喀斯特地区嵌岩混凝土摩擦桩的反算

云南南盘江大桥为7跨预应力钢构连续桥, 1、2号墩为桩基,采用人工挖孔灌注桩。No. 2嵌岩桩底下部12m处为强风化白云岩。对拟定的端承区域勘探发现在桩底的岩石- 混凝土接触区域有一溶洞,溶洞高约20m,垂直发育,洞底有粘土、碎石土充填,结构松散,粘土为软塑状。东南大学采用与O-cel l试验类似的平衡内部千斤顶系统进行了桩的荷载实验。O-cell试验安装在距桩底12m处,即靠近桩下部的弱风化与强风化岩石之间的接触区域。本文阐述了O-cell试验数值分析中用来反算桩体/岩石交接区域特性的部分。采用的数值分析软件为BAQUS,版本6. 4 ( ABAQ US, 2004) 。同时采用二维轴对称模型来对桩径2. 5m、桩长49m的钻孔桩进行O-cell试验数值模拟。假设加载的钻孔桩的变形与屈服发生在混凝土桩体与岩石的交接区域,混凝土桩为线弹性,强风化白云岩与弱风化白云岩为弹- 塑性,并可用Drucker- Prag er 模型( ABAQUS, 2004)表示,对岩石和混凝土- 岩体接触面的特性进行反算,然后用反算结果模拟桩顶荷载特征。数值模拟计算和现场载荷试验检测的载荷- 位移曲线对比表明,除了非弹性和永久变形外,整个向上与向下的变形与试验检测到的值基本相同。这主要是由于接触面模型的弹性性质所决定的,即它在卸载过程中会将滑动的接触面复原;而永久变形是岩体-混凝土接触面屈服的结果。必须指出的是,由于桩的承载力相对较高( 2. 5m桩径,嵌岩长度37m) ,试验不能达到最终荷载, 所以检测到的变形也较小( <10mm)。分别在桩端、O-单元荷载盒上37m处检测向上弯沉,并将结果与O-单元荷载盒顶部的弯沉作比较。结果发现,由于桩是由O-单元荷载盒底部向上加载,所以桩端的弯沉预计比O-单元荷载盒的弯沉小约5mm。这一差值几乎等于施加荷载状态下无限制(Δ= P L /A E )桩体的理论弹性缩短量。通过O-cell现场试验可以有效地观测加载状态下荷载弯沉反应情况和调整或校准数值分析中的材料模型,并可将之推广应用到相同地质条件下类似项目施工的其它桩的反应过程中。此外,还可以通过溶洞区域中的高承载力桩的O-cell试验结果来构建桩体摩擦反应的模型; 在模型摩擦反应基础上,可以估计桩端预计的变形反应值; 在交接面反应中,可以采用正弦接触面有效地引入人工粘结和表面粘结。 

BACK-CALCULATION OF ROCK SOCKET FRICTION FOR CONCRETE SHAFTS IN KARST

A 2.5 meter diameter 49 m long concrete shaft foundation socketed into rock was load tested with a system of balanced internal jacks similar to the O-cell test. This internal loading provided an examination of the skin friction response both above and below the load jack. Based on the observed response, the properties for the interface between the concrete and rock-socket were back-calculated. Since the observed side resistance at the interface was greater than the resistance due solely to friction, an apparent interface cohesion term was included by idealizing small asperities along the rock socket. The use of idealized asperities appears to be an effective way to model cohesion at the rock-concrete contact.