大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析

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1、第200275年卷3第月1期NATURALSCI海EN南CE大JO学U学RN报AL自O然FI-科IAI学NA版NITRSITYVo1．25No．1Mar．2O07文章编号：1004—1729(2007)01—0070-05大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析杜娟，陈奕柏，陈颖杰2(1．海南大学理工学院，海南海121570228；2．海南省第六建筑工程有限公司，海南海口570000)摘要：应用有限单元法应用程序对不同群桩效应系数下大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行了较为深入系统的数值分析，提出了以群桩周边包络线范围内的桩身体积与土体体积(含桩体积)之比作为新的折减系数，

2、并采用该系数对单桩p-y曲线进行折减后得到的群桩p-y曲线作为桩土横向作用模型，对大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行非线性分析，比传统方法具有一定的优越性．实例证明了笔者给出的折减系数的可行性和简便性．关键词：大直径钻孔灌注桩；折减系数；p曲线；桩土相互作用中图分类号：Tu473文献标识码：A随着现代科学技术的进步，桩基分析、设计理论和施工工艺不断发展和完善，大直径桩的应用也越来越多¨J．因此，有必要对大直径钻孔灌注桩的工作机理以及群桩效应对其产生的影响进行进一步的研究和完善．大直径钻孔灌注桩桩群基础试验所需费用巨大，耗时较长，因而进行大规模的试验研究是很难的，且现

3、有试验资料非常少，不足以阐明大直径钻孔灌注桩桩群基础在荷载作用下的反应特性．采用数值分析方法对群桩基础试验进行模拟，可以比较方便地调节其桩距、桩长、桩径、桩数、群桩效应系数，并能进行不同形式的群桩基础在不同土体中的受荷分析．因此，笔者主要就大直径钻孔灌注桩的群桩效应问题，采用数值分析方法进行模拟分析研究．1工程背景¨安庆长江公路大桥是安徽省连结大江南北的第3条过江通道，是国家干线公路网、安徽省及安庆市的干线公路网的关键组成部分．桥位各主要岩石力学指标建议值依次为：粘土质粉砂岩，微～新鲜，容许承载力[。]=60OkPa，钻孔桩周土极限摩阻力i=130kPa；粉砂质

4、粘土岩，微～新鲜，[]=400kPa，i=100kPa；砂岩，微～新鲜，[]=1600kPa，下；=200kPa；疏松砂岩，微～新鲜，[]=300kPa，i=100kPa．安庆长江公路大桥北塔墩桩基础均采用双壁钢围堰大直径钻孔桩复合基础，双壁钢围堰外径32m，高度按下沉基岩面设计．钢围堰内按梅花型布置18根直径3．0m的钻孔桩，以微风化砂砾岩为持力层．钢围堰高度为38．5m，18根桩自钢围堰底面算起其桩长为64Ill，均属深长嵌岩摩擦桩。2研究方法由于群桩效应的存在，群桩在水平力作用下的工作性状与单桩不同，一般在受荷方向桩排中的中、后桩，在同等桩身变位条件下，所

5、受到的土反力较前桩为小．一方面，其差值随桩距的加大而减小，当s／d≥8时，前、后桩的p曲线基本相近；另一方面，其差值又随地下深度的加大而减小，桩在地下的深度≥10d时，前、后桩的p-y曲线也基本相近．这在黄委会山东河务局灌注桩试验研究组的砂土中的原型桩试验得到了证实．SchmidtHG也在现场试验中证实了前桩所受到的土抗力一般略等于或大于单桩，这是由收稿日期：2OO6—03—01基金项目：海南大学科研基金资助项目(Kyjj0549)作者简介：杜娟(1978一)，女，安徽金寨人，海南大学理工学院讲师，硕士1)安徽省公路勘测设计研究院．安庆长江公路大桥初步设计文件．

6、2001．第1期杜娟等：大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析71于受荷方向桩排中的前桩水平位移与单桩相近，土抗力能充分发挥所致．BrownDA提出：考虑到群桩效应，后排桩的桩前土反力系数减小，计算时群桩的p．)，曲线可通过在单桩的p_)，曲线的基础上乘以一折减系数来获得．笔者根据这一思想，提出新的折减系数，即应用有限单元法应用程序对安庆长江公路大桥北塔墩大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行非线性分析．2．1基本假定采用最相近的水下硬粘土的Reese曲线作为桩土相互作用模型；安庆长江公路大桥北塔墩群桩基础的周围土体均为砂岩层，因此可假定其为线弹性的均匀介质；假定桩和承台均

7、为无重、线弹性的均匀介质，桩不考虑自重，承台自重包含在竖向荷载内，不考虑桩、土和承台的初应力对群桩受荷特性的影响，采用三维框架单元和板壳单元分别对群桩基础和承台进行离散；横向荷载作用方向的前桩按单桩来处理，而用群桩周边包络线范围内的桩身体积与土体体积(含桩体积)之比'7=／来描述桩群中前桩与后桩之间的相互作用系数．2．2计算单元划分承台按板壳单元划分，桩按三维框架单元进行模拟．2．3群桩效应系数2．3．1玉置、三桥、今井计算式为7／H=1—5[1一(0．6—0．25k)·(

8、s／d)‘加·]×(1一mm娩·rtm∞)，式中：叼一群桩效应系数；m一沿荷载方向的每排

9、桩的桩数；rt一垂直荷载