冻土区基础设计的合理性是建筑物设计的重点,是工程成败的关键。冻土区天然上限冻融循环、冻胀、融沉等病害十分普遍,许多水工建筑物基础由于工程地质条件,特殊的功能性限制只能采用深基础即桩基础。钻孔灌注桩基础,是国内外工程广泛采用的基础形式,可适用于各类地质条件。文章着重阐述灌注桩在冻土地区竖向承载力及抗拔稳定性计算方法。
结合青藏铁路多年冻土区钻孔灌注抗拔桩现场载荷试验,依据场地多年冻土地温实测资料、物理力学参数以及冻土类型,考虑多年冻土蠕变特性,对冻土区钻孔灌注抗拔桩进行非线性有限元分析。桩–土体系有限元分析采用三维十节点四面体等参单元,桩–土相互作用采用面–面接触单元;同时,假定桩–土体系本构模型服从Drucker-Prager屈服准则。通过数值模拟计算结果与抗拔桩现场载荷试验的对比分析,结果表明,考虑冻土蠕变的分析结果与试验值较为接近,不考虑冻土蠕变时,当外载荷较大时桩顶上拔位移的计算值要比试验值小43%左右,但外载荷较小时两种计算结果差别不大。因此,考虑冻土蠕变的分析方法更比较符合多年冻土区钻孔灌注抗拔桩的实际受荷特点。
结合青藏铁路清水河多年冻土地区抗拔基桩的竖向静载现场试验,对桩周冻土冻结强度、基桩竖向抗拔极限承载力等进行了深入的研究,并将直孔桩、扩底桩两种不同桩基础的荷载试验结果进行了分析比较,为青藏铁路桩基础设计提供了科学依据。
应用非线性有限元理论,用ANSYS软件分别对多年冻土地区直孔桩、扩底桩的桩-土相互作用进行了数值模拟分析,并将有限元计算结果与现场试验结果进行了比较分析。