管桩桩身因素对其水平承载力影响研究
李宗效
1
李向群
1*
杨秀琴
2
（1：吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，长春130118；2：吉林大学，长春130000）
摘要：目前，房建工程的桩基常以PC管桩为主．本文主要研究PC管桩的水平承载力的影响因素，并针对桩身（弹性模量和桩径）因素探讨．分析结果显示：PC管桩的水平承载力的大小与管桩的弹性模量的大小呈正比关系；PC管桩的水平承载力的大小与管桩的桩径的大小呈正比关系．关键词：PC管桩；弹性模量；桩径；水平向荷载中图分类号：TU470
文献标志码：A
文章编号：2095－8919（2017）03－0011－04
StudyontheInfluenceofPipePileBodyonItsHorizontalBearingCapacity
LIZong－xiao1，LIXiang－qun1，YANGXiu－qin2
(1:SchoolofGeometricsandProspectingEngineering，JilinJianzhuUniversity，Changchun130118，China;
2:JilinUniversity，Changchun130000，China)
Abstract:Now，theconstructionofthepilefoundationisoftendominatedbyPCpipepile．ThispapermainlystudiestheinfluencefactorsofthehorizontalbearingcapacityofPCpile，anddiscussesthefactorsofthepilestructure(e-lasticmodulusandpilediameter)．TheresultsshowthatthehorizontalbearingcapacityofPCpileisproportionaltotheelasticmodulusofthepile，andthehorizontalbearingcapacityofPCpileisproportionaltothediameterofthepile．
Keywords:PCpile;elasticmodulus;pilediameter;horizontalload
PC管桩的横向承载性状与管桩的弹性模量和桩径有关，目前，多数学者利用ANSYS等模拟分析软件来探究PC管桩的弹性模量和桩径对管桩的横向承载性状的影响，本文欲应用abaqus数值软件来探究PC管桩
的弹性模量和桩径对管桩的横向承载性状的影响，为未来进一步分析PC管桩的横向承载性状作出保障．
1
1．1
概述
PC管桩的规格
PC管桩以管桩的桩径大小为依据，800mm与1000mm等桩径不同的管桩［1］．划分成500mm，
PC管桩以管桩的抗弯性能为依据，C型PC管桩与A型PC管桩等管桩．吉林省地可列为B型PC管桩、
［2］
区一般采用B型PC管桩及C型PC管桩较少．1．21．2．1
PC管桩的局限性
应用于非良性地层时建议事先专家论证用于非良性地层内所使用的PC管桩，不易令其桩端达到持力层．如若这样，未达到持力层或嵌在孤石
的PC管桩将无法产生其应产生的承载力．
收稿日期：2017－01－13．
基金项目：住房和城乡建设部项目（2012555）．
作者简介：李宗效（1989～），男，吉林省长春市人，在读硕士研究生．
*通讯作者：李向群，男，吉林省长春市人，教授，博士．E－mail：1070366700@qq．com
121．2．2
PC管桩在施工中的局限性
吉林建筑大学学报第34卷
应用静压式沉桩法时，桩机移动速度慢，压桩速度慢的问题．应用锤击式沉桩法时，锤击噪音大，在市内禁止使用．
2
2．1
桩身因素对PC管桩的水平承载力探究
桩径对PC管桩的水平承载力的探究2．1．1PC管桩和地基土各项参数的选择
400mm与500mm的PC管桩于天通过abaqus数值软件模拟及依据实际资料，选取桩径分别为600mm，
然地表起到地表以下20m深度范围内是同一粘性土层内，对3个PC管桩分别加载50kN的横向荷载．表1为粘性土的各项参数，表2为PC管桩的各项参数．
表1粘性土的各项参数Table1Parametersofcohesivesoil
Foundationsoilcohesivesoil
Height/mm20000
Length/mm2500
Width/mm2000
Frictionangle/°
19
Cohesion/kPa
40
Poisson’sratio
0．3
Elasticodulus/kPa
25000
表2PC管桩的各项参数Table2parametersofPCpipepile
PipepilenumberPipepilediameter/mmⅠPCpipepileⅡPCpipepileⅢPCpipepile
250350450
Outsidediameterofpipe/mm
400500600
Poisson’sratio
0．330．330．33
Elasticmodulus/kPa
37×10637×10637×106
Lengthofpipepile/mm
120001200012000
2．1．2PC管桩和粘性土的模拟分析
Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩分别和粘性土相互作用，并将50KN的横向荷载加载于三个PC管桩的桩头处．然后设置Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩分别和粘性土的相互作用方式．粘性土赋予3维8节点线性缩减积分4面体单元形式分析，Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩均赋予3维8节点线性缩减积分6面体单元形式分析．并将粘性土、Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩自由网格划分，形成刚度矩阵．
2．2弹性模量对PC管桩的水平承载力的探究2．2．1
PC管桩和地基土各项参数的选择
6
30×106kPa与25×通过abaqus数值软件模拟及依据实际资料，选取弹性模量分别为37×10kPa，
106kPa的PC管桩于天然地表起到地表以下20m深度范围内是同一粘性土层内，对3个PC管桩分别加载
50kN的横向荷载．表3为粘性土的各项参数，表4为PC管桩的各项参数．
表3粘性土的物理力学参数
Table3physicalandmechanicalparametersofclayeysoil
Foundationsoilcohesivesoil
Height/mm20000
Length/mm2500
Width/mm2000
Frictionangle/°
19
Cohesion/kPa
40
Poisson’sratio
0．3
Elasticmodulus/kPa
25000
表4PC管桩的物理力学参数
Table4physicalandmechanicalparametersofPCpile
PipepilenumberPipepilediameter/mmⅠPCpipepileⅡPCpipepileⅢPCpipepile
350350350
Outsidediameterofpipe/mm
500500500
Poisson’sratio
0．330．330．33
Elasticmodulus/kPa
25×10630×10637×106
Lengthofpipepile/mm
120001200012000
2．2．2PC管桩和粘性土的模拟分析
Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩分别和粘性土相互作用，并将50kN的横向荷载加载于三个
第3期李宗效，李向群，杨秀琴：管桩桩身因素对其水平承载力影响研究
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PC管桩的桩头处．然后设置Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩分别和粘性土的相互作用方式．粘性土赋予3维8节点线性缩减积分4面体单元形式分析，Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩
均赋予3维8节点线性缩减积分6面体单元形式分析．并将粘性土、Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩与Ⅲ号PC管桩自由网格划分，形成刚度矩阵．
3
示．
桩身因素对PC管桩的水平承载力的结果分析
II号PC管桩和III号PC管桩桩身的水平位移图分别为图1、不同桩径的I号PC管桩、图2和图3所
［X1，E-3］［X1，E-3］0.15-0.15-0.45-0.750.200.00-0.20-0.40-0.60displacement/mdisplacement/m0.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.8012.00-1.05-1.35-1.65-1.95-2.25-0.80-1.00-1.20-1.40-1.60-1.80-2.000.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.8012.00Thedistancebetweenthe1axisandthetopofpile/mThedistancebetweenthe2axisandthetopofpile/m图1Ⅰ号PC管桩桩身的水平位移图
Fig．1HorizontaldisplacementdiagramofⅠPCpipepile
［X1，E-3］图2Ⅱ号PC管桩桩身的水平位移图
Fig．2HorizontaldisplacementdiagramofⅡPCpipepile
［X1，E-3］0.10-0.10-0.30-0.500.15-0.15-0.45-0.75displacement/m-0.70-0.90-1.10-1.30-1.50-1.70displacement/m-1.05-1.35-1.65-1.95-2.25-1.900.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.8012.000.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.8012.00Thedistancebetweenthe3axisandthetopofpile/mThedistancebetweenthe1axisandthetopofpile/m图3Ⅲ号PC管桩桩身的水平位移图
Fig．3HorizontaldisplacementdiagramofⅢPCpipepile
图4Ⅰ号管桩桩身的水平位移图Fig．4HorizontaldisplacementofⅠpilebody
由图1、图2与图3表明，Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩和Ⅲ号PC管桩的最大水平位移分别为2.31mm，2.03mm和1.92mm．因PC管桩的桩径变为原桩径的1．25倍和1．2倍，则PC管桩的最大水平位移变为原来其水平位移反而逐渐变小，表明PC管桩的桩径变的0．879倍和0．946倍．故当PC管桩的桩径逐渐变大时，化对其水平位移有影响，进而说明PC管桩的桩径变化对其水平承载力有影响．故在一定程度上使用大桩径
［3］的PC管桩可以提高其水平承载力．
不同弹性模量的Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩和Ⅲ号PC管桩桩身的水平位移图分别为图4、图5和图6所示．
由图4、图5与图6表明，Ⅰ号PC管桩、Ⅱ号PC管桩和Ⅲ号PC管桩的最大水平位移分别为2.69mm，2.52mm和2.31mm．因PC管桩的弹性模量变为原弹性模量的1．2倍与1．23倍，则PC管桩的最大水平位移变为原来的0．937倍和0．9167倍．故当PC管桩的弹性模量逐渐变大时，其水平位移反而逐渐变小，表明PC管桩的弹性模量变化对其水平位移有影响，进而说明PC管桩的弹性模量变化对其水平承载力有影响，因此
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吉林建筑大学学报第34卷
在一定程度上使用弹性模量较高的PC管桩可以提高其水平承载力．
［X1，E-3］［X1，E-3］0.15-0.15-0.45-0.750.15-0.15-0.45-0.75-1.05-1.35-1.65-1.95displacement/m-1.05-1.35-1.65-1.95-2.25displacement/m-2.25-2.550.01.53.04.56.07.59.010.512.00.01.53.04.56.07.59.010.512.0Thedistancebetweenthe3axisandthetopofpile/mThedistancebetweenthe2axisandthetopofpile/m图5Ⅱ号管桩桩身的水平位移图Fig．5HorizontaldisplacementofⅡpilebody
图6Ⅲ号管桩桩身的水平位移图Fig．6HorizontaldisplacementofⅢpilebody
4结语
PC管桩的横向承载性状与管桩的弹性模量和桩径有关，目前，多数学者利用ANSYS等模拟分析软件来
探究PC管桩的弹性模量和桩径对管桩的横向承载性状的影响，本文应用abaqus数值软件来探究PC管桩的弹性模量和桩径对管桩的横向承载性状的影响，为未来进一步分析PC管桩的横向承载性状作出保障，并获得如下结论：
当PC管桩的桩径变大时，其水平位移反而变小，表明PC管桩的桩径变化对其水平位移有影响，进而说明PC管桩的桩径变化对其水平承载力有影响，因此在一定程度上使用大桩径的PC管桩可以提高其水平承载力；
当PC管桩的弹性模量变大时，其水平位移反而变小，表明PC管桩的弹性模量变化对其水平位移有影响，进而说明PC管桩的弹性模量变化对其水平承载力有影响，因此在一定程度上使用弹性模量较高的PC管桩可以提高其水平承载力．
参
考
文
献
［1］MatlockH．Correlationfordesignoflaterallyloadedpilesinsoftclay［J］．OffshoreTechnologyConference，1970，1204：577－594．［2］ＲandolphMF．Theresponseofflexiblepilestolateralloading［J］．Geotechnique，1981，31（2）：247－59．［3］吴
D］．长春：吉林建筑大学，2013．丹．预应力混凝土管桩在竖向荷载作用下的水平承载力研究［
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