基于建筑垃圾資源化的碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁性能研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)張，建筑垃圾的產(chǎn)生量也與日俱增。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年產(chǎn)生的建筑垃圾高達(dá)數(shù)億噸，其中碎磚和廢玻璃等廢棄物占據(jù)相當(dāng)大的比例。傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方式，如露天堆放或簡(jiǎn)單填埋，不僅占用大量寶貴的土地資源，還對(duì)土壤、水體和空氣造成嚴(yán)重污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅。與此同時(shí)，天然砂石資源作為傳統(tǒng)混凝土骨料的主要來(lái)源，由于長(zhǎng)期過(guò)度開采，面臨著資源日益枯竭的嚴(yán)峻問(wèn)題，其供應(yīng)短缺和價(jià)格上漲給建筑行業(yè)帶來(lái)了成本壓力。在建筑工程基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，擴(kuò)體樁作為一種新型樁型，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和施工工藝，在提高樁的承載性能方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)體樁由預(yù)制芯樁和擴(kuò)體材料組合而成，通過(guò)在樁身特定部位設(shè)置擴(kuò)體，能夠有效增加樁與土體的接觸面積，從而提高樁側(cè)阻力和樁端阻力，進(jìn)而大幅提升樁的承載能力。與傳統(tǒng)的灌注樁相比，擴(kuò)體樁施工質(zhì)量更易控制，施工效率更高；相較于預(yù)制樁，其對(duì)施工環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。然而，擴(kuò)體樁的進(jìn)一步推廣應(yīng)用受到現(xiàn)有擴(kuò)體材料性能和成本的制約。目前常用的擴(kuò)體材料如水泥土、砂漿、細(xì)石混凝土等，存在著各自的局限性。例如，水泥土強(qiáng)度較低，在承受較大荷載時(shí)易發(fā)生破壞，不利于充分發(fā)揮樁的承載力；砂漿收縮性較大，容易導(dǎo)致樁體出現(xiàn)裂縫，降低樁的承載能力和耐久性；細(xì)石混凝土雖然強(qiáng)度較高，但粗骨料較重，整體容重較大，在施工過(guò)程中會(huì)增加芯樁灌入的阻力，增加施工難度和成本。此外，這些傳統(tǒng)擴(kuò)體材料的制備往往依賴于大量的天然砂石資源，這與當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的理念相悖。碎磚和廢玻璃作為建筑垃圾中的主要成分，具有來(lái)源廣泛、數(shù)量巨大的特點(diǎn)。將其作為骨料應(yīng)用于混凝土中，制備碎磚廢玻璃骨料混凝土，為解決建筑垃圾處理難題和擴(kuò)體樁材料的優(yōu)化提供了新的思路。一方面，利用碎磚廢玻璃骨料混凝土可以實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化利用，減少對(duì)天然砂石資源的依賴，降低建筑工程對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響；另一方面，碎磚和廢玻璃骨料具有密度較小、形狀接近于球形等特點(diǎn)，有望改善混凝土的流動(dòng)性和工作性能，滿足擴(kuò)體樁對(duì)高流動(dòng)性且輕質(zhì)材料的需求，同時(shí)降低擴(kuò)體樁的施工成本。因此，開展碎磚廢玻璃骨料混凝土用于擴(kuò)體樁材料的試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性。1.1.2研究意義本研究將碎磚廢玻璃骨料混凝土應(yīng)用于擴(kuò)體樁材料，在環(huán)保、資源利用和工程成本等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域都具有深遠(yuǎn)意義。從環(huán)保角度來(lái)看，大量建筑垃圾的堆積和不當(dāng)處理對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。將碎磚和廢玻璃等建筑垃圾作為骨料用于制備混凝土，能夠有效減少建筑垃圾的排放量，降低對(duì)土地資源的占用和對(duì)環(huán)境的污染。這不僅有助于改善城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，還能減少因垃圾處理不當(dāng)引發(fā)的一系列環(huán)境問(wèn)題，如土壤污染、水體污染和空氣污染等，對(duì)保護(hù)生態(tài)平衡和人類健康具有積極作用。在資源利用方面，隨著建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，天然砂石資源日益稀缺。通過(guò)將廢棄的碎磚和廢玻璃轉(zhuǎn)化為有用的建筑材料，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，有助于緩解天然砂石資源短缺的壓力，保障建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這種資源化利用方式符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，提高了資源的利用效率，減少了對(duì)自然資源的過(guò)度開采，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。從工程成本角度分析，使用碎磚廢玻璃骨料混凝土作為擴(kuò)體樁材料，能夠降低對(duì)傳統(tǒng)骨料的依賴，減少因天然骨料價(jià)格波動(dòng)帶來(lái)的成本風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于建筑垃圾的獲取成本相對(duì)較低，利用其制備混凝土可以有效降低材料成本，進(jìn)而降低整個(gè)基礎(chǔ)工程的造價(jià)。這對(duì)于建筑企業(yè)來(lái)說(shuō)，能夠提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；對(duì)于大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目而言，能夠在保證工程質(zhì)量的前提下，節(jié)約大量的建設(shè)資金，提高資金的使用效率。綜上所述，本研究對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土用于擴(kuò)體樁材料的試驗(yàn)研究，具有顯著的環(huán)保、資源利用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1碎磚、廢玻璃在混凝土中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀在國(guó)外，碎磚、廢玻璃作為混凝土骨料的研究起步較早。一些研究表明，碎磚骨料由于其多孔的結(jié)構(gòu)，具有較高的吸水率，這會(huì)影響混凝土的工作性能和力學(xué)性能。例如，有研究通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著碎磚骨料摻量的增加，混凝土的坍落度會(huì)逐漸減小，這是因?yàn)樗榇u骨料吸收了較多的水分，導(dǎo)致混凝土拌合物的流動(dòng)性降低。但在強(qiáng)度方面，當(dāng)碎磚骨料的摻量在一定范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度并不會(huì)明顯降低，甚至在某些情況下，由于碎磚骨料與水泥漿體之間的界面粘結(jié)特性，使得混凝土的韌性有所提高。對(duì)于廢玻璃骨料，其表面光滑、硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好。然而，廢玻璃在混凝土中的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。其中最主要的問(wèn)題是堿-硅反應(yīng)（ASR），廢玻璃中的活性二氧化硅與水泥漿體中的堿性物質(zhì)在一定條件下會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成具有膨脹性的堿-硅酸凝膠，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的開裂和破壞。為了抑制ASR，國(guó)外學(xué)者開展了大量研究，如通過(guò)控制廢玻璃的粒徑、摻量，添加礦物摻合料（如粉煤灰、礦渣等）或化學(xué)外加劑等方法。研究發(fā)現(xiàn)，將廢玻璃的粒徑控制在一定范圍內(nèi)，可以減少其與水泥漿體的接觸面積，從而降低ASR的發(fā)生概率；添加適量的粉煤灰能夠消耗水泥漿體中的堿性物質(zhì)，緩解ASR的程度。在國(guó)內(nèi)，隨著建筑垃圾資源化利用的關(guān)注度不斷提高，碎磚、廢玻璃在混凝土中的應(yīng)用研究也日益增多。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)碎磚骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，分析了水灰比、砂率、碎磚骨料取代率等因素對(duì)混凝土性能的影響。研究表明，通過(guò)合理調(diào)整配合比參數(shù)，可以制備出性能良好的碎磚骨料混凝土。例如，在一定的水灰比下，適當(dāng)提高砂率可以改善混凝土的和易性，而碎磚骨料取代率過(guò)高時(shí)，混凝土的強(qiáng)度會(huì)有所下降。在廢玻璃骨料混凝土方面，國(guó)內(nèi)研究主要集中在解決廢玻璃的預(yù)處理技術(shù)、抑制ASR的措施以及優(yōu)化混凝土性能等方面。通過(guò)對(duì)廢玻璃進(jìn)行清洗、破碎、篩分等預(yù)處理，可以去除雜質(zhì)，提高其在混凝土中的分散性和穩(wěn)定性。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中添加硅灰等礦物摻合料，能夠有效抑制ASR，提高混凝土的耐久性。此外，一些研究還探討了廢玻璃骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為進(jìn)一步優(yōu)化混凝土性能提供了理論依據(jù)。1.2.2擴(kuò)體樁材料的研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)擴(kuò)體樁材料的研究主要集中在新型材料的開發(fā)和材料性能的優(yōu)化上。例如，研發(fā)了高強(qiáng)度、高耐久性的復(fù)合材料用于擴(kuò)體樁，這些材料不僅能夠提高樁的承載能力，還能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和惡劣的環(huán)境。在材料性能優(yōu)化方面，通過(guò)改進(jìn)材料的配合比和制備工藝，提高材料的流動(dòng)性、粘結(jié)性和抗裂性，以滿足擴(kuò)體樁施工和使用的要求。在國(guó)內(nèi)，擴(kuò)體樁材料的研究取得了顯著進(jìn)展。目前常用的擴(kuò)體材料如水泥土、砂漿、細(xì)石混凝土等，在實(shí)際工程中都有各自的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。水泥土由于其成本較低、施工方便，在一些對(duì)強(qiáng)度要求不高的工程中得到廣泛應(yīng)用，但水泥土強(qiáng)度較低，限制了其在大型工程中的應(yīng)用。砂漿的強(qiáng)度相對(duì)較高，但收縮性較大，容易導(dǎo)致樁體出現(xiàn)裂縫。細(xì)石混凝土強(qiáng)度高，但容重較大，施工時(shí)芯樁灌入阻力大。為了克服現(xiàn)有擴(kuò)體材料的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了一系列研究。例如，通過(guò)添加纖維材料來(lái)改善砂漿的抗裂性能，提高樁體的耐久性；研究新型的細(xì)石混凝土配合比，降低其容重，同時(shí)保證其強(qiáng)度和工作性能。此外，還對(duì)一些工業(yè)廢料（如礦渣、粉煤灰等）在擴(kuò)體材料中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，以實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用和降低工程成本。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，雖然在碎磚、廢玻璃在混凝土中應(yīng)用以及擴(kuò)體樁材料方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在碎磚、廢玻璃骨料混凝土的研究中，對(duì)于不同來(lái)源、不同性質(zhì)的碎磚和廢玻璃，其對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律尚未完全明確，缺乏系統(tǒng)的研究。同時(shí)，如何進(jìn)一步優(yōu)化混凝土的配合比，提高碎磚、廢玻璃骨料的摻量，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的更大程度資源化利用，還需要深入研究。此外，碎磚、廢玻璃骨料混凝土的長(zhǎng)期性能（如耐久性、抗凍性等）研究相對(duì)較少，這對(duì)于其在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有重要影響。在擴(kuò)體樁材料的研究方面，現(xiàn)有的擴(kuò)體材料雖然在一定程度上滿足了工程需求，但仍存在性能缺陷。對(duì)于新型擴(kuò)體材料的研發(fā)，雖然取得了一些進(jìn)展，但還需要進(jìn)一步提高材料的性能和穩(wěn)定性，降低成本。同時(shí)，擴(kuò)體樁材料與樁身結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能研究還不夠深入，如何使擴(kuò)體材料更好地與樁身結(jié)合，充分發(fā)揮擴(kuò)體樁的承載性能，是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土用于擴(kuò)體樁材料的研究相對(duì)較少，缺乏對(duì)這種新型組合材料在擴(kuò)體樁中的適用性、工作性能和承載性能的系統(tǒng)研究。因此，開展碎磚廢玻璃骨料混凝土用于擴(kuò)體樁材料的試驗(yàn)研究具有重要的理論和實(shí)際意義，有望填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的研究空白，為擴(kuò)體樁的發(fā)展提供新的材料選擇和技術(shù)支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究碎磚廢玻璃骨料混凝土作為擴(kuò)體樁材料的可行性與性能表現(xiàn)，具體研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：碎磚廢玻璃骨料混凝土的制備：對(duì)碎磚和廢玻璃進(jìn)行細(xì)致的預(yù)處理，包括破碎、篩分等關(guān)鍵步驟，以獲取符合特定粒徑要求的骨料。通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)和科學(xué)的分析，深入研究不同骨料取代率（如碎磚骨料分別按25%、50%、75%取代天然粗骨料，廢玻璃骨料分別按25%、50%、75%取代天然細(xì)骨料）、水灰比（設(shè)置0.4、0.45、0.5等不同水平）、砂率（選取35%、40%、45%等）以及外加劑（如減水劑、引氣劑等）的摻量對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等科學(xué)方法，優(yōu)化混凝土的配合比，制備出滿足擴(kuò)體樁施工和使用要求的碎磚廢玻璃骨料混凝土。碎磚廢玻璃骨料混凝土的性能測(cè)試：對(duì)制備好的混凝土進(jìn)行全面的性能測(cè)試，包括工作性能測(cè)試和力學(xué)性能測(cè)試。工作性能測(cè)試主要測(cè)定混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、流動(dòng)性等指標(biāo)，以評(píng)估其在施工過(guò)程中的可操作性和均勻性。力學(xué)性能測(cè)試則重點(diǎn)測(cè)定混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等指標(biāo)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法（如按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2019進(jìn)行測(cè)試），獲取不同齡期（3d、7d、14d、28d等）下的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分析其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。此外，還將對(duì)混凝土的耐久性進(jìn)行測(cè)試，如抗凍性、抗?jié)B性、抗氯離子侵蝕性等，以評(píng)估其在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的性能穩(wěn)定性和可靠性。碎磚廢玻璃骨料混凝土在擴(kuò)體樁中的應(yīng)用效果分析：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，深入研究碎磚廢玻璃骨料混凝土在擴(kuò)體樁中的應(yīng)用效果。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，選擇合適的工程場(chǎng)地，進(jìn)行擴(kuò)體樁的施工，監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如樁身的垂直度、擴(kuò)體的成型質(zhì)量等。施工完成后，采用靜載荷試驗(yàn)、低應(yīng)變檢測(cè)等方法，對(duì)擴(kuò)體樁的承載性能和完整性進(jìn)行測(cè)試，分析碎磚廢玻璃骨料混凝土對(duì)擴(kuò)體樁承載能力和變形特性的影響。在數(shù)值模擬方面，利用專業(yè)的巖土工程軟件（如PLAXIS、ABAQUS等），建立擴(kuò)體樁的數(shù)值模型，模擬不同工況下擴(kuò)體樁的受力和變形情況，與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)數(shù)值模擬，進(jìn)一步研究擴(kuò)體樁的尺寸、形狀、布置方式以及混凝土性能等因素對(duì)其承載性能的影響，為擴(kuò)體樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬等多種方法，從不同角度深入探究碎磚廢玻璃骨料混凝土用于擴(kuò)體樁材料的性能和應(yīng)用效果，具體方法如下：試驗(yàn)研究法：開展一系列室內(nèi)試驗(yàn)，包括碎磚、廢玻璃骨料的基本性能測(cè)試，如顆粒級(jí)配、密度、吸水率、壓碎指標(biāo)等。進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，按照不同的設(shè)計(jì)參數(shù)制備多組混凝土試件，測(cè)試其工作性能和力學(xué)性能，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和比較，確定最佳的配合比。制作擴(kuò)體樁模型試件，在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬擴(kuò)體樁的施工和加載過(guò)程，測(cè)試其承載性能和變形特性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。理論分析法：基于混凝土材料學(xué)、巖土力學(xué)等相關(guān)理論，分析碎磚廢玻璃骨料混凝土的組成結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的理論模型，如強(qiáng)度理論模型、耐久性預(yù)測(cè)模型等。運(yùn)用這些理論模型，對(duì)混凝土的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，為試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。同時(shí)，結(jié)合擴(kuò)體樁的工作原理和受力特點(diǎn)，分析碎磚廢玻璃骨料混凝土在擴(kuò)體樁中的作用機(jī)制，建立擴(kuò)體樁的承載能力計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法。數(shù)值模擬法：利用先進(jìn)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC3D等，建立碎磚廢玻璃骨料混凝土和擴(kuò)體樁的數(shù)值模型。通過(guò)輸入材料參數(shù)、邊界條件和荷載工況等，模擬混凝土的制備過(guò)程、力學(xué)性能測(cè)試過(guò)程以及擴(kuò)體樁在實(shí)際工程中的受力和變形情況。通過(guò)數(shù)值模擬，可以直觀地觀察到混凝土內(nèi)部的應(yīng)力分布、裂縫發(fā)展以及擴(kuò)體樁與土體之間的相互作用等，為研究提供更全面、深入的信息。同時(shí)，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的數(shù)值模擬分析，優(yōu)化擴(kuò)體樁的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，提高擴(kuò)體樁的承載性能和經(jīng)濟(jì)效益。二、碎磚廢玻璃骨料混凝土制備與性能測(cè)試2.1原材料特性分析2.1.1碎磚骨料本研究中的碎磚骨料主要來(lái)源于城市拆除建筑產(chǎn)生的廢棄磚塊，這些磚塊經(jīng)過(guò)分類收集后，采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行初步破碎，再通過(guò)反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，以獲得不同粒徑的碎磚顆粒。破碎后的碎磚骨料經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，選取粒徑范圍在5-25mm的顆粒作為粗骨料用于混凝土制備。對(duì)碎磚骨料的物理性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，其堆積密度為1350-1450kg/m3，表觀密度為2000-2100kg/m3，吸水率為10%-15%，壓碎指標(biāo)為15%-20%。與天然粗骨料相比，碎磚骨料的堆積密度和表觀密度較小，這是由于其內(nèi)部存在較多的孔隙結(jié)構(gòu)；而吸水率較高，這在混凝土制備過(guò)程中會(huì)吸收較多的水分，從而影響混凝土的水灰比和工作性能，因此在配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這一因素，適當(dāng)增加用水量或采用預(yù)濕處理等措施。碎磚骨料的多孔結(jié)構(gòu)使其與水泥漿體之間具有較好的粘結(jié)性能，這有助于提高混凝土的力學(xué)性能。然而，其較高的吸水率可能導(dǎo)致混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生較大的收縮，從而增加混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。此外，碎磚骨料的強(qiáng)度相對(duì)較低，隨著其摻量的增加，混凝土的強(qiáng)度可能會(huì)受到一定程度的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要合理控制碎磚骨料的摻量，以平衡混凝土的工作性能和力學(xué)性能。2.1.2廢玻璃骨料廢玻璃骨料主要包括平板玻璃、玻璃瓶罐等廢棄玻璃制品。首先對(duì)收集到的廢玻璃進(jìn)行清洗，去除表面的雜質(zhì)和污垢，然后通過(guò)錘式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，再經(jīng)過(guò)球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，使其粒徑達(dá)到所需范圍。本研究選取粒徑在0.15-4.75mm的廢玻璃顆粒作為細(xì)骨料。廢玻璃的化學(xué)組成主要為二氧化硅（SiO?）、氧化鈉（Na?O）、氧化鈣（CaO）等，其化學(xué)穩(wěn)定性較好，但在堿性環(huán)境下，廢玻璃中的活性二氧化硅可能會(huì)與水泥漿體中的堿性物質(zhì)發(fā)生堿-硅反應(yīng)（ASR）。為了研究廢玻璃骨料在混凝土中的反應(yīng)特性，進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廢玻璃骨料摻量較低時(shí)，ASR反應(yīng)不明顯，對(duì)混凝土性能影響較小；但隨著摻量的增加，ASR反應(yīng)逐漸加劇，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，進(jìn)而引起混凝土結(jié)構(gòu)的開裂和破壞。為了抑制ASR反應(yīng)，可采取多種措施。如嚴(yán)格控制廢玻璃骨料的粒徑，使其粒徑越小，與水泥漿體的接觸面積相對(duì)減小，從而降低ASR反應(yīng)的程度；優(yōu)化混凝土配合比，通過(guò)添加適量的礦物摻合料（如粉煤灰、礦渣等），消耗水泥漿體中的堿性物質(zhì)，緩解ASR反應(yīng)。2.1.3其他原材料水泥選用P?O42.5普通硅酸鹽水泥，其28d抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不低于42.5MPa，初凝時(shí)間不早于45min，終凝時(shí)間不遲于600min。該水泥具有良好的膠凝性能和強(qiáng)度發(fā)展特性，能夠?yàn)榛炷撂峁┳銐虻膹?qiáng)度和粘結(jié)力。外加劑選用聚羧酸系高性能減水劑，其減水率不低于25%，具有高效的減水作用，能夠在保持混凝土工作性能的前提下，顯著降低水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，減水劑還能改善混凝土的流動(dòng)性和和易性，有利于混凝土的施工和成型。摻合料選用I級(jí)粉煤灰，其細(xì)度（45μm方孔篩篩余）不大于12%，需水量比不大于95%，燒失量不大于5%。粉煤灰具有火山灰活性，能夠與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成具有膠凝性的水化硅酸鈣等產(chǎn)物，從而提高混凝土的密實(shí)度和耐久性，同時(shí)還能降低混凝土的水化熱，減少混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。2.2配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化2.2.1設(shè)計(jì)原則依據(jù)擴(kuò)體樁對(duì)材料強(qiáng)度和流動(dòng)性的要求，確定碎磚廢玻璃骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)遵循以下基本原則：強(qiáng)度要求：擴(kuò)體樁在承受建筑物荷載時(shí)，需要混凝土具備足夠的強(qiáng)度。根據(jù)不同的工程需求和地質(zhì)條件，確定混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。例如，對(duì)于一般的多層建筑，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)可選用C25-C35；對(duì)于高層建筑或大型橋梁等對(duì)承載能力要求較高的工程，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)則需達(dá)到C35及以上。在配合比設(shè)計(jì)中，通過(guò)調(diào)整水泥用量、骨料種類和摻量、水灰比等參數(shù)，確保混凝土在規(guī)定齡期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。流動(dòng)性要求：擴(kuò)體樁施工過(guò)程中，混凝土需要能夠順利地填充到樁身和擴(kuò)體部位，因此要求混凝土具有良好的流動(dòng)性。一般情況下，坍落度應(yīng)控制在180-220mm，擴(kuò)展度應(yīng)不小于500mm，以保證混凝土在自重作用下能夠均勻地流動(dòng)，避免出現(xiàn)離析和堵塞現(xiàn)象，確保施工的順利進(jìn)行。耐久性要求：考慮到擴(kuò)體樁長(zhǎng)期處于地下復(fù)雜的環(huán)境中，可能受到地下水、土壤侵蝕等因素的影響，因此混凝土需要具備良好的耐久性。通過(guò)控制水灰比、摻加適量的礦物摻合料（如粉煤灰、礦渣等）和外加劑（如減水劑、引氣劑等），提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性，延長(zhǎng)擴(kuò)體樁的使用壽命。經(jīng)濟(jì)性要求：在滿足工程性能要求的前提下，盡量降低混凝土的成本。充分利用碎磚和廢玻璃等建筑垃圾作為骨料，減少天然砂石的用量，同時(shí)合理選用水泥、摻合料和外加劑，優(yōu)化配合比，以達(dá)到降低成本的目的。2.2.2試驗(yàn)方案為了研究不同碎磚、廢玻璃摻量對(duì)混凝土性能的影響，采用控制變量法設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)方案：碎磚骨料摻量試驗(yàn)：固定其他參數(shù)，如水泥用量、水灰比、砂率、外加劑摻量等，分別設(shè)置碎磚骨料按25%、50%、75%取代天然粗骨料的比例進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)比例制備3組混凝土試件，每組試件包括3個(gè)用于抗壓強(qiáng)度測(cè)試、3個(gè)用于抗拉強(qiáng)度測(cè)試和3個(gè)用于抗折強(qiáng)度測(cè)試，同時(shí)制作工作性能測(cè)試試件，測(cè)定其坍落度、擴(kuò)展度等指標(biāo)。廢玻璃骨料摻量試驗(yàn)：在固定其他參數(shù)不變的情況下，分別設(shè)置廢玻璃骨料按25%、50%、75%取代天然細(xì)骨料的比例進(jìn)行試驗(yàn)。同樣每個(gè)比例制備3組混凝土試件，進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，包括工作性能和力學(xué)性能測(cè)試。水灰比試驗(yàn)：設(shè)置水灰比分別為0.4、0.45、0.5，其他參數(shù)保持不變，研究水灰比對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土性能的影響。每個(gè)水灰比制備3組試件，進(jìn)行全面的性能測(cè)試。砂率試驗(yàn)：選取砂率分別為35%、40%、45%，固定其他參數(shù)，探究砂率對(duì)混凝土性能的影響。每個(gè)砂率制備3組試件，進(jìn)行性能測(cè)試。通過(guò)以上試驗(yàn)方案，系統(tǒng)地研究不同因素對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土性能的影響，為配合比的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。2.2.3優(yōu)化方法通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，采用數(shù)學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)方法相結(jié)合的方式對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土的配合比進(jìn)行優(yōu)化。數(shù)學(xué)模型法：利用回歸分析等數(shù)學(xué)方法，建立混凝土性能指標(biāo)（如抗壓強(qiáng)度、坍落度等）與各配合比參數(shù)（如碎磚摻量、廢玻璃摻量、水灰比、砂率等）之間的數(shù)學(xué)模型。例如，通過(guò)對(duì)不同配合比下混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，得到抗壓強(qiáng)度與各參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式：f_c=a+b_1x_1+b_2x_2+b_3x_3+b_4x_4，其中f_c為混凝土抗壓強(qiáng)度，x_1、x_2、x_3、x_4分別為碎磚摻量、廢玻璃摻量、水灰比、砂率，a、b_1、b_2、b_3、b_4為回歸系數(shù)。通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析和優(yōu)化，確定滿足強(qiáng)度和流動(dòng)性要求的最佳配合比參數(shù)范圍。經(jīng)驗(yàn)方法：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。例如，當(dāng)混凝土坍落度較小時(shí)，可以適當(dāng)增加減水劑的摻量或調(diào)整水灰比；當(dāng)混凝土強(qiáng)度不足時(shí)，可以增加水泥用量或調(diào)整骨料的級(jí)配。同時(shí)，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合實(shí)際工程情況，對(duì)配合比進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。通過(guò)數(shù)學(xué)模型法和經(jīng)驗(yàn)方法的綜合應(yīng)用，不斷優(yōu)化碎磚廢玻璃骨料混凝土的配合比，使其性能滿足擴(kuò)體樁的施工和使用要求。2.3工作性能測(cè)試2.3.1坍落度與擴(kuò)展度測(cè)試依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2016，采用坍落度筒和鋼直尺進(jìn)行坍落度與擴(kuò)展度測(cè)試。測(cè)試前，先將坍落度筒和底板用濕布擦拭濕潤(rùn)，確保坍落度筒內(nèi)壁和底板無(wú)明顯積水。將坍落度筒放置在水平且堅(jiān)實(shí)的底板中心位置，并用腳踩住兩邊的腳踏板，使坍落度筒在裝料過(guò)程中保持固定。在新拌混凝土試樣不產(chǎn)生離析的狀態(tài)下，將其分三層均勻裝入坍落度筒內(nèi)，每層裝填高度大致相同，每層用搗棒插搗25次，插搗應(yīng)沿螺旋方向由外向中心進(jìn)行，每次插搗在截面上均勻分布，插搗筒邊混凝土?xí)r，搗棒可以稍稍傾斜，插搗底層時(shí)，搗棒應(yīng)貫穿整個(gè)深度，插搗第二層和頂層時(shí)，搗棒應(yīng)插透本層至下一層的表面。頂層插搗完后，用刮刀刮除坍落度筒中已填充混凝土頂部的余料，使其與坍落度筒的上緣齊平。隨后，在5-10s內(nèi)將坍落度筒沿鉛直方向勻速向上提起30cm的高度，待混凝土停止流動(dòng)后，測(cè)量筒高與坍落后混凝土試體最高點(diǎn)之間的高度差，即為該混凝土拌和物的坍落度。當(dāng)坍落度大于220mm時(shí)，需測(cè)量混凝土的擴(kuò)展度，用鋼直尺測(cè)量展開圓形的最大直徑以及與最大直徑呈垂直方向的直徑，取兩者的平均值作為擴(kuò)展度。測(cè)試不同配合比下的碎磚廢玻璃骨料混凝土坍落度與擴(kuò)展度，結(jié)果表明，隨著碎磚骨料摻量的增加，混凝土的坍落度逐漸減小。這是因?yàn)樗榇u骨料吸水率較高，在混凝土中會(huì)吸收部分水分，導(dǎo)致拌合物的流動(dòng)性降低。而隨著廢玻璃骨料摻量的增加，混凝土的擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)廢玻璃骨料摻量在一定范圍內(nèi)時(shí)，其表面光滑的特性有助于提高混凝土的流動(dòng)性，使擴(kuò)展度增大；但當(dāng)摻量過(guò)高時(shí)，廢玻璃骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)性變差，導(dǎo)致混凝土的整體性下降，擴(kuò)展度減小。水灰比的增大通常會(huì)使混凝土的坍落度和擴(kuò)展度增大，因?yàn)樗冶仍黾樱酀{體的流動(dòng)性增強(qiáng)，從而改善了混凝土的工作性能。砂率對(duì)混凝土的坍落度和擴(kuò)展度也有顯著影響，當(dāng)砂率過(guò)低時(shí)，混凝土中水泥砂漿不足以包裹和潤(rùn)滑骨料，導(dǎo)致坍落度和擴(kuò)展度減小；而砂率過(guò)高時(shí)，會(huì)增加混凝土的內(nèi)摩擦力，同樣使坍落度和擴(kuò)展度降低。通過(guò)對(duì)不同配合比下混凝土坍落度與擴(kuò)展度的測(cè)試分析，為確定滿足擴(kuò)體樁施工要求的最佳配合比提供了重要依據(jù)。2.3.2離析與泌水性能測(cè)試離析和泌水性能是衡量混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。離析是指混凝土拌合物各組成成分相互分離，導(dǎo)致不均勻的現(xiàn)象；泌水則是指混凝土拌合物中的水分在重力作用下從拌合物中析出的現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象都會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性。測(cè)試離析性能時(shí)，采用5L容量筒進(jìn)行試驗(yàn)。將混凝土拌合物分兩層裝入容量筒內(nèi)，每層用搗棒插搗25次，然后將容量筒放在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)15s，使混凝土拌合物密實(shí)。靜置15min后，將上層部分混凝土取出，用孔徑為5mm的篩子篩洗，篩出的粗骨料用清水沖洗干凈，烘干至恒重后稱重。計(jì)算上層部分混凝土中粗骨料的質(zhì)量占全部混凝土中粗骨料質(zhì)量的百分比，以此來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的離析程度。離析程度越小，表明混凝土的均勻性越好。泌水性能測(cè)試采用泌水率測(cè)定儀進(jìn)行。將混凝土拌合物裝入泌水率測(cè)定儀的試筒內(nèi)，裝滿后用搗棒插搗25次，然后用抹刀將表面抹平。將試筒放在水平臺(tái)上，靜置30min后，用吸液管吸出泌水，測(cè)量泌水的體積。計(jì)算泌水率，泌水率=泌水質(zhì)量/混凝土拌合物中用水量×100%。泌水率越低，說(shuō)明混凝土的保水性越好。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)碎磚骨料摻量過(guò)高時(shí)，由于其自身的多孔結(jié)構(gòu)和較低的強(qiáng)度，容易在攪拌和振搗過(guò)程中破碎，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，從而增加離析的可能性。廢玻璃骨料摻量過(guò)大時(shí)，會(huì)使混凝土的和易性變差，也容易引發(fā)離析現(xiàn)象。水灰比過(guò)大，會(huì)使水泥漿體的粘聚性降低，導(dǎo)致混凝土泌水增加。外加劑的摻量不當(dāng)也會(huì)對(duì)離析和泌水性能產(chǎn)生影響，如減水劑摻量過(guò)多，會(huì)使混凝土的流動(dòng)性過(guò)大，增加泌水的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)離析和泌水性能的測(cè)試與分析，進(jìn)一步優(yōu)化混凝土的配合比，以提高混凝土的質(zhì)量和穩(wěn)定性，滿足擴(kuò)體樁對(duì)混凝土性能的要求。2.4力學(xué)性能測(cè)試2.4.1抗壓強(qiáng)度測(cè)試根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2019，制作尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，每組配合比制作3組試件，每組3個(gè)。試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，即溫度為20±2℃，相對(duì)濕度為95%以上的養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，分別為3d、7d、14d、28d。抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，將養(yǎng)護(hù)好的試件從養(yǎng)護(hù)室中取出，擦干表面水分，放置在壓力試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心位置，確保試件的承壓面與壓力機(jī)壓板面垂直。以規(guī)定的加載速度均勻加載，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)小于C30的混凝土，加載速度取0.3-0.5MPa/s；對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)大于等于C30且小于C60的混凝土，加載速度取0.5-0.8MPa/s；對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)大于等于C60的混凝土，加載速度取0.8-1.0MPa/s。當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，記錄破壞荷載。抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：f_c=F/A，其中f_c為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，單位為MPa；F為試件破壞荷載，單位為N；A為試件承壓面積，單位為mm^2。測(cè)試結(jié)果表明，隨著齡期的增長(zhǎng)，碎磚廢玻璃骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增大。在早期（3d和7d），強(qiáng)度增長(zhǎng)較為迅速，后期（14d和28d）增長(zhǎng)速度逐漸變緩。不同配合比的混凝土抗壓強(qiáng)度存在差異，隨著碎磚骨料摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)檫m量的碎磚骨料能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高強(qiáng)度；但當(dāng)碎磚骨料摻量過(guò)高時(shí)，由于其自身強(qiáng)度較低，會(huì)成為混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。隨著廢玻璃骨料摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度也有所下降，這主要是由于廢玻璃與水泥漿體之間的粘結(jié)性能相對(duì)較差，影響了混凝土的整體強(qiáng)度。水灰比的減小有利于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，因?yàn)樗冶葴p小，水泥漿體的密實(shí)度增加，從而增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)不同配合比下混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試和分析，為確定滿足擴(kuò)體樁強(qiáng)度要求的配合比提供了重要依據(jù)。2.4.2抗拉強(qiáng)度測(cè)試采用劈裂抗拉試驗(yàn)方法測(cè)定碎磚廢玻璃骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度。按照標(biāo)準(zhǔn)制作尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，每組配合比同樣制作3組試件，每組3個(gè)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。試驗(yàn)時(shí)，將試件放在壓力試驗(yàn)機(jī)的下壓板上，在試件的上下表面與壓力機(jī)壓板之間墊以直徑為150mm的弧形墊塊和墊條，墊塊與墊條應(yīng)與試件的上下表面接觸均勻。以規(guī)定的加載速度均勻加載，加載速度與抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)相同。當(dāng)試件接近破壞時(shí)，密切觀察試件的變形情況，直至試件破壞，記錄破壞荷載。劈裂抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：f_{ts}=0.637F/A，其中f_{ts}為混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；F為試件破壞荷載，單位為N；A為試件劈裂面面積，單位為mm^2。混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之間存在一定的相關(guān)性，一般情況下，抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10-1/20。對(duì)于碎磚廢玻璃骨料混凝土，其抗拉強(qiáng)度同樣受到骨料摻量、水灰比等因素的影響。隨著碎磚骨料摻量的增加，抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是由于碎磚骨料的多孔結(jié)構(gòu)和較低的強(qiáng)度，使得混凝土內(nèi)部的薄弱部位增多，在承受拉力時(shí)更容易發(fā)生破壞。廢玻璃骨料摻量的增加也會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低，因?yàn)閺U玻璃與水泥漿體之間的粘結(jié)力較弱，在拉力作用下容易出現(xiàn)界面脫粘現(xiàn)象。水灰比增大，混凝土的抗拉強(qiáng)度會(huì)降低，因?yàn)樗冶仍龃螅酀{體的粘結(jié)性能變差，從而影響了混凝土的抗拉性能。通過(guò)對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的測(cè)試和分析，有助于全面了解碎磚廢玻璃骨料混凝土的力學(xué)性能，為擴(kuò)體樁的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供更準(zhǔn)確的力學(xué)參數(shù)。2.4.3彈性模量測(cè)試彈性模量是衡量混凝土在受力時(shí)抵抗彈性變形能力的重要指標(biāo)，對(duì)于擴(kuò)體樁的結(jié)構(gòu)性能分析具有重要意義。本研究采用靜態(tài)法測(cè)定碎磚廢玻璃骨料混凝土的彈性模量。制作尺寸為150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，每組配合比制作3組試件，每組3個(gè)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。試驗(yàn)前，在試件兩側(cè)的中軸線上粘貼電阻應(yīng)變片，用于測(cè)量試件在加載過(guò)程中的縱向應(yīng)變。將試件放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，先對(duì)試件進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)加載荷載為預(yù)計(jì)破壞荷載的10%，預(yù)加載3-5次，以消除試件與試驗(yàn)機(jī)之間的接觸不良等因素的影響。然后以規(guī)定的加載速度進(jìn)行正式加載，加載速度為0.3-0.5MPa/s。在加載過(guò)程中，記錄各級(jí)荷載下的應(yīng)變值，直至荷載達(dá)到預(yù)計(jì)破壞荷載的40%。根據(jù)虎克定律，彈性模量E_c按下式計(jì)算：E_c=\frac{\sigma_{0.4}-\sigma_{0.1}}{\varepsilon_{0.4}-\varepsilon_{0.1}}，其中\(zhòng)sigma_{0.4}和\sigma_{0.1}分別為0.4倍和0.1倍預(yù)計(jì)破壞荷載下的應(yīng)力值，單位為MPa；\varepsilon_{0.4}和\varepsilon_{0.1}分別為0.4倍和0.1倍預(yù)計(jì)破壞荷載下的縱向應(yīng)變值。彈性模量對(duì)擴(kuò)體樁的結(jié)構(gòu)性能有顯著影響。在擴(kuò)體樁承受豎向荷載時(shí)，彈性模量較大的混凝土能夠更好地抵抗變形，使樁身的變形較小，從而保證樁的承載能力和穩(wěn)定性。當(dāng)擴(kuò)體樁受到水平荷載作用時(shí)，彈性模量也會(huì)影響樁身的水平位移和內(nèi)力分布。如果彈性模量過(guò)小，樁身容易發(fā)生較大的變形，可能導(dǎo)致樁身破壞或影響建筑物的正常使用。對(duì)于碎磚廢玻璃骨料混凝土，其彈性模量受到骨料特性、配合比等因素的影響。碎磚骨料和廢玻璃骨料的彈性模量與天然骨料不同，它們的摻入可能會(huì)改變混凝土的彈性模量。通過(guò)合理調(diào)整配合比，如控制骨料摻量、優(yōu)化水灰比等，可以在一定程度上調(diào)節(jié)混凝土的彈性模量，以滿足擴(kuò)體樁的結(jié)構(gòu)性能要求。通過(guò)對(duì)彈性模量的測(cè)試和分析，為擴(kuò)體樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)性能分析提供了重要的參數(shù)依據(jù)。2.5耐久性測(cè)試2.5.1抗?jié)B性測(cè)試抗?jié)B性是衡量混凝土抵抗壓力水滲透能力的重要指標(biāo)，對(duì)于長(zhǎng)期處于地下水位以下或潮濕環(huán)境中的擴(kuò)體樁而言，混凝土的抗?jié)B性直接關(guān)系到其耐久性和使用壽命。本研究采用水壓試驗(yàn)法對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土的抗?jié)B性進(jìn)行測(cè)試。按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50082-2009，制作尺寸為上口直徑175mm、下口直徑185mm、高度為150mm的圓臺(tái)形試件。每組配合比制作6個(gè)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期。試驗(yàn)前，將試件擦拭干凈，用密封材料（如石蠟、黃油等）將試件側(cè)面密封，然后裝入抗?jié)B儀中，使試件的頂面與底面分別與抗?jié)B儀的進(jìn)水口和出水口相通。試驗(yàn)時(shí)，從0.1MPa開始施加水壓力，以后每隔8h增加0.1MPa水壓，直至有3個(gè)試件表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象為止，記錄此時(shí)的水壓力值。混凝土的抗?jié)B等級(jí)根據(jù)下式確定：P=10H-1，其中P為抗?jié)B等級(jí)，H為6個(gè)試件中3個(gè)試件滲水時(shí)的水壓力值，單位為MPa。研究結(jié)果表明，隨著碎磚骨料摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樗榇u骨料的多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其吸水率較高，在混凝土中形成了較多的連通孔隙，為水分的滲透提供了通道。而廢玻璃骨料摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響相對(duì)較小，但當(dāng)廢玻璃骨料摻量過(guò)高時(shí)，由于其與水泥漿體之間的粘結(jié)性較差，也會(huì)使混凝土的抗?jié)B性略有降低。水灰比是影響混凝土抗?jié)B性的關(guān)鍵因素之一，水灰比越大，混凝土中的孔隙率越大，抗?jié)B性越差。通過(guò)優(yōu)化配合比，如適當(dāng)降低水灰比、添加礦物摻合料（如粉煤灰、礦渣等），可以改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高其抗?jié)B性。在混凝土中摻入適量的粉煤灰，粉煤灰中的活性成分能夠與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成具有膠凝性的水化硅酸鈣等產(chǎn)物，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，從而提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性。2.5.2抗凍性測(cè)試抗凍性是混凝土在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能。對(duì)于寒冷地區(qū)的擴(kuò)體樁，混凝土的抗凍性是其耐久性的重要保障。本研究采用慢凍法對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土的抗凍性進(jìn)行測(cè)試。按照標(biāo)準(zhǔn)制作尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體試件，每組配合比制作3組試件，每組3個(gè)。試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d齡期后，將其放入15-20℃的水中浸泡4d，使試件飽水。抗凍試驗(yàn)在專門的凍融試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行，凍融循環(huán)制度為：在（-20±2）℃的條件下凍結(jié)4h，然后在（20±2）℃的水中融化4h，如此循環(huán)。每完成5次凍融循環(huán)，對(duì)試件進(jìn)行一次外觀檢查，觀察試件表面是否有剝落、裂縫等破壞現(xiàn)象，并測(cè)量試件的質(zhì)量和動(dòng)彈模量。動(dòng)彈模量采用共振法測(cè)定，通過(guò)測(cè)量試件在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的自振頻率，根據(jù)公式計(jì)算動(dòng)彈模量。混凝土的抗凍等級(jí)以同時(shí)滿足強(qiáng)度損失率不超過(guò)25%和質(zhì)量損失率不超過(guò)5%時(shí)的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)確定。例如，當(dāng)某組試件在經(jīng)過(guò)50次凍融循環(huán)后，強(qiáng)度損失率為23%，質(zhì)量損失率為4%，而在經(jīng)過(guò)55次凍融循環(huán)后，強(qiáng)度損失率達(dá)到26%，則該組試件的抗凍等級(jí)為F50。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，碎磚廢玻璃骨料混凝土的動(dòng)彈模量逐漸降低，質(zhì)量損失逐漸增大。碎磚骨料摻量較高時(shí)，混凝土的抗凍性較差，這是因?yàn)樗榇u骨料的多孔結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)過(guò)程中更容易吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而加速混凝土的破壞。廢玻璃骨料的摻入對(duì)混凝土抗凍性也有一定影響，由于廢玻璃的熱膨脹系數(shù)與水泥漿體不同，在凍融循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生界面應(yīng)力，影響混凝土的抗凍性能。水灰比的大小同樣對(duì)混凝土抗凍性有顯著影響，水灰比越小，混凝土的密實(shí)度越高，抗凍性越好。在混凝土中添加引氣劑，可以引入微小氣泡，這些氣泡在混凝土內(nèi)部形成緩沖空間，能夠緩解凍融循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，從而提高混凝土的抗凍性。2.5.3抗侵蝕性測(cè)試在實(shí)際工程中，擴(kuò)體樁可能會(huì)受到地下水、土壤中的化學(xué)物質(zhì)等侵蝕介質(zhì)的作用，因此混凝土的抗侵蝕性是評(píng)估其長(zhǎng)期耐久性的重要指標(biāo)。本研究主要考慮混凝土在硫酸鹽侵蝕和酸侵蝕環(huán)境下的性能變化。對(duì)于硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)，將養(yǎng)護(hù)至28d齡期的100mm×100mm×100mm立方體試件浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硫酸鈉溶液中，定期取出試件，測(cè)量其抗壓強(qiáng)度、質(zhì)量和外觀變化。隨著侵蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土中的水泥石與硫酸鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鈣礬石等膨脹性產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土出現(xiàn)裂縫、剝落等破壞現(xiàn)象，抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量也逐漸下降。在酸侵蝕試驗(yàn)中，將試件浸泡在pH值為3的鹽酸溶液中，同樣定期觀察試件的外觀和測(cè)量其性能變化。酸溶液會(huì)與混凝土中的水泥石發(fā)生中和反應(yīng)，溶解水泥石中的氫氧化鈣等成分，破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低，耐久性下降。研究發(fā)現(xiàn)，碎磚廢玻璃骨料混凝土的抗侵蝕性能與骨料摻量、水灰比以及礦物摻合料的摻量等因素密切相關(guān)。碎磚骨料和廢玻璃骨料的存在可能會(huì)改變混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，影響其抗侵蝕性能。例如，碎磚骨料的多孔結(jié)構(gòu)可能會(huì)使侵蝕介質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加速侵蝕過(guò)程。而廢玻璃骨料與水泥漿體之間的界面粘結(jié)情況也會(huì)對(duì)混凝土的抗侵蝕性產(chǎn)生影響。水灰比越大，混凝土的密實(shí)度越低，抗侵蝕性越差。通過(guò)摻加適量的礦物摻合料（如粉煤灰、礦渣等），可以改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，提高其抗侵蝕性。粉煤灰中的活性成分能夠與侵蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消耗侵蝕介質(zhì)，從而減輕侵蝕對(duì)混凝土的破壞。礦渣具有較高的活性，能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，提高混凝土的密實(shí)度，增強(qiáng)其抗侵蝕能力。三、碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁試驗(yàn)研究3.1擴(kuò)體樁模型設(shè)計(jì)與制作3.1.1模型設(shè)計(jì)依據(jù)本試驗(yàn)的擴(kuò)體樁模型設(shè)計(jì)主要依據(jù)實(shí)際工程中的常見工況以及試驗(yàn)設(shè)備的承載能力和空間限制。在實(shí)際工程中，擴(kuò)體樁常用于高層建筑、大型橋梁等對(duì)基礎(chǔ)承載能力要求較高的項(xiàng)目。考慮到試驗(yàn)條件的局限性，在保證模型能夠反映實(shí)際擴(kuò)體樁工作特性的前提下，對(duì)模型尺寸進(jìn)行了合理縮放。參考相關(guān)工程案例和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定模型樁的長(zhǎng)度為2m，樁身直徑為150mm，這一尺寸既能滿足試驗(yàn)設(shè)備的加載要求，又能較為真實(shí)地模擬實(shí)際樁身的受力情況。擴(kuò)體部分設(shè)置在樁身下部，擴(kuò)體直徑為300mm，擴(kuò)體長(zhǎng)度為500mm，該尺寸比例能夠有效體現(xiàn)擴(kuò)體樁通過(guò)擴(kuò)大樁身截面來(lái)提高承載能力的特點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面，預(yù)制芯樁采用C30混凝土制作，鋼筋配置根據(jù)樁身的受力計(jì)算確定，縱向鋼筋選用直徑為12mm的HRB400鋼筋，沿樁身均勻布置，箍筋采用直徑為8mm的HPB300鋼筋，間距為150mm。這種鋼筋配置能夠保證預(yù)制芯樁在承受豎向荷載和水平荷載時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體部分，其強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C20，這是因?yàn)閿U(kuò)體部分主要起到增加樁與土體接觸面積、提高樁側(cè)阻力和樁端阻力的作用，對(duì)強(qiáng)度的要求相對(duì)低于預(yù)制芯樁。同時(shí)，根據(jù)前期對(duì)碎磚廢玻璃骨料混凝土的性能研究結(jié)果，確定其配合比，以滿足擴(kuò)體部分對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的要求。3.1.2制作工藝預(yù)制芯樁的制作采用預(yù)制模具進(jìn)行。首先，將模具清理干凈并涂刷脫模劑，以保證芯樁表面光滑，便于脫模。然后，按照設(shè)計(jì)要求綁扎鋼筋骨架，確保鋼筋的位置準(zhǔn)確、間距均勻。在澆筑混凝土前，再次檢查鋼筋骨架的安裝情況，確保其牢固可靠。混凝土采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不少于2min，以保證混凝土的均勻性。將攪拌好的混凝土緩慢倒入模具中，采用插入式振搗器進(jìn)行振搗，振搗過(guò)程中要注意避免振搗棒觸碰鋼筋，確保混凝土的密實(shí)度。振搗完成后，用抹刀將芯樁表面抹平，使其平整度符合要求。將澆筑好的預(yù)制芯樁模具放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20±2℃，相對(duì)濕度為95%以上。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上時(shí)，方可進(jìn)行脫模。脫模后的預(yù)制芯樁要進(jìn)行外觀檢查，如有缺陷應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體部分的制作在預(yù)制芯樁制作完成后進(jìn)行。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，準(zhǔn)確稱取各種原材料，包括碎磚骨料、廢玻璃骨料、水泥、摻合料、外加劑和水等。為了保證混凝土的工作性能，在攪拌前，對(duì)碎磚骨料進(jìn)行預(yù)濕處理，以減少其在攪拌過(guò)程中對(duì)水分的吸收。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，先將水泥、摻合料、外加劑和水加入攪拌機(jī)中，攪拌均勻后，再加入砂、碎磚骨料和廢玻璃骨料，繼續(xù)攪拌3-5min，使各種原材料充分混合。攪拌過(guò)程中，要密切觀察混凝土的工作性能，如發(fā)現(xiàn)坍落度不符合要求，可適當(dāng)調(diào)整外加劑的摻量或水灰比。將攪拌好的碎磚廢玻璃骨料混凝土澆筑到預(yù)制芯樁的擴(kuò)體部位模具中，采用插入式振搗器和附著式振搗器相結(jié)合的方式進(jìn)行振搗，確保混凝土的密實(shí)度。振搗完成后，用抹刀將擴(kuò)體部分表面抹平，使其與預(yù)制芯樁表面銜接平整。同樣將澆筑好的擴(kuò)體樁模型放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件與預(yù)制芯樁相同。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，要定期對(duì)模型進(jìn)行檢查，觀察是否有裂縫、變形等缺陷，如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)的措施。三、碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁試驗(yàn)研究3.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案與實(shí)施3.2.1試驗(yàn)場(chǎng)地選擇與準(zhǔn)備試驗(yàn)場(chǎng)地選定在[具體地點(diǎn)]的一處待建建筑工地，該場(chǎng)地地質(zhì)條件具有一定的代表性。場(chǎng)地表層為雜填土，厚度約為1.5-2.0m，主要由建筑垃圾、生活垃圾和粘性土組成，結(jié)構(gòu)松散，均勻性較差。其下為粉質(zhì)黏土，厚度約為4-6m，呈可塑狀態(tài)，具有中等壓縮性，地基承載力特征值約為150kPa。再往下為粉砂層，厚度較大，顆粒較均勻，透水性較好，地基承載力特征值約為200kPa。在試驗(yàn)前，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了全面的前期處理和準(zhǔn)備工作。首先，清除場(chǎng)地內(nèi)的雜物、垃圾和障礙物，確保施工場(chǎng)地平整開闊，為后續(xù)的施工和測(cè)試工作提供良好的作業(yè)條件。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)試驗(yàn)樁位進(jìn)行精確測(cè)量放線，使用全站儀確定每個(gè)樁位的坐標(biāo)，并設(shè)置明顯的標(biāo)記，以保證樁位的準(zhǔn)確性。為了保證試驗(yàn)樁的施工質(zhì)量和測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)場(chǎng)地周圍設(shè)置了排水系統(tǒng)，以排除地表水和地下水對(duì)試驗(yàn)的影響。在場(chǎng)地周邊開挖了排水溝，將地表水引入附近的排水管網(wǎng)；對(duì)于地下水，采用井點(diǎn)降水的方法，在試驗(yàn)場(chǎng)地周圍布置若干井點(diǎn)，通過(guò)抽水降低地下水位，確保樁身施工在無(wú)水條件下進(jìn)行，避免因地下水浸泡導(dǎo)致樁身混凝土離析或強(qiáng)度降低等問(wèn)題。3.2.2試驗(yàn)儀器與設(shè)備在本次試驗(yàn)中，使用了多種高精度的測(cè)量?jī)x器和先進(jìn)的加載設(shè)備，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。測(cè)量?jī)x器方面，采用全站儀進(jìn)行樁位測(cè)量和樁身垂直度監(jiān)測(cè)。全站儀具有高精度的測(cè)角和測(cè)距功能，其測(cè)角精度可達(dá)±2″，測(cè)距精度可達(dá)±(2mm+2ppm×D)，其中D為測(cè)量距離。在樁位測(cè)量時(shí)，通過(guò)全站儀測(cè)量樁位的坐標(biāo)，與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，確保樁位偏差在允許范圍內(nèi)。在樁身垂直度監(jiān)測(cè)過(guò)程中，在樁身不同高度設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，利用全站儀測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算得出樁身的垂直度偏差。水準(zhǔn)儀用于測(cè)量樁頂標(biāo)高和地面沉降。水準(zhǔn)儀的精度為±0.5mm/km，能夠滿足試驗(yàn)對(duì)標(biāo)高測(cè)量的精度要求。在試驗(yàn)過(guò)程中，定期使用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁頂標(biāo)高，監(jiān)測(cè)樁身的沉降情況；同時(shí)，在試驗(yàn)場(chǎng)地周圍布置若干水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量地面沉降，分析樁身荷載對(duì)周圍土體的影響。鋼筋應(yīng)力計(jì)和土壓力盒用于測(cè)量樁身鋼筋應(yīng)力和樁周土壓力。鋼筋應(yīng)力計(jì)采用振弦式傳感器，精度為±0.1%F.S.，能夠準(zhǔn)確測(cè)量鋼筋的應(yīng)力變化。在預(yù)制芯樁鋼筋上安裝鋼筋應(yīng)力計(jì)，通過(guò)導(dǎo)線將信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樁身鋼筋在加載過(guò)程中的應(yīng)力變化。土壓力盒同樣采用振弦式傳感器，精度為±0.5%F.S.，在樁周不同深度和位置埋設(shè)土壓力盒，測(cè)量樁周土壓力的分布和變化情況。加載設(shè)備采用油壓千斤頂和反力架系統(tǒng)。油壓千斤頂?shù)念~定加載力為5000kN，精度為±1%F.S.，能夠滿足試驗(yàn)對(duì)加載力的要求。反力架系統(tǒng)由鋼梁、鋼柱和錨樁組成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受千斤頂施加的反力。在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)油泵向千斤頂供油，使千斤頂緩慢加載，逐級(jí)施加荷載至試驗(yàn)樁上，同時(shí)記錄荷載和位移數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集儀用于采集和記錄各種測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集儀具有高速采集、高精度測(cè)量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠?qū)崟r(shí)采集鋼筋應(yīng)力計(jì)、土壓力盒、位移傳感器等測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。3.2.3試驗(yàn)步驟與流程擴(kuò)體樁的現(xiàn)場(chǎng)施工、測(cè)試和數(shù)據(jù)采集嚴(yán)格按照以下步驟和流程進(jìn)行：施工準(zhǔn)備：在樁位測(cè)量放線完成后，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和檢查，確保設(shè)備運(yùn)行正常。準(zhǔn)備好施工所需的原材料，包括預(yù)制芯樁、碎磚廢玻璃骨料混凝土、鋼筋等，并對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其符合設(shè)計(jì)要求。成孔施工：采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行成孔施工。將鉆機(jī)移動(dòng)至樁位，調(diào)整鉆機(jī)垂直度，使鉆桿垂直于地面。啟動(dòng)鉆機(jī)，緩慢鉆進(jìn)，控制鉆進(jìn)速度和深度，確保成孔質(zhì)量。在鉆進(jìn)過(guò)程中，及時(shí)清理孔內(nèi)的泥土和雜物，防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn)，進(jìn)行清孔處理，使用空氣壓縮機(jī)將孔內(nèi)的泥土和雜物吹出，確保孔底沉渣厚度符合要求。預(yù)制芯樁植入：將預(yù)制好的芯樁吊運(yùn)至孔口，使用起重機(jī)將芯樁緩慢吊起，對(duì)準(zhǔn)孔位，然后將芯樁垂直插入孔內(nèi)。在插入過(guò)程中，注意控制芯樁的垂直度，避免芯樁傾斜或偏移。當(dāng)芯樁插入至設(shè)計(jì)深度后，固定芯樁位置，防止其移動(dòng)。碎磚廢玻璃骨料混凝土澆筑：在預(yù)制芯樁植入完成后，立即進(jìn)行碎磚廢玻璃骨料混凝土的澆筑。采用混凝土輸送泵將攪拌好的混凝土輸送至孔內(nèi)，澆筑過(guò)程中，使用插入式振搗器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，確保混凝土的密實(shí)度。振搗時(shí)，注意避免振搗棒觸碰芯樁鋼筋，防止鋼筋移位。澆筑至擴(kuò)體部位時(shí)，控制澆筑速度和高度，確保擴(kuò)體部分的尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求。澆筑完成后，對(duì)樁頂混凝土進(jìn)行抹平處理，使其表面平整。試驗(yàn)準(zhǔn)備：在混凝土澆筑完成后，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度（一般為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上），進(jìn)行試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。在樁頂安裝千斤頂和反力架系統(tǒng)，連接好油壓管路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在樁身不同高度和樁周不同位置安裝鋼筋應(yīng)力計(jì)、土壓力盒和位移傳感器等測(cè)量?jī)x器，并將傳感器的導(dǎo)線連接至數(shù)據(jù)采集儀。加載試驗(yàn)：采用慢速維持荷載法進(jìn)行加載試驗(yàn)。按照設(shè)計(jì)要求，逐級(jí)施加荷載，每級(jí)荷載增量為預(yù)估極限荷載的1/10-1/15。在每級(jí)荷載施加后，維持荷載穩(wěn)定，每隔5min記錄一次樁頂位移和樁身鋼筋應(yīng)力、樁周土壓力等數(shù)據(jù)。當(dāng)樁頂位移在連續(xù)兩個(gè)30min內(nèi)不超過(guò)0.1mm時(shí)，可施加下一級(jí)荷載。當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，可終止加載：樁頂沉降急劇增大，樁身出現(xiàn)明顯的傾斜或破壞；荷載-沉降曲線出現(xiàn)陡降段；某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量。數(shù)據(jù)采集與分析：在加載試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集和記錄各種測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制荷載-沉降曲線、鋼筋應(yīng)力-荷載曲線、土壓力-荷載曲線等，分析碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的承載性能、樁身受力特性和樁土相互作用特性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)估碎磚廢玻璃骨料混凝土作為擴(kuò)體樁材料的可行性和性能表現(xiàn)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。3.3試驗(yàn)結(jié)果與分析3.3.1豎向承載力分析通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中各級(jí)荷載作用下擴(kuò)體樁樁頂沉降數(shù)據(jù)的采集與整理，繪制出碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的豎向荷載-沉降曲線（Q-s曲線）。典型的Q-s曲線如圖1所示，從曲線走勢(shì)可以看出，在加載初期，樁頂沉降隨荷載的增加近似呈線性增長(zhǎng)，此時(shí)樁土之間主要表現(xiàn)為彈性變形，樁身材料和土體均處于彈性階段，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力隨著荷載的增加而逐漸發(fā)揮。當(dāng)荷載增加到一定程度后，Q-s曲線的斜率逐漸增大，樁頂沉降增長(zhǎng)速度加快，表明樁土之間的彈性狀態(tài)逐漸被破壞，樁側(cè)摩阻力開始部分發(fā)揮到極限，樁端阻力也相應(yīng)增大。隨著荷載的進(jìn)一步增加，樁頂沉降急劇增大，Q-s曲線出現(xiàn)明顯的陡降段，此時(shí)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力均已達(dá)到極限狀態(tài)，樁體發(fā)生破壞，無(wú)法繼續(xù)承載。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014，當(dāng)Q-s曲線無(wú)明顯陡降段時(shí)，取樁頂總沉降量為40mm所對(duì)應(yīng)的荷載作為單樁豎向抗壓承載力特征值；當(dāng)Q-s曲線有明顯陡降段時(shí)，取陡降段起始點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載作為單樁豎向抗壓極限承載力，然后將其除以安全系數(shù)2，得到單樁豎向抗壓承載力特征值。經(jīng)計(jì)算，本次試驗(yàn)中碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的豎向承載力特征值為[X]kN。與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，理論計(jì)算采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008中推薦的方法，考慮樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，計(jì)算公式如下：Q_{uk}=Q_{sk}+Q_{pk}=u\sum_{i=1}^{n}q_{sik}l_{i}+q_{pk}A_{p}其中，Q_{uk}為單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Q_{sk}為單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Q_{pk}為單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；u為樁身周長(zhǎng)（m）；n為樁側(cè)土的層數(shù)；q_{sik}為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；l_{i}為樁穿越第i層土的厚度（m）；q_{pk}為樁端土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；A_{p}為樁端面積（m^{2}）。計(jì)算得到的理論豎向承載力特征值為[X]kN，與試驗(yàn)值相比，兩者存在一定的差異。這主要是由于理論計(jì)算中采用的參數(shù)是基于經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范取值，而實(shí)際工程中的地質(zhì)條件、樁土相互作用等因素較為復(fù)雜，難以完全準(zhǔn)確地在理論計(jì)算中體現(xiàn)。例如，實(shí)際的樁側(cè)土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和樁端土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值可能會(huì)受到土層的不均勻性、施工擾動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致與理論取值存在偏差。但總體而言，試驗(yàn)值與理論值的相對(duì)誤差在合理范圍內(nèi)，表明理論計(jì)算方法在一定程度上能夠反映碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的豎向承載性能。3.3.2水平承載力分析在水平荷載作用下，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的變形和破壞模式呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。通過(guò)試驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)隨著水平荷載的逐漸增加，樁身首先發(fā)生水平位移，樁頂位移隨著荷載的增大而逐漸增大。當(dāng)水平荷載較小時(shí)，樁身的變形主要表現(xiàn)為彈性變形，樁身混凝土和鋼筋均處于彈性階段，樁身的應(yīng)力應(yīng)變分布較為均勻。隨著水平荷載的進(jìn)一步增加，樁身的變形逐漸增大，樁身混凝土開始出現(xiàn)裂縫，首先在樁身受拉一側(cè)的表面出現(xiàn)細(xì)微裂縫，隨著荷載的繼續(xù)增大，裂縫逐漸向樁身內(nèi)部延伸和擴(kuò)展。當(dāng)水平荷載達(dá)到一定程度時(shí)，樁身混凝土的裂縫開展較為嚴(yán)重，鋼筋開始屈服，樁身的變形急劇增大，樁體失去承載能力，發(fā)生破壞。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014中規(guī)定的方法確定水平臨界荷載和水平極限荷載。水平臨界荷載是指樁身混凝土應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載，此時(shí)樁身開始出現(xiàn)裂縫。水平極限荷載是指樁身破壞時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，得到本次試驗(yàn)中碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的水平臨界荷載為[X]kN，水平極限荷載為[X]kN。與傳統(tǒng)擴(kuò)體樁材料相比，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁在水平承載能力方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。由于碎磚和廢玻璃骨料的密度相對(duì)較小，使得混凝土的自重減輕，在相同水平荷載作用下，樁身所承受的彎矩相對(duì)較小，從而減小了樁身的變形和裂縫開展。同時(shí)，碎磚骨料的多孔結(jié)構(gòu)和廢玻璃骨料的表面特性，使得混凝土與樁周土體之間的粘結(jié)性能得到一定程度的改善，提高了樁側(cè)摩阻力對(duì)水平荷載的抵抗能力。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，還需要考慮碎磚廢玻璃骨料混凝土的耐久性和長(zhǎng)期性能對(duì)水平承載能力的影響。例如，在長(zhǎng)期的干濕循環(huán)和凍融循環(huán)作用下，混凝土的性能可能會(huì)發(fā)生劣化，從而影響樁的水平承載能力。因此，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要采取相應(yīng)的措施，如加強(qiáng)混凝土的防護(hù)、優(yōu)化配合比等，以確保碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的水平承載性能。3.3.3樁身應(yīng)力與應(yīng)變分布通過(guò)在樁身不同部位埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了擴(kuò)體樁在加載過(guò)程中的樁身應(yīng)力和應(yīng)變分布情況。在豎向荷載作用下，樁身軸力隨著深度的增加而逐漸減小，這是因?yàn)闃秱?cè)摩阻力沿樁身向上發(fā)揮，分擔(dān)了部分豎向荷載。在樁頂部位，軸力最大，隨著深度的增加，軸力逐漸減小，在樁端部位，軸力接近于零。樁身混凝土的壓應(yīng)力分布與軸力分布趨勢(shì)相似，在樁頂部位，混凝土壓應(yīng)力最大，隨著深度的增加，壓應(yīng)力逐漸減小。鋼筋的應(yīng)力分布也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，在樁頂部位，鋼筋應(yīng)力最大，隨著深度的增加，鋼筋應(yīng)力逐漸減小。在水平荷載作用下，樁身的應(yīng)力應(yīng)變分布較為復(fù)雜。樁身一側(cè)受拉，另一側(cè)受壓，受拉側(cè)的混凝土首先出現(xiàn)裂縫，鋼筋應(yīng)力逐漸增大，當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼筋開始屈服。受壓側(cè)的混凝土壓應(yīng)力逐漸增大，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度時(shí)，混凝土發(fā)生破壞。通過(guò)對(duì)不同水平荷載作用下樁身應(yīng)力應(yīng)變分布的分析，可以得到樁身的彎矩分布情況，彎矩最大值出現(xiàn)在樁身中部偏上的位置，隨著水平荷載的增加，彎矩最大值也逐漸增大。樁身應(yīng)力應(yīng)變分布與擴(kuò)體樁的承載性能密切相關(guān)。在豎向荷載作用下，樁身軸力和混凝土壓應(yīng)力的大小直接影響樁的豎向承載能力，如果樁身軸力或混凝土壓應(yīng)力超過(guò)材料的極限強(qiáng)度，樁體將發(fā)生破壞。在水平荷載作用下，樁身的彎矩和應(yīng)力分布情況決定了樁的水平承載能力和變形特性，如果樁身彎矩過(guò)大或應(yīng)力分布不均勻，樁身容易出現(xiàn)裂縫和破壞，從而降低樁的水平承載能力。因此，通過(guò)對(duì)樁身應(yīng)力應(yīng)變分布的研究，可以深入了解擴(kuò)體樁的受力機(jī)制，為擴(kuò)體樁的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。例如，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)樁身應(yīng)力應(yīng)變分布情況，合理調(diào)整鋼筋的配置和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，以提高擴(kuò)體樁的承載性能。3.3.4與傳統(tǒng)擴(kuò)體樁材料對(duì)比將碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁與傳統(tǒng)材料擴(kuò)體樁（如細(xì)石混凝土擴(kuò)體樁、水泥土擴(kuò)體樁）的性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁在多個(gè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在材料成本方面，碎磚和廢玻璃作為建筑垃圾，來(lái)源廣泛且成本低廉。相較于傳統(tǒng)的細(xì)石混凝土擴(kuò)體樁，由于減少了對(duì)天然砂石等昂貴骨料的依賴，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的材料成本可降低約[X]%。水泥土擴(kuò)體樁雖然水泥用量相對(duì)較少，但強(qiáng)度較低，在滿足相同承載要求時(shí)，可能需要增加樁的數(shù)量或尺寸，從而增加了總體成本。而碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁在保證強(qiáng)度的前提下，有效降低了材料成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比。從工作性能來(lái)看，碎磚廢玻璃骨料混凝土的流動(dòng)性較好，坍落度和擴(kuò)展度能夠滿足擴(kuò)體樁的施工要求。與細(xì)石混凝土相比，其較小的骨料粒徑和接近球形的形狀，使得混凝土在澆筑過(guò)程中更容易流動(dòng)和填充，減少了施工過(guò)程中出現(xiàn)堵塞和離析的風(fēng)險(xiǎn)。水泥土的流動(dòng)性較差，施工時(shí)需要較大的施工設(shè)備和施工力量，且成型質(zhì)量較難控制。碎磚廢玻璃骨料混凝土在工作性能方面的優(yōu)勢(shì)，有助于提高擴(kuò)體樁的施工效率和施工質(zhì)量。在承載性能上，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的豎向和水平承載能力與傳統(tǒng)細(xì)石混凝土擴(kuò)體樁相當(dāng)。在豎向承載方面，通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)和擴(kuò)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端阻力，滿足工程對(duì)豎向承載的要求。在水平承載方面，如前文所述，其較輕的自重和較好的樁土粘結(jié)性能，使其在水平荷載作用下具有一定的優(yōu)勢(shì)。而水泥土擴(kuò)體樁由于強(qiáng)度較低，在承載性能上相對(duì)較弱，尤其是在承受較大荷載時(shí)，容易發(fā)生破壞，限制了其應(yīng)用范圍。然而，碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁也存在一些不足之處。在耐久性方面，由于碎磚骨料的多孔結(jié)構(gòu)和廢玻璃骨料可能引發(fā)的堿-硅反應(yīng)，其抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性相對(duì)傳統(tǒng)細(xì)石混凝土擴(kuò)體樁可能稍差。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如增加混凝土的保護(hù)層厚度、添加抗侵蝕外加劑等，以確保其耐久性滿足工程要求。此外，碎磚廢玻璃骨料混凝土的制備和質(zhì)量控制相對(duì)傳統(tǒng)材料更為復(fù)雜，需要對(duì)原材料的預(yù)處理、配合比設(shè)計(jì)和施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證混凝土的性能穩(wěn)定。四、碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁數(shù)值模擬4.1數(shù)值模擬模型建立4.1.1模型假設(shè)與簡(jiǎn)化為了確保數(shù)值模擬的高效性與可行性，在建立碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁數(shù)值模型時(shí)，進(jìn)行了一系列合理的假設(shè)與簡(jiǎn)化處理。在幾何形狀方面，將擴(kuò)體樁的樁身簡(jiǎn)化為圓柱體，擴(kuò)體部分簡(jiǎn)化為等直徑的圓柱體或圓錐臺(tái)，忽略樁身表面的微小凹凸和加工誤差，以及擴(kuò)體部分與樁身連接處的過(guò)渡圓角等細(xì)節(jié)。這樣的簡(jiǎn)化處理既能夠突出擴(kuò)體樁的主要幾何特征，又能大大減少模型的復(fù)雜度，提高計(jì)算效率。同時(shí)，假設(shè)樁身和擴(kuò)體部分的中軸線重合，保證模型在受力分析時(shí)的對(duì)稱性，便于后續(xù)的計(jì)算和分析。對(duì)于材料特性，假設(shè)碎磚廢玻璃骨料混凝土和預(yù)制芯樁混凝土均為均勻、連續(xù)、各向同性的材料，忽略材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的差異和不均勻性。盡管實(shí)際的混凝土材料內(nèi)部存在骨料、水泥漿體、界面過(guò)渡區(qū)等不同組成部分，且各部分的力學(xué)性能存在差異，但在宏觀尺度的數(shù)值模擬中，這種均勻化假設(shè)能夠在一定程度上反映材料的整體力學(xué)行為。此外，假設(shè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)良好，不存在相對(duì)滑移，將鋼筋與混凝土視為一個(gè)整體進(jìn)行分析。在實(shí)際工程中，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能有重要影響，但為了簡(jiǎn)化模型，在本次模擬中暫不考慮粘結(jié)失效和相對(duì)滑移的情況。邊界條件的簡(jiǎn)化是數(shù)值模擬中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在豎向荷載作用下，將樁底邊界設(shè)置為固定約束，限制樁底在豎向和水平方向的位移，模擬樁底與地基土的緊密接觸。樁側(cè)邊界根據(jù)實(shí)際情況，采用自由邊界或彈性約束邊界。當(dāng)考慮樁土相互作用時(shí)，采用彈性約束邊界，通過(guò)彈簧單元模擬樁周土對(duì)樁身的約束作用，彈簧的剛度根據(jù)樁周土的性質(zhì)和分布情況進(jìn)行取值。在水平荷載作用下，除了樁底固定約束外，在樁頂施加水平方向的位移荷載或力荷載，模擬實(shí)際工程中擴(kuò)體樁受到的水平力作用。同時(shí)，為了避免模型在水平方向的剛體位移，在樁身一定深度處設(shè)置水平約束，限制樁身的水平位移。4.1.2材料本構(gòu)模型選擇在數(shù)值模擬中，材料本構(gòu)模型的選擇直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)于碎磚廢玻璃骨料混凝土和預(yù)制芯樁混凝土，選用塑性損傷模型（PlasticDamageModel）來(lái)描述其力學(xué)行為。該模型能夠較好地考慮混凝土在受力過(guò)程中的非線性特性，包括彈性階段、塑性階段和損傷演化過(guò)程。在彈性階段，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，混凝土進(jìn)入塑性階段，發(fā)生不可逆的塑性變形；隨著荷載的繼續(xù)增加，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，損傷逐漸演化，導(dǎo)致材料的剛度和強(qiáng)度逐漸降低。塑性損傷模型通過(guò)引入損傷變量來(lái)描述混凝土的損傷程度，損傷變量與混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)相關(guān)，能夠準(zhǔn)確地反映混凝土在不同受力階段的力學(xué)性能變化。對(duì)于鋼筋，采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（BilinearKinematicHardeningModel）。該模型將鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)化為彈性階段和塑性階段，在彈性階段，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，彈性模量為E；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度f(wàn)y后，鋼筋進(jìn)入塑性階段，應(yīng)力不再增加，而應(yīng)變繼續(xù)增大，且屈服強(qiáng)度隨塑性應(yīng)變的增加而線性強(qiáng)化。雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型能夠較好地模擬鋼筋在受力過(guò)程中的屈服和強(qiáng)化行為，且計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬。選擇這些本構(gòu)模型的依據(jù)主要是基于對(duì)材料力學(xué)性能的理解和相關(guān)研究成果的驗(yàn)證。塑性損傷模型在混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬中得到了廣泛應(yīng)用，通過(guò)與大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，證明了其能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)混凝土在不同荷載條件下的力學(xué)響應(yīng)，包括抗壓、抗拉、抗剪等性能。雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型則能夠合理地描述鋼筋的基本力學(xué)特性，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析中具有較高的精度和可靠性。同時(shí)，考慮到碎磚廢玻璃骨料混凝土的特殊組成和性能，塑性損傷模型能夠較好地適應(yīng)其非線性力學(xué)行為，為準(zhǔn)確模擬擴(kuò)體樁的受力性能提供了有力的支持。4.1.3網(wǎng)格劃分與參數(shù)設(shè)置網(wǎng)格劃分是數(shù)值模擬中的重要步驟，其質(zhì)量直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。在建立擴(kuò)體樁數(shù)值模型時(shí)，采用四面體單元對(duì)樁身、擴(kuò)體部分和樁周土體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。四面體單元具有良好的適應(yīng)性，能夠較好地?cái)M合復(fù)雜的幾何形狀，且在計(jì)算過(guò)程中具有較高的精度。為了提高計(jì)算精度，在樁身和擴(kuò)體部分采用較細(xì)的網(wǎng)格劃分，以準(zhǔn)確捕捉結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布。在樁周土體中，根據(jù)距離樁身的遠(yuǎn)近，采用不同的網(wǎng)格尺寸。靠近樁身的區(qū)域，由于樁土相互作用較為強(qiáng)烈，應(yīng)力應(yīng)變變化較大，采用較細(xì)的網(wǎng)格；而遠(yuǎn)離樁身的區(qū)域，應(yīng)力應(yīng)變變化相對(duì)較小，采用較粗的網(wǎng)格。這種漸變的網(wǎng)格劃分方式既能保證計(jì)算精度，又能有效減少計(jì)算量。在網(wǎng)格劃分過(guò)程中，還需要設(shè)置一些相關(guān)參數(shù)，如網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)格增長(zhǎng)率等。網(wǎng)格尺寸的大小根據(jù)模型的幾何尺寸和計(jì)算精度要求來(lái)確定，一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格尺寸越小，計(jì)算精度越高，但計(jì)算量也會(huì)相應(yīng)增加。通過(guò)多次試算和對(duì)比分析，確定在樁身和擴(kuò)體部分，網(wǎng)格尺寸為[X]mm；在樁周土體靠近樁身的區(qū)域，網(wǎng)格尺寸為[X]mm，隨著距離樁身的增加，網(wǎng)格尺寸按照一定的增長(zhǎng)率逐漸增大，增長(zhǎng)率設(shè)置為[X]。除了網(wǎng)格劃分參數(shù)外，還需要設(shè)置材料參數(shù)、荷載參數(shù)和邊界條件參數(shù)等。材料參數(shù)包括混凝土和鋼筋的彈性模量、泊松比、密度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等，這些參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。荷載參數(shù)根據(jù)實(shí)際工程中的荷載情況進(jìn)行設(shè)置，包括豎向荷載和水平荷載的大小、加載方式和加載時(shí)間歷程等。邊界條件參數(shù)則根據(jù)模型假設(shè)與簡(jiǎn)化部分確定的邊界條件進(jìn)行設(shè)置，如樁底固定約束的約束類型和約束范圍，樁側(cè)彈性約束邊界的彈簧剛度等。通過(guò)合理的網(wǎng)格劃分和參數(shù)設(shè)置，能夠建立準(zhǔn)確、高效的碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁數(shù)值模型，為后續(xù)的數(shù)值模擬分析提供可靠的基礎(chǔ)。四、碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁數(shù)值模擬4.2模擬結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證4.2.1模擬結(jié)果分析通過(guò)數(shù)值模擬，得到了碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁在豎向和水平荷載作用下的承載性能以及樁身應(yīng)力應(yīng)變分布等關(guān)鍵結(jié)果。在豎向荷載作用下，模擬結(jié)果清晰地展示了樁身軸力、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化規(guī)律。隨著荷載的逐漸增加，樁身軸力從樁頂開始逐漸向下傳遞，在樁身下部，由于擴(kuò)體部分的存在，樁側(cè)摩阻力顯著增大，樁端阻力也相應(yīng)提高。這是因?yàn)閿U(kuò)體部分增大了樁與土體的接觸面積，使得樁側(cè)土對(duì)樁身的摩擦力得以充分發(fā)揮，同時(shí)也增加了樁端的承載面積，提高了樁端阻力。模擬結(jié)果還顯示，在彈性階段，樁身軸力與荷載呈線性關(guān)系；當(dāng)荷載超過(guò)一定值后，樁身進(jìn)入彈塑性階段，軸力增長(zhǎng)速度逐漸變緩，樁側(cè)摩阻力開始部分發(fā)揮到極限。在水平荷載作用下，模擬結(jié)果表明，樁身的水平位移隨著荷載的增加而逐漸增大，且位移沿樁身高度呈非線性分布。樁身彎矩在樁頂和樁身中部出現(xiàn)較大值，這是由于樁頂直接承受水平荷載，而樁身中部受到樁身變形和土體約束的共同作用。隨著水平荷載的增加，樁身混凝土首先在受拉側(cè)出現(xiàn)裂縫，隨后裂縫逐漸向受壓側(cè)擴(kuò)展，鋼筋應(yīng)力也逐漸增大，當(dāng)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，樁身的承載能力接近極限。樁身應(yīng)力應(yīng)變分布方面，模擬結(jié)果顯示，在豎向荷載作用下，樁身混凝土主要承受壓應(yīng)力，且壓應(yīng)力在樁頂處最大，隨著深度的增加逐漸減小。鋼筋則主要承受拉應(yīng)力，其應(yīng)力分布與樁身軸力分布相關(guān)，在樁頂處鋼筋應(yīng)力最大。在水平荷載作用下，樁身一側(cè)受拉，另一側(cè)受壓，受拉側(cè)混凝土的拉應(yīng)力隨著荷載的增加而增大，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土出現(xiàn)裂縫。受壓側(cè)混凝土的壓應(yīng)力也逐漸增大，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度時(shí)，混凝土發(fā)生破壞。通過(guò)對(duì)樁身應(yīng)力應(yīng)變分布的模擬分析，可以深入了解擴(kuò)體樁在不同荷載工況下的受力機(jī)制，為樁的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。4.2.2與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，以驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和有效性。在豎向承載力方面，模擬得到的豎向荷載-沉降曲線與試驗(yàn)曲線走勢(shì)基本一致。在加載初期，模擬曲線和試驗(yàn)曲線都呈現(xiàn)出近似線性的增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明樁土處于彈性階段。隨著荷載的增加，兩條曲線的斜率逐漸增大，反映出樁身的非線性變形逐漸加劇。當(dāng)荷載達(dá)到一定程度后，模擬曲線和試驗(yàn)曲線都出現(xiàn)了陡降段，對(duì)應(yīng)著樁體的破壞。通過(guò)對(duì)比模擬得到的豎向承載力特征值與試驗(yàn)值，發(fā)現(xiàn)兩者的相對(duì)誤差在[X]%以內(nèi)，說(shuō)明數(shù)值模擬能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)碎磚廢玻璃骨料混凝土擴(kuò)體樁的豎向承載性能。在水平承載力方面，模擬得到的水平荷載-位移曲線與試驗(yàn)曲線也具有較好的一致性。模擬曲線能夠較好地反映出樁身水平位移隨著荷載增加而逐漸增大的趨勢(shì)，以及在不同荷載階段樁身的變形特性。對(duì)比模擬得到的水平臨界荷載和水平極限荷載與試驗(yàn)值，相對(duì)誤差分別在[X]%和[X]%以內(nèi)，表明數(shù)值模擬在預(yù)測(cè)擴(kuò)體樁水平承載性能方面也具有較高的準(zhǔn)確性。樁身應(yīng)力應(yīng)變分布的對(duì)比結(jié)果顯示，模擬值與試驗(yàn)值在變化趨勢(shì)上基本相符。在豎向荷載作用下，模擬得到的樁身軸力、混凝土壓應(yīng)力和鋼筋拉應(yīng)力的分布規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果一致，在樁頂處應(yīng)力最大，隨著深度的增加逐漸減小。在水平荷載作用下，模擬得到的樁身彎矩、混凝土拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的分布與試驗(yàn)結(jié)果也較為吻合，能夠準(zhǔn)確地反映出樁身的受力狀態(tài)。盡管數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果總體上較為吻合，但仍存在一定的差異。這主要是由于實(shí)際工程中的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，土層的不均勻性、地下水的影響以及施工過(guò)程中的不確定性等因素，難以在數(shù)值模型中完全準(zhǔn)確地體現(xiàn)。此外，數(shù)值模型中的材料本構(gòu)模型和參數(shù)取值雖然基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)理論，但仍存在一定的簡(jiǎn)化和近似，這也可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的偏差。針對(duì)這些差異，在后續(xù)的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)值模型，考慮更多的實(shí)際因素，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行更詳細(xì)的勘察和測(cè)試，獲取更準(zhǔn)確的土層參數(shù)；采用更復(fù)雜的材料本構(gòu)模型，考慮材料的非線性特性和損傷演化過(guò)程；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行實(shí)時(shí)修正和驗(yàn)證，以提高模擬結(jié)果的精度。4.3影響因素敏感性分析4.3.1骨料摻量對(duì)樁性能影響通過(guò)數(shù)值模擬，系統(tǒng)地研究了碎磚和廢玻璃骨料摻量對(duì)擴(kuò)體樁承載性能和變形特性的影響規(guī)律。在模擬過(guò)程中，保持其他參數(shù)不變，僅改變碎磚和廢玻璃骨料的摻量，分別設(shè)置碎磚骨料摻量為0%、25%、50%、75%、100%，廢玻璃骨料摻量為0%、25%、50%、75%、100%，進(jìn)行多組數(shù)值模擬分析。隨著碎磚骨料摻量的增加，擴(kuò)體樁的豎向承載力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)碎磚骨料摻量在25%-50%范圍內(nèi)時(shí)，豎向承載力有所提高。這是因?yàn)檫m量的碎磚骨料能夠填充混凝土內(nèi)部的孔隙，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使樁身材料的密實(shí)度增加，從而提高了樁側(cè)摩阻力和樁端阻力。然而，當(dāng)碎磚骨料摻量超過(guò)50%后，由于碎磚骨料自身強(qiáng)度較低，過(guò)多的碎磚骨料會(huì)成為混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致樁身材料的強(qiáng)度降低，進(jìn)而使豎向承載力下降。在水平承載力方面，隨著碎磚骨料摻量的增加，擴(kuò)體樁的水平承載力逐漸降低。這是因?yàn)樗榇u骨料的多孔結(jié)構(gòu)使其彈性模量相對(duì)較低，隨著