规范讲课嵌岩桩

1、2019/1/18,桥梁嵌岩桩承载力研究,Southeast University,龚维明 教授,2019年1月18日,土木工程学院,2019/1/18,1.前言,传统观念一直把嵌岩桩作为端承桩来设计，完全不考虑其桩侧阻力。 大量的实测资料表明，嵌岩桩即使是在无覆盖层条件下或长径比L/d5的短桩，也并非一律是端承桩。 忽视上覆土层侧摩阻力和嵌岩段岩层侧摩阻力，把桩端嵌入微风化程度以上的基岩，套用规范盲目加深嵌岩深度或扩大桩端尺寸，无助于调动基岩的承载能力，却造成浪费并增加施工的难度。,2019/1/18,1.前言,随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽视，有时甚至成为平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩擦桩或端承摩擦桩。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚，导致了设计人员设计过于保守。,2019/1/18,2.嵌岩桩的定义,岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化5个等级。 国外学者多认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩体的风化程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩。 国内：建筑桩基

2、技术规范规定桩端嵌入中等风化程度以上岩层的桩称之为嵌岩桩。 公路桥涵地基与基础设计规范隐含的定义是：桩端嵌入微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。 本研究认为：桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称其为嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。,2019/1/18,3.嵌岩桩承载力的现行计算方法,建筑地基基础设计规范规定当桩端嵌入“完整及较完整的硬质岩”中时，按下式估算承载力：,1)只计桩端阻力,规定“桩周边嵌岩最小深度为0.5m”以确保桩端与岩体面接触。 对于嵌入破碎岩和软质岩石中的桩，单桩竖向承载力按摩擦桩计算。,2019/1/18,公路桥涵地基与基础设计规范对单桩容许承载力按下式计算：,2）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力,hr桩嵌入基岩深度，不包括风化层； Ra岩石天然湿度的单轴抗压强度; c1、c2 根据清孔情况、岩石破碎程度定的系数,2019/1/18,铁路桥涵设计规范规定，嵌入新鲜岩石层内的桩轴向容许承载力：,R岩石试块单轴极限强度； h自新鲜岩面（平均高程）算起的嵌入深度； c1、c2据岩石层破碎程度和清孔情况规定。,2019/1/18,建筑桩基技术规范（征求意见稿） 按下

3、式计算：,3）考虑土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力,2019/1/18,4.嵌岩桩承载力计算方法,通过151根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法 单桩轴向受压承载力容许值（kN）。 桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用； 桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积 :,2019/1/18,桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当小于2MPa时按摩擦桩计算； 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用； 各土层或各岩层部分的桩身周长（m）； 桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层； m 岩层的层数，不包括强风化层和全风化层； 覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 确定：当2MPa 30MPa时， ；,2019/1/18,各土层的厚度（m）； 桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻（挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规

4、范表5.3.3-4选用； n 土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。,2019/1/18,嵌岩桩上覆土层侧阻力值Qs采用下式表示：,1）土层侧阻系数分析,qsk土层极限侧阻力标准值的加权平均值；qsik第i层土的极限侧阻力标准值； hs土层厚度； U嵌岩桩穿越土层部分的截面周长。,2019/1/18,上覆土层发挥系数s采用下式计算：,嵌岩桩上覆土层侧阻力由土层极限侧阻力和发挥系数决定。 土层极限侧阻力通常有勘察报告提供。 土层侧阻发挥系数受桩长、桩径、成桩工艺响。,2019/1/18,（1）挖孔嵌岩桩 依据29根试桩,可求得具有95%保证率的土层侧 阻系数,2019/1/18,（2）钻孔嵌岩桩 依据软岩嵌岩桩26根试桩，可求得具有95%保证率的土层侧阻系数,依据硬岩嵌岩桩7根试桩，可求得具有95%保证率的土层侧阻系数,2019/1/18,由上述计算结果，可以保守估计覆盖土层的侧阻力发挥系数； 当Ra15MPa时， s=0.8； 当Ra1530时， s=0.5； 当Ra 30MPa时， s=0.2。,2019/1/18,参照公路桥涵地基与基础设计规范采用相同的系数c1和c2,2）嵌岩

5、段侧阻和端阻系数分析,2019/1/18,注：（1）当入岩深度小于或等于0.5m时， 乘以0.75的折减系数， 0； （2）对于钻孔桩，系数 、 值应降低20采用；桩端沉渣厚度t应满足以下要求：d 1.5m时，t 50mm；d 1.5m时，t 100mm； （3）对于中风化层作为持力层的情况， 、 应分别乘以0.75的折减系数。,2019/1/18,5.结论,结合国内外研究资料可以认为： 1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。,2019/1/18,二、支承在基岩上或嵌入基岩内桩的受压承载力容许值计算,资料：安阳地区通化大桥Sz2号采用钻孔灌注桩试桩，桩径为1m，桩长60.5m，桩身混凝土强度等级C40，地质情况为：淤泥质土，埋深0-39.7m；粉质粘土，埋深-39.7-59m；全、强风化基岩，中风化凝灰岩。桩嵌岩持力层为中风化凝灰岩，岩层较完整，深度1.5m，岩石饱和单轴抗压强度标准值10MPa。,2019

6、/1/18,计算公式 上述公式中参数取值如下： 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，查表取 。 为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，查表取 。,2019/1/18,为桩嵌入各岩层部分的厚度（m），取1.5m，不包括强风化层和全风化层。 为岩石饱和单轴抗压强度标准值取10，粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当 小于2MPa时按摩擦桩计算。 为覆盖层土的侧阻力发挥系数，由于2MPa 10MPa15MPa，取0.8。 为各土层的厚度，本例分别取39.7m,20.9m；实际工程中应严格取承台底面或局部冲刷线以下的土层厚度。,2019/1/18,为桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力试验值。由于无试验条件时，钻（挖）孔桩按表选用，土层取20 kPa，土层取55kPa。 结合上述参数可以求解嵌岩钻孔桩单桩承载力如下： * 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。,2019/1/18,三、当河床岩层有冲刷时，桩基嵌入基岩的有效深度计算,资料：宁川某水文站超声波水位计水位塔基础圆形灌注桩打在岩石上时，为保证水位计的安全，需对桩基入岩深度进行有效计算。 书中采用的计算公式,2019/1/18,为在基岩顶面处的弯矩（kNm），本例中取600 kNm 。 为岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，本例取4000kPa。 d为桩身直径，取 0.8m。 为系数， 0.51.0，根据岩层侧面构造而定，节理发育的取小值；节理不发育的取大值。本例中岩层发育较好取0.5。,2019/1/18,结合上述参数可以求解灌注桩有效嵌固深度：,

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