欠固结土中单桩负摩擦效应研究.pdf

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1、·90·2014年第3期2014年6月SichuanBuildingMaterials第40卷总第179期DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2014.03.038欠固结土中单桩负摩擦效应研究李修文(中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司,广西南宁530003)3摘要:本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应，m。建立了桩和土体协同作用的三维计算模型，对桩土沉降过桩体参数：桩体混凝土按M25计,桩直径1.0m,桩程进行了内力和变形计算，分析了不同欠固结土厚度和桩长15m,弹性模量为30G

2、Pa,泊松比为0.2。顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚模型建立过程中,先建立下部土体,然后加入上部欠度为定值时，桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小，桩固结土体,同时打入桩,计算在自重和桩顶荷载作用下桩顶荷载越大，“中性点”位置越靠近地面(即上移)，欠固结周的摩阻力分布情况,轴力分布情况以及中性点位置的变土厚度越大，“中性点”位置越远离地面(即下移);桩体化规律。轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势，轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置，即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应，受桩顶荷载大

3、小的影响，轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大，土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大，土体的沉降量也逐渐增大，但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。关键词:数值模拟;负摩擦效应;中性点中图分类号:TU473.1文献标志码:B文章编号:1672-4011(2014)03-0090-030前言图1桩土结构模型现在桩基础己经成为工程建设中应用最广泛的基础形2计算结果与分析式,桩基础在设计和施工产生的负摩擦力也渐渐为人们所[1-4][5-6]2.1桩侧摩阻力分布认识。国内外一些实

4、测资料表明,桩基础工后沉降引起的负摩擦力可能产生非常大的下拽荷载和沉降,其当土体在其自重作用下尚未完成固结,或者由于其他产生的不均匀沉降对基础危害大。鉴于负摩擦力对桩基础原因造成土体的沉降继续发展,而土体沉降大于桩的沉降应用过程中的重要影响,桩基础的负摩擦力已经成为工程时,置于这些土层中的桩会不同程度地受到负摩阻力的影界的一个技术热点。响。负摩阻力的出现和发展都是桩土相互作用的结果。当桩顶没有荷载作用时,桩周土体的沉降是桩土相互1数值计算模型及方法作用的主要原因。土体沉降在桩身产生负摩阻力,负摩阻计算模型及网格划

5、分如图1所示。整个计算模型的区力引起的下拽力使桩身产生压缩变形和桩端沉降。而桩身域为-10≤x≤10、-10≤y≤10、-20≤z≤0,模型网格共压缩变形和桩端沉降的出现又使得桩-土之间的相对位移划分为8000个单元,9261个节点,桩采用pile单元,设关系发生变化并使桩的中性点上移。中性点上移使得桩身置于模型中央。坐标轴原点位于桩顶,X轴沿水平线路方下部出现正摩阻力的桩身长度增加和正摩阻力总量增加,向,Y轴垂直线路方向,Z轴竖直向上。模型底面边界固出现负摩阻力的桩身长度减小和负摩阻力总量减少。正负定,左右边界

6、约束横向水平位移,地表为自由边界。摩阻力的长消使得桩-土间共同作用重新达到平衡。数值计算采用如下土体参数：只有在桩和土的沉降都稳定时,桩的中性点以及摩阻上部欠固结土体：弹性模量E=14.5MPa,泊松比为力沿桩身的分布才能稳定下来。当桩顶有荷载作用时,土0.46,内摩擦角为14.8°,粘结力为0.030MPa,重度为体变形不再是引起桩土相互作用的唯一原因,桩顶荷载也318.5kN/m。是影响桩土相互作用的主要原因。在桩顶荷载作用下产生下部土体：弹性模量为E=35.0MPa,泊松比为0.37,的桩身压缩和桩端沉降是

7、在短时间完成的,而桩周土体的沉内摩擦角为20.4°,粘结力为0.040MPa,重度为20.2kN/降变形则需要很长时间才能稳定。在这样的桩土相互作用中,只有桩周土体沉降大于桩的位移时,负摩阻力才会出现。显然,负摩阻力出现的部位与桩顶无荷载作用时有很大的区作者简介:李修文(1985-)，男，湖南邵阳人，主要从事道路与铁道工程设计与研究工作。别,中性点的位置肯定会高于无桩顶荷载情况的位置。随后2014年第3期·91·第40卷总第179期SichuanBuildingMaterials2014年6月也会出现

8、与无桩顶荷载相似的因下拽力产生的桩附加变形2.3中性点位置和中性点的位置变动。由于桩的沉降-荷载曲线是随着荷桩侧土的压缩与地表作用荷载及土的压缩性质有关,载水平的提高而表现出由线性到非线性的变化,因此,负摩并随深度逐渐减小,而桩在外荷载作用下,桩底的下沉量阻力的特性也会呈现出与桩顶无荷载时不同的形态,而且会为一定值,桩身压缩变形随深度相应减小。在特定的基桩随着桩顶荷载水平