两种不同截面形式的空心桩水平承载力的比较

王小燕 石芮 毛祖杰

摘 要：近几十年，桩基础在高层建筑、厂房、桥梁、港口码头以及核电站等工程中的应用非常广泛。据不完全统计，我国每年桩用量在几百万根以上甚至更多，桩基工程占一般土建工程造价的20%-30%。因此对桩基础的承载力特性研究就显得尤为重要。文章将选取两种不同截面形式的空心方桩和空心圆桩，在两桩顶同时承受相同的竖向荷载作用的基础上，对比分析两桩桩顶承受水平荷载的能力。此对比试验主要运用由美国Itasca Consulting Group inc.公司开发的一个有限差分软件FLCD-3D进行模拟分析。

关键词：FLAC-3D 不同截面形式 空心桩 水平承载力对比

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0095-01

随着数值模拟软件的不断开发和运用，大量受现实条件影响而不容易进行的现场试验，可以有效地通过数值模拟软件进行模拟分析。这种模拟不但可以节省试验成本，而且对实际工程也具有一定的指导意义。FLAC-3D以其具有内存小，计算功能强大，专业性强，模拟能力广泛的优势，在基坑、边坡、隧道、桩基等岩土工程领域得到广泛应用。桩基础作为一种常用的深基础形式，它具有承载力大、稳定性好、沉降小、抗震性能好等特点。因此对桩基础的承载力特性研究就显得尤为重要。文章为研究空心方桩和空心圆桩（外表面积相同、内径相同、桩身材料相同、桩长相同、桩周土相同）在桩顶已承受相同的竖向荷载作用下，单根桩抵抗桩顶水平荷载作用的能力。而运用FLAD-3D软件分组进行模拟分析，桩体采用实体单元建立模型。

1 数值模型的建立

1.1 模型的尺寸

两桩的内径为300mm，两桩外表面积为12.56 m2，桩长均为8m，桩周土尺寸8m×8m×8m。土体模型参数见表1所示。本构模型的选取，桩体采用各向同性弹性模型，桩周土采用摩尔—库仑模型。

1.2 加载方式

先分别在两桩的桩顶施加100kN的竖向荷载，再逐级（从30kN开始，每级30kN，共加载10级）向桩顶施加水平荷载。

2 模拟结果对比分析

（1）通过图1可以得出如下结论：在荷载相同，工程条件也相同的情况下，两种型式样的空心桩体均在桩顶处水平位移最大，且空心方桩的水平位移略大于圆桩的水平位移。然后，沿着桩身往下逐渐变小，在一定深度（此次模拟在桩身中部4m左右）水平荷载对两桩体的水平位移基本没有影响。

（2）其次可以得出：在每级荷载作用下，方桩的桩顶水平位移均大于圆桩的桩顶水平位移。当桩顶水平荷载为300kN时，圆桩桩顶的水平位移23.6 mm，方桩桩顶水平位移为25.0 mm。

3 结论

本文通过大型有限差分软件FLAC-3D，建立空心圆桩和空心方桩两种不同的桩基模型。桩基长度选用8米，两种桩的桩侧表面积均相同的情况下，在桩顶位置施加水平荷载。数值模拟对比结果表明，随着水平荷载的逐渐增加，两种桩型侧向位移均随之逐渐增大，增长速率均相差不大；其次，随着桩水平荷载的增加，方桩桩顶侧向位移要略大于圆桩桩顶的侧向位移值，因此，在相同水平荷载下，圆桩抵抗水平荷载的能力略大于方桩，在工程应用中可以参考这一结论进行桩基设计。

参考文献

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