浅析嵌岩端承桩桩底冲切问题.docx

          浅析嵌岩端承桩桩底冲切问题                    摘 要：嵌岩桩是工程中普遍使用的一种桩型，桩基规范的强条对持力层岩层厚度及性能有着明确要求，导致桩底冲切问题容易被忽略本文详细介绍了嵌岩桩桩底持力层的要求，并利用基础冲切的计算方法来计算桩底冲切问题结合工程实例对桩底冲切问题进行探讨关键词：嵌岩桩；冲切破坏；基础冲切；单桩静载试验1 引言随着经济高速发展，建筑、桥梁、立交等工程难度、规模越来越大不同地质条件对桩基工程的挑战也急剧增加嵌岩桩是岩石地区经常用到的地基形式其持力层的性状、深度直接决定着嵌岩桩单桩承载力的大小规范规定嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面当桩底持力层厚度不满足要求时，冲切破坏成为影响桩基承载力的主要问题本文就桩底持力层冲切破坏结合工程实例进行探讨2规范中关于嵌岩桩的规定《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.2.6对于完整、较完整、较破碎的岩石地基承载力特征值可按本规范附录H岩基载荷试验方法确定；对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。

对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：fa=ψr·frk (5.2.6)式中：fa——岩石地基承载力特征值(kPa)；frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），可按本规范附录J确定；ψr——折减系数根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地方经验确定无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取0.1～0.2注: ①上述折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的继续；②对于粘土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理关于桩底岩层厚度规范描述如下：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第“8.5.6.6嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面当桩端无沉渣时，桩端岩石承载力特征值应根据岩石饱和单轴抗压强度标准值按本规范5.2.6条确定，或按本规范附录H用岩基载荷试验确定3 桩底冲切破坏的分析规范及相关设计要求针对桩端抗冲切验算并未做出明确要求，鉴于工程特殊性，对嵌岩桩桩端抗冲切进行简化计算，供参考。

从表1可以看出，桩底的冲切问题和基础的冲切问题，材料到荷载都基本类似，可以将桩底的冲切问题近似看为基础的冲切问题由《地基基础设计规范》8.2.8得柱下独立基础受冲切承载力按下式验算：（1）式中： 为受冲切承载力截面高度影响系数，取1.0；为岩体轴心抗拉强度；为冲切面最不利一侧计算长度， ， ；为基础抗冲切有效高度得出： （2）4实例分析4.1工程概况工程采用冲孔灌注桩，有效桩长范围9.443～11.333米,以桩尖进入持力层⑦层中风化玄武岩深≥500mm为控制指标，原设计桩径700mm，单桩竖向承载力特征值Ra为4500KN；原设计桩径900mm，单桩竖向承载力特征值Ra为8000KN 受项目部委托，检测单位进行单桩竖向承载力试验，用来确定工程桩基承载力其中桩径700mm的3根试验桩达到设计要求，单桩试验极限承载力为9000KN；Φ900㎜工程桩试验结果：3根试验极限承载力满足设计极限荷载16000 kN要求；5根桩试验极限荷载不满足设计荷载要求依据试桩结果，设计方对原有直径为900mm的桩的单桩极限承载力取值降低，并进行补桩勘察单位对不合格桩进行了补充钻探4.2工程地质本次勘察查明，在勘探55.10m深度范围内，场地地层为第四系全新统海相沉积土（Q4m）、第四系上更新统喷发岩（βQ3）及残积土（Qel）、第四系下更新统海陆相沉积土（Q1mc）和上第三系海相沉积土（N2m）。

根据地层岩性特征和沉积新老关系从上而下划分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩共十个工程地质层分述如下：①层细砂(Q4m)：分布全场地黄、灰黄色，局部底部为浅灰色，干～饱和，松散～稍密状石英质，次圆状，主要由细粒组成，次为粗中粒、粉粒，粘粒含量<3%层底埋深6.10～9.20m,平均值7.05m；层厚6.10～9.20m,平均值7.05m②层淤泥质粘土(Q4m)：深灰、灰黑色，流塑～软塑状，主要成份为粉粒、粘粒，含有机质，局部地段含较多石英砂粒，微且嗅味层底埋深7.00～9.30m,平均值7.97m；层厚0.70～2.30m，平均值1.20m③层砾砂(Q4m)：分布全场地黄、灰黄色，局部顶部夹浅灰色，饱和，中密状为主层底埋深9.50～14.80m,平均值12.54m；层厚0.70～7.20m，平均值4.60m④层粘土(Q4m)：分布全场地灰色，流塑状，局部软塑状，由粉粒、粘粒组成，较纯层底埋深12.10～18.10m,平均值15.95m；层厚1.40～6.80m，平均值3.42m⑤层粉质粘土(Qel)：为玄武岩残积土层底埋深15.50～15.50m,平均值17.28m；层厚0.70～1.90m，平均值1.21m。

⑥层强风化玄武岩（βQ3）：部分孔有揭露，灰、褐灰色，隐晶质结构，气孔状构造主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石气孔、裂隙发育，岩芯破碎，多呈块状，少量短柱状，局部夹较多风化土，RQD=0-10层底埋深15.50～17.60m,平均值16.59m；层厚0.80～2.20m，平均值1.18m⑦层中等风化玄武岩（βQ3）：分布全场地灰色，隐晶质结构，气孔-微孔状构造主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石等，裂隙稍发育，岩芯较完整，局部破碎，多呈短柱状、块状，少量长柱状，岩芯长8-100cm，岩石较硬RQD=40-70局部底部夹20-40cm强风化凝灰岩层底埋深19.30～22.00m,平均值20.27m；层厚1.60～5.30m，平均值3.62m孔深为20.00m孔未揭穿⑧层中砂（Q1mc）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到浅灰黄、浅绿黄色，饱和，中密状为主，石英质，次圆状；揭露层厚3.00～7.10m，平均值5.19m孔深为25.00m孔未揭穿⑨层粘土（Q1mc）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到浅灰黄、浅黄、绿灰色，可塑～硬塑状，；揭露层底埋深26.60～31.10m,平均值28.86m；揭露层厚1.30～5.80m，平均值3.23m。

⑩层粉质粘土（N2m）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到揭露最大厚度28.50m本次钻探未揭穿4.3原因分析4.3.1桩端持力层（1）不合格桩临近勘察孔地勘描述施工前勘察报告：第七层中风化玄武岩描述为灰色，隐晶质结构，气孔-微孔状构造主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石等，裂隙稍发育，岩芯较完整，局部破碎，多呈短柱状、块状，少量长柱状，岩芯长8-100cm，岩石较硬RQD=40-70层厚1.60～5.30m，平均值3.62m局部底部夹20-40cm强风化凝灰岩层厚1.60～5.30m，平均值3.62m成桩后钻探说明：第七层中等风化玄武岩描述为，灰黑色，粗粒结构，块状构造，矿物成分为石英、长石、云母等岩芯多呈短柱状，长度3～50cm，裂隙极发育，岩体极破碎，RQD=0-50,岩石质量指标为极差的～差的层厚1.70～4.50m，平均值2.92m第7-1层强风化凝灰岩，灰黑色，细粒结构，层状构造岩芯多呈破碎，长度2～56cmRQD=0，岩石质量指标为极差的，层厚0.40～2.20m,平均值1.17m2）差异分析钻孔位置为沿受检桩周边布置通过对比可以得出，打桩之后，岩体整质量指标变差，RQD值减少明显，岩体质量指标极差。

下卧强风化凝灰岩，岩石质量指标亦为极差的持力层承载力在打桩之后明显减弱由于裂隙发育，岩体极破碎，浇筑混凝土后，在地下水及自重的共同作用(漏浆)易产生离析，孔底部分胶结体的强度达不到设计要求4.3.2冲切计算规范及相关设计要求针对桩端抗冲切验算并未做出明确要求，鉴于工程特殊性，对嵌岩桩桩端抗冲切进行简化计算依据公式（2）计算分析如下：（1）当 时， 数值如下表：Fl(kN) nD(mm)0.511.522.539001744.45 4651.87 8722.26 13955.62 20351.94 27911.23 7001055.29 2814.10 5276.43 8442.29 12311.67 16884.57 （2）当 时， 数值如下表：Fl(kN) nD(mm)0.511.522.53900872.23 2325.94 4361.13 6977.81 10175.97 13955.62 700527.64 1407.05 2638.21 4221.14 6155.83 8442.29 得出：（1）基岩抗冲切能力大小与 值大小呈现正相关， 值越大，基岩抗冲切能力越强 ）（2）经计算，桩身侧摩阻极限值约为4000kN左右，当岩石较破碎，岩体抗拉强度的取小值，假设当 时， 2倍桩径的持力层厚度抗冲切承载力分别为6977.81kN（d=900mm），4221.14kN（d=700mm）。

此时桩基单桩竖向抗压承载力小于按照岩石承载力特征值推算的单桩承载力冲切破坏成为单桩极限承载力的的控制因素5 小结1. 嵌岩桩桩底冲切问题在地质条件简单的情况下，持力层满足要求时，冲切破坏不需要考虑基岩的抗冲切能力与基岩厚度呈现正相关计算模式可将桩底的冲切问题近似看为基础的冲切问题简化计算2. 当地质条件复杂，桩底基岩下卧软弱层时，施工工艺会对持力层产生影响尤其冲孔桩的施工会对持力层岩石造成一定程度的破坏，从而影响岩层承载力的发挥参考文献[1] GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].[2] 沈珠江. 理论土力学[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2000 :85~92.[3] 朱炳寅, 娄宇, 杨琦. 地基基础设计方法及实例[M]. 中国建筑工业出版社, 2012. [4] 刘福东. 嵌岩桩桩端以下基岩持力层最小厚度探讨[J].城市道桥与防洪, 2013. [5] 彭功勋,林春秀,单联军,赵华. 嵌岩端承桩桩底冲切实用计算[J]. 城市道桥与防洪, 2007.[6] 赵明华,陈昌富,曹文贵,杨明辉,何俊翘. 嵌岩桩桩端岩层抗冲切安全厚度研究[J]. 湘潭矿业学院学报, 2003.  -全文完-。