基础参数和周围土层的物理学性质指数对灌注桩的承载特性具有直接影响。若设计桩体长度为19m，桩径400mm，同时弹性模量和泊松比分别为30GPa和0.2。则在桩体土体物理学指标控制中，需在实际工况考虑的基础上，对黏土层的厚度、孔隙比、液性指数和泊松比等指标进行控制，确保其满足以下指标要求（见表1）。此时，若假定桩身为线弹性体，而周围土层为理想弹塑性体，在不考虑钢筋笼对超流态混凝土灌注桩的影响的情况下，则超流态混凝土灌注桩有限元模型的应力和位移云图可通过图1表示。

2.2超流态混凝土灌注桩承载特性计算

2.2.1实测沉降与模拟沉降对比

在ABAQUS软件支撑下，对静载实验实测值与软件模拟值进行比较。通过对这两个参数的把控，可以实现超流态混凝土灌注桩实测沉降和模拟沉降的曲线的准确把控（见图2）。根据有限元特征值计算可知，当灌注桩静载试验值增加至1600KN时，沉降曲线无明显拐点，且最大位移未达到40mm，由此可知，该桩身的底部土体尚未达到极限状态。

2.2.2超流态混凝土灌注桩顶部与端部位移对比

超流态混凝土灌注桩建设中，桩身压缩量和桩端沉降量对桩顶沉降具有直接影响。而桩身压缩率又受到综合系数、顶端竖向荷载、桩身长度、材料弹性模量及桩体横截面面积等因素的制约。有限元控制模型中，当桩身荷载增加到1600KN时，随着桩进土深度的增加，桩身竖向应力和沉降规格会逐渐缩小。当荷载增加至最后一级时，桩顶及桩端的位移分别为9.24mm和6.43mm，此时，桩体实际压缩量为2.69mm，即建模控制具有一定合理性。

桩侧摩擦阻力对于超流态混凝土灌注桩承载特性具有一定影响。一般情况下，随着桩身荷载的增加，桩侧粘聚力会出现峰值，并且当顶端加载量超过粘聚力峰值时，桩侧摩擦阻力會不断降低，此时桩身和桩间土的接触面会发生屈服，影响灌注桩的承载能力。

2.3超流态混凝土灌注桩的承载特性分析结果

有限元模型分析中，假定所有桩径为400mm，且桩体弹性模量为60GPa，此时，分析10m、15m、20m和25m桩体沉降规格可知，在相同荷载条件下，桩体越长则其沉降量越小；并且当桩长达到20m时，桩基承载力已无法得到有效提升（见图3）。因此在软粘土处理中，超流态混凝土灌注桩的桩身长度应尽可能控制在15～20m，唯有如此，才能实现桩体承载能力的有效提升。

桩身直径对于桩体承载特性具有较大影响。有限元模型分析中，假定桩体弹性模量、桩长和桩周土的指标一致，则桩径规格越大，桩顶的沉降量会越小，并且当桩径达到600mm时，超流态混凝土灌注桩的承载能力不再增加，即软土地基施工中，桩径规格应控制在500～600mm。

此外，超流态混凝土灌注桩应用中，其承载能力会受到桩间土弹性模量的影响。桩间土弹性模量越大，则桩身顶端的沉降量会越小，即增大桩间土的弹性模量，可以有效的避免桩基沉降，实现超流态混凝土灌注桩承载能力提升。

3 结论

超流态混凝土灌注桩的承载能力与桩长、桩径和桩间土弹性模量具有直接关系。实践过程中，工程建设人员只有充分把控超流态混凝土灌注桩的工法特点，并对其承载特性的影响因素进行严格控制，才能确保超流态混凝土灌注桩承载能力的提升，进而实现软粘土地基处理质量的有效保证。

参考文献

[1]杨兴宇.超流态混凝土灌注桩承载特性分析[J].山西建筑，2017（21）：50-52.