关于嵌岩桩承载力的探讨

1、关于嵌岩桩承载力的探讨摘要 分析了嵌岩桩的承载性状及计算模式；指出在 不同工程地质、桩几何尺寸和成桩工艺等条件下嵌岩桩表现为端承和摩擦两种不同的承载性状。关键词 嵌岩桩单桩承载力桩侧阻力桩端阻力沉降1.概述建筑基桩穿过覆盖层嵌入基岩中(嵌固于未风化岩中不小于0.5m)称为嵌岩桩。由于基岩强 度较高，压缩性极小，嵌岩桩能提供很高的承载力。同时嵌岩桩沉降也很小，建筑物沉降在 施工过程中便可完成。由于嵌岩桩具有这些优点，因而在工程设计，尤其是高层建筑及大型 构筑物中被广泛采用。在工程实践中，有些设计者认为嵌岩桩均为端承桩，只具有端阻力，不考虑土层侧阻力。这 种计算模式与许多工程实际不符。其实，对不同

2、的工程地质条件，桩的几何尺寸及成桩工 艺，嵌岩桩表现出不同的承载性状。对于桩端为基岩，桩周土层为不太弱的情况且长径比L/ D35的嵌岩桩，桩侧阻力是不容忽视的，这一点已为大量现场试验结果所证明。2.嵌岩桩的承载性状由于嵌岩桩的荷载-沉降性状受多种因素影响，很难作出准确的预计。因而我们只能对嵌 岩桩的承载性状进行 基本分析。嵌岩桩的桩顶沉降主要由二部分组成：桩身混凝土的弹性压缩；桩底基岩的 应变。这二种分量的相互关系受荷载传递机理的支配。施加在桩顶的荷载通过桩端阻力和桩 侧阻力传递给桩周的土体和桩底的基岩，(其中桩侧阻力包括桩周土体侧阻力和嵌岩段侧阻 力)桩底基岩和桩周土体应变的相对大小，决定着

3、桩端阻力和桩侧阻力的发挥程度。各位移 分量的大小取决于桩的几何形状、荷载大小、成桩工艺及桩底基岩桩周土体和桩身混凝土的 弹性模量。对于嵌入软质基岩，桩周为均匀硬土层且长径比L/D较大的嵌岩桩。桩侧阻和端阻充分发挥 所需的极限相对位移同桩周土体和桩底基岩的强度有关，强度越高所需的极限位移越小，强 度越低则所需的极限位移越大。当桩底基岩较软，长径比较大时，桩顶荷载作用下，桩身位 移相对较大，桩周土体强度较高时，其发挥极限侧阻所需位移相对较小，故桩侧阻力首先达 到极限值。此时桩端阻力尚未达到极限值。这种嵌岩桩，其端阻只占桩总承载能力的一部分 。可称为端承摩擦桩(侧阻占大部分)或摩擦端承桩(端阻占大部

4、分)。对于穿过均匀软土层嵌入硬质基岩中的嵌岩桩，由于桩底基岩强度很高，桩底位移很小，桩 身位移也不大，此时，桩周土体发挥极限侧阻所需相对位移尚未达到，桩侧阻力无法充分发 挥。而硬质基岩所需极限位移能够达到，使桩端阻力得到充分发挥。这种嵌岩桩称为端承桩 。实际工程中的情况远比上述两种情况复杂。嵌岩桩在不同地质条件和几何尺寸下，表现端承 和摩擦两种不同的承载性状。值得注意的是，嵌岩桩桩端嵌岩段的单位侧阻力比土层高得多。由于该部分侧阻的剪切破坏 发生于桩-岩界面(对坚硬完整岩体)或靠近桩侧表面的岩体中(对软质或风化破碎岩体)，主 要表现为(a)岩体侧阻达到极限所需的相对位移比土体小得多；(b)在侧阻

5、力的作用下完整基 岩一般呈脆性破坏。表1给出部分岩体的极限侧阻所需位移的经验值。表1发挥极限侧阻对应的相对位移3岩石名称 破碎砂质粘土岩和细砂岩 完整细砂岩 完整石灰岩和花岗岩 s(mm) 4 3 2从表1中可以看出，在相对位移非常小的情况下，桩端嵌岩段的侧阻力就可充分发挥。 所以在嵌岩桩承载力确定时，应充分考虑其承载作用。嵌岩桩的最佳嵌岩深度为3倍桩径，超过3倍桩径时，承载力增长不大。因其具有较高的承载 力，桩身最小配筋率应不少于1%，砼强度等级应不低于C20。此外，成桩工艺对嵌岩的承载性能有重要影响。一般情况下，钻(冲)孔成桩过程中，孔底总 会残留一部分沉渣形成可压缩性“软垫”，“软垫”的

6、压缩增大了嵌岩桩桩体与岩(土)体的 位移，使桩侧(桩身和嵌岩段)阻力得以充分发挥。增大了端阻充分发挥所需的极限位移。使 嵌岩桩表现更多的摩擦桩性状。人工挖孔的嵌岩桩由于人工清底，在“干”作业情况一般无 “软垫”现象，其承载性状只与地质条件和桩几何尺寸有关。3.钻(冲)嵌岩桩的分类通常嵌岩桩可按基岩岩性，覆盖层土性，桩长径比L/D和成桩工艺考虑其端承和摩擦特性。符合下列条件之一的嵌岩桩可按端承桩计算：1.桩端持力层在中风化硬质岩(如花岗岩)和微风化软质岩(如砂岩)中，且长径比L/D10冲 钻孔桩和长径比L/D12的人工挖孔桩。2.当长径比L/D比较大，而桩侧处于沿海厚层或巨厚层软土中(如淤泥)其

7、承载力主要靠嵌岩 段侧阻和端阻承担的桩。符合下列条件之一的嵌岩桩应考虑其摩擦桩特性：1.当L/D40，嵌岩桩端在设计荷载下，其承载作用很小，上部荷载主要由桩侧摩阻承担， 属于摩擦桩3。2.对于L/D15-20的泥浆护壁冲钻孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，其荷载 传递具有一般摩擦桩的特性，即桩侧阻力先于端阻力发挥出来，桩端分担的荷载较小，属于 摩擦桩3。3.当混凝土桩的孔底沉碴厚度超过规范规定，因嵌岩桩存在“软垫”，桩的承载性状均成 为摩擦桩或摩擦端承桩(当沉碴比较薄时)。4.嵌岩桩承载力的确定根据建筑桩基技术规范(JGJ94-94)，嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值，由桩周土总侧 阻，

8、嵌岩段总侧阻和总端阻三部分组成。QukQsk+Qrk+Qpk其中：Qskusiqsikli为土的总极限侧阻力标准 值。Qrkusfrchr为嵌岩段总极限侧阻力标准值。QpkpfrcAp为总极限端阻力标准值。f1c为岩石饱和单轴抗压强度标准值。对桩端置于强风化岩中的嵌岩桩，由于强风化 岩不能取样成型，其强度不能通过单轴抗压试验确定。强风化嵌岩段极限承载力可根据岩体 的风化程度按砂土、碎石类土取值。s、p-嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数，与嵌岩段深径比hr/d有关。可按表2 选用表2嵌岩段侧阻和端阻修正系数详见2嵌岩深径比hr/d 0.0 0.5 1 2 3 4 5 侧阻修正系数s 0.000 0.

9、025 0.055 0.070 0.065 0.062 0.050 端阻修正系数p 0.500 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 对于端承的嵌岩桩，不计承台-桩群-土的相互作用产生的群桩效应。其桩竖向承载力设 计值R(Qrk+Qpk)/p。对于考虑摩擦性状的嵌岩桩群桩基础，由于桩端持力层为基岩，其沉降量与单桩相近，承台 土阻力小到可忽略不计。侧阻端阻的群桩效应也可忽略不计，基桩竖向承载力设计值。RQsk/s+(Qrk+Qpk)/ p(s、p取值见规范)5.工程实例例1、某高层建筑两层地下室、工程地质情况及桩基设计参数见图1。0.000 杂填土 -1.800

10、m 淤泥qsk10KPa -16.000m 粉质粘土qsk35KPa -23.000m 含(碎)卵石细粉土qsk55KPa -36.000m 强风化花岗斑岩(土状)qsk60KPa -42.000m 强风化花岗斑岩(碎石状)qsk70KPa -46.0000m 中风化花岗斑岩qsk120KPaqpk7500KPa图1工程地质情况(工程实例1)该工程采用钻(冲)孔灌注桩，桩径800，桩端持力层为中风化花岗斑岩，桩端进入中风 化岩0.5米以上，桩顶标高-8.000米，实际桩长L38.5m，虽然中风化花岗岩基岩强度较 高，但由于桩的长径比较大(L/D48)，因此应该考虑桩侧阻力，按端承摩擦桩计算，若

11、按 纯端承桩计算则基桩竖向承载力很低，与实际情况不符。本工程桩周长u2.512m，桩端面积Ap0.5024m2QskuqSIKLI2.512(108+357+5513+606+704+1200.5) 4465kNQPKqPKAP75000.50243768kNQUPQSK+QPK4465+37688233kN设计取单桩竖向极限承载力标准值QUK8200kN单桩竖向承载力设计值RQSK/S+(Qrk+Qpk)/p4465/1.67+3 768/1.674930kN设计取值R4900kN桩基施工后，经静载试验，实际单桩竖向极限承载力标准值达到设计要求。例2某工程采用人工挖孔桩，工程地质情况及桩基设计参数见图2。0.000 杂填土 -1.050 残积(砂质)粘性土qSK10KPa -8.500 强风化花岗岩qSK55KPaqPK2500KPa -12.00 中风化花岗岩图2工程地质情况(工程实例2)桩径1000，桩端持力层为强风化花岗岩，桩端进入持力层1.5米，桩端直径D2000，桩 长径比L/D10，且桩端持力层强度较高。故应按端承桩考虑。P(0.8/D)1/3(0.8/2)1/30.74QPKPQPKAP0.7425003.145810kN。设计取单桩竖向极限承载力标准值QUKQpk5800kN单桩竖向承载力设计值RQPK/P5800/1.653