竖向荷载作用下超长高承台群桩有限元位移分析

李宛霓

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，中国 武汉430072）

【摘要】主要对某大桥主墩的嵌岩群桩基础在竖向荷载作用下的加载阶段和卸载阶段进行了有限元模拟，对于群桩深基础系统中的位移场空间分布特性有了初步的了解，并与理论研究进行对比，在实际工程中起到指导作用。

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关键词 群桩；有限元；位移

0引言

桥梁工程中，桩基主要承担竖向荷载，群桩基础一般是通过承台将上部荷载协调分配到基桩。承台分为高承台和低承台两种，低承台与地基直接接触，基桩与承台下地基土共同承担荷载；高承台不与地基接触，所有上部荷载通过桩向下传递。但是目前对于群桩基础中位移场和应力场的空间分布规律分布特性尚不明确。本文主要对某大桥主墩的嵌岩群桩基础在竖向荷载作用下的加载阶段和卸载阶段进行了有限元模拟，并对计算结果进行了简单的分析。本文的计算基于商业软件ANSYS。

1高承台嵌岩群桩有限元数值计算模型

该群桩基础设计由40根超长单桩组成，每根单桩长84m，直径为3.4m，桩身采用C30混凝土浇筑。经过概化后的地质参数见表1；群桩的布置如图1所示。为了对比分析，还针对同样地质条件下的桩长为50m， 120m的群桩基础方案进行了数值分析，该两方案除桩长以外的其他参数如承台尺寸、桩径、桩距等几何参数以及相应的岩土特性参数均不变，不同的主要是桩长，亦即桩端嵌入胶结砾岩的深度。

2群桩基础中位移场空间分布特性分析

位移场、应力场在空间的分布特性对于揭示群桩的承载特性有着重要的作用。由于目前实验设备的通道的限制，模型试验只能测得桩身与桩土界面上少数点的应力、位移值，岩土中的应力和位移值基本上测不出，而一般解析法与数值分析的杂交法也有同样的局限性。但有限元法能够得到计算区域内的全部应力场、位移场，这是有限元法的一个重要优点。

2.1承台中位移场

如图2所示为群桩承台在相同荷载下加载、卸载阶段沉降云图，中心点的沉降最大，四个角点上的沉降最小，沉降值沿中心点向外逐渐减小，且距中心点相同处的点沉降基本上相同。在承台顶面上，沉降等值线为以承台几何中心为圆心的同心圆簇，在承台底面，由于受到桩的影响，略有变化，但大致规律与承台顶面相同。当加载到最大荷载后卸载时，在与前述加载荷载对应的荷载下，承台顶面沉降的分布规律与加载阶段基本相同，但是其沉降等值线接近椭圆分布，这显然是由于桩基本身为长方形，回弹时两个方向的土体回弹不一致引起的。同时，下图的差异沉降（即承台上面最大的沉降值与最小沉降值的差值）很大，也表示尽管本桩基承台的尺寸很大，但还是不能够简单的作刚性处理。

2.2桩身位移场的分布

如图3（a）、（b）所示为相同荷载下加、卸载阶段桩身的沉降分布云图，加卸荷载阶段，卸载阶段的沉降值较大，但沉降等值线分布规律基本相同，均呈抛物线，中心桩沉降最大，中桩次之，边桩再次之，角桩最小。与岩（土）体采用的岩土本构不同，由于桩体采用的是线性本构，因此沉降等值线分布与加载阶段无明显变化。

3结语

本文通过对于某大桥高层台超长群桩的有限元分析，对于群桩系统中承台及基桩的位移场空间分布特性进行模拟，得出与桩基理论一致的结论，对于桩基的设计起到指导性作用。

［责任编辑：邓丽丽］