來源：廣東省院結構安全顧問

樁傾斜率達到2%，不符合《城市橋梁工程施工與質量驗收規範》（CJJ2-2008）樁傾斜率限值1%要求。帶來了以下疑問：

1）進行樁承載力計算時m值法是否适用？

2）如何計算斜樁更合理？

針對上述問題，對樁傾斜的受力特點和計算方法進行分析，采用樁土共同作用實體有限元模型，能較好反映樁傾斜，土體局部失效，樁側土的性質、分布對樁的不利影響。

1.1 樁傾斜受力特點

樁的傾斜會改變樁的受力模式，樁周土壓力從對稱狀态改為非對稱狀态，樁身從受壓狀态變成壓彎狀态（見圖1.1-1所示）。

對于傾斜造成的樁偏位，由于傾斜引起樁身承受非對稱土壓力和樁頂豎向荷載偏心作用，對樁身受力産生不利影響，一般會使樁身彎矩增大（見圖1.1-2所示）。樁身彎矩增大的程度和樁側土的性質和分布、傾斜的程度以及荷載作用下樁基礎的沉降量有關。由于本項目采用端承灌注樁，其豎向沉降量很小，因此，可忽略沉降對斜樁的影響。

圖1.1-1 斜樁受力模式示意 圖1.1-2 斜樁引起的附加彎矩Pu

1.2 計算分析方法

（1）規範m值法（彈性方法）

為考慮樁傾斜對樁身彎矩增大的影響，采用有限元分析軟件Midas Civil建立斜樁分析模型，假定樁周土水平剛度沿深度 z 線性增大，其值為 mb0z (式中m為土的水平抗力比例系數，b0為樁在土中的計算寬度)，得到斜樁内力後，再根據《城市橋梁抗震設計規範》（CJJ166-2011）第7.3.2條對斜樁的承載力進行驗算。

（2）樁土共同作用計算方法（彈塑性方法）

由于在大震作用下，土體在樁的擠壓下，出現較大的水平位移，以及可能發生了明顯的塑性變形，為較為準确計算傾斜的承載力情況，采用國際通用有限元分析軟件ABAQUS考慮樁土的共同作用，參考《城市橋梁抗震設計規範》（CJJ166-2011）第7.3.2條“驗算矮墩抗彎強度時，截面抗彎能力可采用材料強度标準值計算”，E2地震作用組合工況下的荷載采用标準值，材料均采用彈塑性本構關系。

2.1 計算模型

樁傾斜率約為2%。ABAQUS模型的混凝土強度等級為C40、樁基截面尺寸為D1800，樁長約31m，其中土層寬度40m，長度65m，高度24.7m，鋼筋采用HRB400。

圖2.1-1 土層實體模型

圖2.1-2 三維計算模型

2.1.1 計算單元和參數取值

土體、樁和柱采用實體單元模拟，鋼筋采用truss單元模拟。

2.1.2 邊界條件

樁與土體之間采用contact模拟，土體周邊和底部約束X、Y、Z三個方向自由度。

2.1.3 材料本構

（1）鋼材本構

鋼材本構采用帶強化段的彈塑性本構模型，鋼材的強屈比為1.25，極限應力所對應的極限塑性應變為0.01，HRB400鋼筋屈服強度400MPa。

（2）混凝土本構

混凝土材料模型采用彈塑性損傷模型，其軸心抗壓和抗拉強度标準值按《鋼筋混凝土設計規範》表4.1.3。

（3）土體本構

土體采用軟件自帶的摩爾庫倫模型。

2.2 彈性計算結果對比

圖2.2-1 水平位移結果

傾斜引起設計内力和位移的變化基本在1%以内，說明采用規範計算方法時傾斜對樁基基本無影響。

2.3 彈塑性計算方法

2.3.1 位移結果

圖2.3-1 樁基水平位移結果

樁基2%的傾斜率對樁産生一定的附加内力，樁頂位移約增大14%。

圖2.3-2 樁基混凝土受壓應力結果

樁基2%的傾斜率使混凝土應力增大7.7%。

圖2.3-3 受力鋼筋應力結果

樁基2%的傾斜率使鋼筋應力約增大1%。

2.4 小結

（1）規範計算公式不能反映材料屈服後的樁承載力情況；

（2）在罕遇地震作用下，淤泥質粉細砂頂部已出現破壞，規範基于m值法計算并不能反映土體局部失效的不利影響。

（3）樁傾斜後産生的附加彎矩增大的程度與樁側土的性質、分布、傾斜的程度以及荷載作用下樁基礎的沉降量有關，規範彈性計算方法難以考慮斜樁附加彎矩的不利影響。

（4）采用樁土的共同作用實體有限元模型，能有效反映樁傾斜，土體局部失效，樁側土的性質、分布對樁的影響，彌補了規範承載力計算方法的不足。

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