第36卷第5期 别业山，刘沐宇，张强：港珠澳大桥长短组合桩菇础有限元分析及受力研究 103 因此，桩侧土水平弹簧刚度为 Ks=mX Xh: (2) 式中，，为深度之处土层的厚度：b1为桩基计算宽度。 表1各土层参数表 土层 土层名称 土层厚度/m极限侧阻力/kPam值/(kPa·m) 海床面 10 10 4000 G③4 粉质黏士 15 40 7500 ④4 90 15000 ③4 粉质黏土 68 7500 全风化花岗岩 20000 02 强风化花岗岩 112 30000 ⑤3 微风化花岗岩 10 3)桩侧士摩阻力竖向弹性支承刚度桩侧土摩阻力的取值是本模型的关键参数，为保证计算结果的 确性，结合工程实际，在桥位进行工程试桩，现场进行试验。根据港珠澳大桥主体工程桥梁试桩工程施工及 试验研究招标文件，钻孔灌注桩试桩按嵌岩柱设计，荷载试验采用自平衡法进行。试验采用慢速维持荷载 法，即逐级加载，每级荷裁达到某一规定的相对稳定标准后方可进行下一级加载，直至达到最大加载要求量 或试排破坏，停止加载，然后分级知载至零。 桩侧士对桩基产生的摩阻力与桩土间的相对位移有关，根据港珠澳大桥试桩现场测试数据，各土层：S 曲线详见图3。 0、 24右80 05 图3土层rS曲线 因此，桩侧土竖向单位长度弹簧刚度为 K=TXΠXD (3) 式中，：为对应桩土相对位移为S时桩侧土摩阻力：D为基桩直径。 4)柱端持力层竖向弹性支承刚度根据m法可知，柱底弹簧刚度为 K=C0XAg (4D 式中，C,为桩底土竖向地基系数：A为柱底土受压面积。 4计算工况及结果分析 按瓢上述边界条件建立有限元模型，在承台底施加运营荷载，考虑1号桩桩长增加或减短5m,10m、 15m6种工况米模拟岩面起伏情况，分析桩身轴力的变化。由于覆盖层厚度达31m,计算表明桩基长度变 化对桩身弯矩及剪力影响很小。因此，重点分析在竖向力作用下，桩长不同时群桩轴力的变化。工况1为1 号桩桩长增加5m,工况2为1号桩桩长增加10m,工况3为1号桩桩长增加15m,工况4为1号柱桩长诚 短5m,工况5为1号桩柱长减短10m,工况6为1号桩桩长减短15m。 下面列出了具有代表性的工况1、工况3、工况4及工况6各桩桩身轴力分布图，如图4~图7所示。 从图4一~图7可知，桩身轴力随着土层厚度加深而减小，且减小幅度较大：当1号桩桩长增加时，桩顶轴 C)1994-2020 China Academie Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.ne 因此，桩侧土水平弹簧刚度为 Ｋ水 平 ＝ ｍ×ｚ×ｂ１ ×ｈｚ （２） 式中，ｈｚ 为深度ｚ 处土层的厚度；ｂ１ 为桩基计算宽度。 表１ 各土层参数表 土层 土层名称 土层厚度／ｍ 极限侧阻力／ｋＰａ ｍ 值／（ｋＰａ·ｍ－２） 海床面 ①２ 淤泥 １０ １０ ４０００ ③４ 粉质黏土 １５ ４０ ７５００ ④４ 粗砾砂 ３ ９０ １５０００ ③４ 粉质黏土 ３ ６８ ７５００ ⑥１ 全风化花岗岩 ７ ９０ ２００００ ⑥２ 强风化花岗岩 １３ １１２ ３００００ ⑥３ 微风化花岗岩 １０ － － ３）桩侧土摩阻力竖向弹性支承刚度 桩侧土摩阻力的取值是本模型的关键参数，为保证计算结果的准 确性，结合工程实际，在桥位进行工程试桩，现场进行试验。根据港珠澳大桥主体工程桥梁试桩工程施工及 试验研究招标文件，钻孔灌注桩试桩按嵌岩桩设计，荷载试验采用自平衡法进行。试验采用慢速维持荷载 法，即逐级加载，每级荷载达到某一规定的相对稳定标准后方可进行下一级加载，直至达到最大加载要求量 或试桩破坏，停止加载，然后分级卸载至零。 桩侧土对桩基产生的摩阻力与桩土间的相对位移有关，根据港珠澳大桥试桩现场测试数据，各土层τ－Ｓ 曲线详见图３。 因此，桩侧土竖向单位长度弹簧刚度为 Ｋ竖 向 ＝τ×Π×Ｄ （３） 式中，τ为对应桩土相对位移为Ｓ 时桩侧土摩阻力；Ｄ 为基桩直径。 ４）桩端持力层竖向弹性支承刚度 根据 ｍ 法可知，桩底弹簧刚度为 Ｋ桩 底 ＝ Ｃ０ ×Ａ０ （４） 式中，Ｃ０ 为桩底土竖向地基系数；Ａ０ 为桩底土受压面积。 ４ 计算工况及结果分析 按照上述边界条件建立有限元模型，在承台底施加运营荷载，考虑１号桩桩长增加或减短５ｍ、１０ｍ、 １５ｍ６种工况来模拟岩面起伏情况，分析桩身轴力的变化。由于覆盖层厚度达３１ｍ，计算表明桩基长度变 化对桩身弯矩及剪力影响很小。因此，重点分析在竖向力作用下，桩长不同时群桩轴力的变化。工况１为１ 号桩桩长增加５ｍ，工况２为１号桩桩长增加１０ｍ，工况３为１号桩桩长增加１５ｍ，工况４为１号桩桩长减 短５ｍ，工况５为１号桩桩长减短１０ｍ，工况６为１号桩桩长减短１５ｍ。 下面列出了具有代表性的工况１、工况３、工况４及工况６各桩桩身轴力分布图，如图４～图７所示。 从图４～图７可知，桩身轴力随着土层厚度加深而减小，且减小幅度较大；当１号桩桩长增加时，桩顶轴 第３６卷 第５期 别业山，刘沐宇，张 强：港珠澳大桥长短组合桩基础有限元分析及受力研究 ３０１