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摘要：为了分析桥梁桩基础承载力特征，文章通过现场静载试验获取5根桩的P-S曲线，并以5#桩为原型对比数值模拟模型设计、参数选取的合理性，两种方法P-S曲线拟合程度较好;桩基础承载力随着软土厚度增大、桩径减小、桩长减小而减小，其中极限承载力对桩径敏感程度较高。
关键词：桥梁桩基;数值模拟;桩基承载力;灰色关联度
中图分类号：U443.15文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 031
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0112 - 04
0引言
桩基础是工程建设过程中一种常用的地基处理方法，研究桩基础承载力特征对于桩基础设计、布置是十分重要的，尤其是针对地层类型多、强度参数差异较大的地层。目前，关于桩基础承载力的研究主要有实验法和数值分析法两种。张东[1]通过现场试验、理论分析以及数值模拟研究了天津某工程桩基础承载力不足、变形过大的原因;张旭恒[2]使用PLAXIS 3D软件研究动荷载作用下群桩的受力和变形特征;李春[3]使用数值模拟方法验证溶洞对桩基承载力的削减作用;刘源等[4]通过实验分析，研究不同桩周土含水率对桩基承载力的影响。通过前述研究可知，除了桩基础自身强度外，桩周岩土体也是影响其承载力的一个重要因素。
在修建桥梁的过程中，地基分布有较厚的软土层，软土处理不当将会造成不可估量的后果。为了分析桥梁桩基础的承载力特征以及控制软土沉降的效果，本文以某桥梁修建桩基础为例使用数值模拟方法进行分析。
1 地质条件
地基岩土体类型是影响桩基础设计和最终变形结果的重要因素，因此，准确查明岩土体类型、结构是十分重要的。通过现场调查，某桥梁桩基施工场地岩土体从上至下依次为：（1）硬壳层（0. 5～0.7 m厚）;（2）黏土（20～25.0m厚）;（3）淤泥质土（18. 0～25.5 m厚）;（4）粉质黏土（>10.5 m厚）。采用钻孑L灌注桩。通过现场试验，桩基础基本特征见表1，桩基础P-S曲线见图1。从图1可知，根据实验结果P-S表现为缓慢变化的特征，无沉降突然出现变化的现象，桩顶最大沉降值为48.2 mm，这表明该桩基础设计安全储备较大。
2 数值模拟模型及参数
2.1 建立数值模拟模型
建立FLAC有限元数值模拟模型[6-8]，分析该桥梁桩基础承载特征。模型设计水平方向>15D（D为桩基础直径0.7 m），桩底与模型底边界距离≥0.7L（L为桩长）。根据现场调查结果，建立模型地层从上至下依次为：硬壳层、黏土层、淤泥质土层、粉质黏土层。其中黏土层、淤泥质土层呈软～流塑状态，中～高压缩性;硬壳层厚度较薄，一般<1.0m，以粉质黏土为主，密实度高，压缩性低。建立数值模拟地层模型见图2，计算参数见表2。
2.2 模型及参数合理性验证
根据静载试验结果，建立数值模拟模型验证参数和模型设计的合理性，以5#桩作为数值模拟原型，将数值模拟与现场试验结果进行对比，分析模型、参数的合理性。现场实验结果和数值模拟结果P-S曲线对比见图3。从图中可知数值模拟计算P-S曲线与现场试验结果在形态、数值上差距较小，表明数值模拟计算结果较为可信，可使用数值模拟方法进行多组试验，作为数据样本的补充，研究不同软土厚度、桩长、桩径对桩基承载力的影响。
3 数值模拟计算结果分析
3.1 不同软土厚度桩基承载力分析
数值模拟方案一主要为了研究不同软土厚度对桩基承载力特征的影响，不同计算模型的计算结果见下页表4。绘制极限承载力与软土厚度关系曲线（见图4）。根据数值模拟计算结果可知，当软土厚度小于桩长（L= 30 m）时，随着软土厚度的增加，桩基极限承载力以相对较快的速度减小;当软土厚度大于桩长时，极限承载力衰减速率降低。当软土厚度小于桩长时，极限承载力按照線性衰减，大于桩长时，按照对数关系衰减。
3.2 不同桩径桩基承载力分析
数值模拟方案二主要为了研究桩长为30.0m时，不同桩径、不同软土厚度情况下的桩基极限承载力。计算结果见表5，关系图见图5。根据数值模拟计算结果可知，在软土厚度小于桩长时，桩径越大，极限承载力随着软土厚度的增大衰减速率越大。这主要是因为桩径越大，桩与桩周土的摩阻力越大，随着软土厚度的增大，桩周土摩阻力减小幅度也较小直径桩基大。
3.3 不同桩长桩基承载力分析
从表4、图4可以得到，在软土厚度、桩径等条件一致的情况下，桩长越大，桩基础极限承载力越大。同时，桩长与软土厚度相等的数值是极限承载力值出现较大幅度提升的转折点。
3.4 基于灰色关联法影响因素重要程度分析
灰色关联法是一种采用数学方法以解决系统工程的方法。灰色关联法由邓聚龙[7]首次提出，主要用于解决未知因素等科学问题，在各行各业中有较为广泛的应用，如农业[8]、灾害预警[9]、成本控制[10]等。采用灰色关联度分析影响桩基承载力的3个因素：软土厚度、桩长、桩径的敏感性。灰色关联法计算过程如下：
桩基极限承载力作为参考列y，各影响因素为比较列X。
最后计算获取不同影响因素对桩基承载力的敏感性t，0 经过计算，各因素敏感程度大小如下：t桩径>t软土厚度>t桩长。
4结语
（1）通过对比现场静载试验和数值模拟试验P-S曲线可知，两者在形态和数值方面误差较小，可使用数值模拟结果作为数据的补充。
（2）通过多组数值模拟结果可知，随着桩长的增加、桩径的增加和软土厚度的减小，桩基承载力增大。当桩长大于软土厚度时，随着软土厚度的增加桩基承载力降低速度较快;当软土厚度大于桩长时则下降速度降低。
（3）通过灰色关联度分析，桩基承载力对各因素的敏感性程度为：桩径>软土厚度>桩长。
参考文献
[1]张东.单桩现场试验及桩端沉渣对单桩承载力的影响分析[D].北京：北京建筑大学，2019.
[2]张旭恒.低承台桩基础在水平荷载下的群桩效应及动力响应分析[D].北京：北京交通大学，2018.
[3]李春.岩溶区桩基极限承载力有限元上限分析[J].中外公路，2019，39（2）：28 - 32.
[4]刘源，徐同桐，赵宪锋.桩周土含水率对三维碎石桩基承载力影响的实验[J].成都理工大学学报（自然科学版），2019，46（2）：249- 256.
[5]张颖，陈晨，王或佼，等.基于FLAG 3D对大连某工程 基承载力数值模拟研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（5）：65 - 71，85.
[6]邱瑞成，艾健森.基于FLAC 3D的单桩静载模拟桩土接触面参数敏感性研究[J].路基工程，2019（2）：164 -169.
[7]邓聚龙.灰色系统综述[J].世界科学，1983（7）：1 -5.
[8]唐桃霞，王致和，张秀华，等.河西地区不同甜叶菊品种的灰色关联度综合评价[J].中国糖料，2019（3）：49 - 53.
[9]董涛，金菊良，王振龙，等.基于风险矩阵的区域农业旱灾风险链式传递评估方法[J].灾害学，201 9，34（3）：227 - 234.
[10]王颖南，邓奇根，刘明举，等H2S脱除效率主控因素的广义灰色关联分析[J].中国安全生产科学技术，2019，1 5（6）：24-29.
作者简介：林乔（1974-），工程师，研究方向：公路路面大中修、桥梁维修管理。
关键词：桥梁桩基;数值模拟;桩基承载力;灰色关联度
中图分类号：U443.15文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 031
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0112 - 04
0引言
桩基础是工程建设过程中一种常用的地基处理方法，研究桩基础承载力特征对于桩基础设计、布置是十分重要的，尤其是针对地层类型多、强度参数差异较大的地层。目前，关于桩基础承载力的研究主要有实验法和数值分析法两种。张东[1]通过现场试验、理论分析以及数值模拟研究了天津某工程桩基础承载力不足、变形过大的原因;张旭恒[2]使用PLAXIS 3D软件研究动荷载作用下群桩的受力和变形特征;李春[3]使用数值模拟方法验证溶洞对桩基承载力的削减作用;刘源等[4]通过实验分析，研究不同桩周土含水率对桩基承载力的影响。通过前述研究可知，除了桩基础自身强度外，桩周岩土体也是影响其承载力的一个重要因素。
在修建桥梁的过程中，地基分布有较厚的软土层，软土处理不当将会造成不可估量的后果。为了分析桥梁桩基础的承载力特征以及控制软土沉降的效果，本文以某桥梁修建桩基础为例使用数值模拟方法进行分析。
1 地质条件
地基岩土体类型是影响桩基础设计和最终变形结果的重要因素，因此，准确查明岩土体类型、结构是十分重要的。通过现场调查，某桥梁桩基施工场地岩土体从上至下依次为：（1）硬壳层（0. 5～0.7 m厚）;（2）黏土（20～25.0m厚）;（3）淤泥质土（18. 0～25.5 m厚）;（4）粉质黏土（>10.5 m厚）。采用钻孑L灌注桩。通过现场试验，桩基础基本特征见表1，桩基础P-S曲线见图1。从图1可知，根据实验结果P-S表现为缓慢变化的特征，无沉降突然出现变化的现象，桩顶最大沉降值为48.2 mm，这表明该桩基础设计安全储备较大。
2 数值模拟模型及参数
2.1 建立数值模拟模型
建立FLAC有限元数值模拟模型[6-8]，分析该桥梁桩基础承载特征。模型设计水平方向>15D（D为桩基础直径0.7 m），桩底与模型底边界距离≥0.7L（L为桩长）。根据现场调查结果，建立模型地层从上至下依次为：硬壳层、黏土层、淤泥质土层、粉质黏土层。其中黏土层、淤泥质土层呈软～流塑状态，中～高压缩性;硬壳层厚度较薄，一般<1.0m，以粉质黏土为主，密实度高，压缩性低。建立数值模拟地层模型见图2，计算参数见表2。
2.2 模型及参数合理性验证
根据静载试验结果，建立数值模拟模型验证参数和模型设计的合理性，以5#桩作为数值模拟原型，将数值模拟与现场试验结果进行对比，分析模型、参数的合理性。现场实验结果和数值模拟结果P-S曲线对比见图3。从图中可知数值模拟计算P-S曲线与现场试验结果在形态、数值上差距较小，表明数值模拟计算结果较为可信，可使用数值模拟方法进行多组试验，作为数据样本的补充，研究不同软土厚度、桩长、桩径对桩基承载力的影响。
3 数值模拟计算结果分析
3.1 不同软土厚度桩基承载力分析
数值模拟方案一主要为了研究不同软土厚度对桩基承载力特征的影响，不同计算模型的计算结果见下页表4。绘制极限承载力与软土厚度关系曲线（见图4）。根据数值模拟计算结果可知，当软土厚度小于桩长（L= 30 m）时，随着软土厚度的增加，桩基极限承载力以相对较快的速度减小;当软土厚度大于桩长时，极限承载力衰减速率降低。当软土厚度小于桩长时，极限承载力按照線性衰减，大于桩长时，按照对数关系衰减。
3.2 不同桩径桩基承载力分析
数值模拟方案二主要为了研究桩长为30.0m时，不同桩径、不同软土厚度情况下的桩基极限承载力。计算结果见表5，关系图见图5。根据数值模拟计算结果可知，在软土厚度小于桩长时，桩径越大，极限承载力随着软土厚度的增大衰减速率越大。这主要是因为桩径越大，桩与桩周土的摩阻力越大，随着软土厚度的增大，桩周土摩阻力减小幅度也较小直径桩基大。
3.3 不同桩长桩基承载力分析
从表4、图4可以得到，在软土厚度、桩径等条件一致的情况下，桩长越大，桩基础极限承载力越大。同时，桩长与软土厚度相等的数值是极限承载力值出现较大幅度提升的转折点。
3.4 基于灰色关联法影响因素重要程度分析
灰色关联法是一种采用数学方法以解决系统工程的方法。灰色关联法由邓聚龙[7]首次提出，主要用于解决未知因素等科学问题，在各行各业中有较为广泛的应用，如农业[8]、灾害预警[9]、成本控制[10]等。采用灰色关联度分析影响桩基承载力的3个因素：软土厚度、桩长、桩径的敏感性。灰色关联法计算过程如下：
桩基极限承载力作为参考列y，各影响因素为比较列X。
最后计算获取不同影响因素对桩基承载力的敏感性t，0
4结语
（1）通过对比现场静载试验和数值模拟试验P-S曲线可知，两者在形态和数值方面误差较小，可使用数值模拟结果作为数据的补充。
（2）通过多组数值模拟结果可知，随着桩长的增加、桩径的增加和软土厚度的减小，桩基承载力增大。当桩长大于软土厚度时，随着软土厚度的增加桩基承载力降低速度较快;当软土厚度大于桩长时则下降速度降低。
（3）通过灰色关联度分析，桩基承载力对各因素的敏感性程度为：桩径>软土厚度>桩长。
参考文献
[1]张东.单桩现场试验及桩端沉渣对单桩承载力的影响分析[D].北京：北京建筑大学，2019.
[2]张旭恒.低承台桩基础在水平荷载下的群桩效应及动力响应分析[D].北京：北京交通大学，2018.
[3]李春.岩溶区桩基极限承载力有限元上限分析[J].中外公路，2019，39（2）：28 - 32.
[4]刘源，徐同桐，赵宪锋.桩周土含水率对三维碎石桩基承载力影响的实验[J].成都理工大学学报（自然科学版），2019，46（2）：249- 256.
[5]张颖，陈晨，王或佼，等.基于FLAG 3D对大连某工程 基承载力数值模拟研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（5）：65 - 71，85.
[6]邱瑞成，艾健森.基于FLAC 3D的单桩静载模拟桩土接触面参数敏感性研究[J].路基工程，2019（2）：164 -169.
[7]邓聚龙.灰色系统综述[J].世界科学，1983（7）：1 -5.
[8]唐桃霞，王致和，张秀华，等.河西地区不同甜叶菊品种的灰色关联度综合评价[J].中国糖料，2019（3）：49 - 53.
[9]董涛，金菊良，王振龙，等.基于风险矩阵的区域农业旱灾风险链式传递评估方法[J].灾害学，201 9，34（3）：227 - 234.
[10]王颖南，邓奇根，刘明举，等H2S脱除效率主控因素的广义灰色关联分析[J].中国安全生产科学技术，2019，1 5（6）：24-29.
作者简介：林乔（1974-），工程师，研究方向：公路路面大中修、桥梁维修管理。