桥梁工程中的大型灌注桩竖向承载性状实用教案

1、1 大型灌注桩在桥梁建设中的地位大型灌注桩在桥梁建设中的地位2 桩基持力层的作用桩基持力层的作用3 桩基持力层的定量选择桩基持力层的定量选择4 有效桩长有效桩长5 嵌岩桩基岩风化程度分带嵌岩桩基岩风化程度分带6 扩底墩（桩）扩底墩（桩）7 两种大直径桩的试验两种大直径桩的试验(shyn)对比对比8 桩端注浆桩端注浆9 花岗岩残积土中的桩基花岗岩残积土中的桩基10 结束语结束语第1页/共55页第一页，共55页。1 大型大型(dxng)灌注桩在桥梁建设灌注桩在桥梁建设中的地位中的地位表 1 大型(dxng)灌注桩的广泛应用桩长桩长（m）桩直桩直径径（m）桥桥 名名501002.5泸州长江大桥、九江

2、长江大桥、常德元江大桥、宜城泸州长江大桥、九江长江大桥、常德元江大桥、宜城汉江大桥、三门峡黄河大桥、钱塘江二桥、武汉长江汉江大桥、三门峡黄河大桥、钱塘江二桥、武汉长江大桥、广东斗门大桥大桥、广东斗门大桥3.0湖南石龟山大桥引桥、黄石长江大桥、珠海横琴大桥、益湖南石龟山大桥引桥、黄石长江大桥、珠海横琴大桥、益阳资江二桥、江汉四桥、广州鹤洞大桥、芜湖公铁长江大阳资江二桥、江汉四桥、广州鹤洞大桥、芜湖公铁长江大桥、南京长江二桥、广东番禺大桥及新会崖门大桥桥、南京长江二桥、广东番禺大桥及新会崖门大桥3.5湖南沅陵大桥及湘潭湘江二桥湖南沅陵大桥及湘潭湘江二桥4.0钢陵长江大桥、南昌新八一大桥、湖南石龟山

3、大桥钢陵长江大桥、南昌新八一大桥、湖南石龟山大桥5.0湖南张家界鹭鸶湾大桥、江西湖口大桥湖南张家界鹭鸶湾大桥、江西湖口大桥第2页/共55页第二页，共55页。 “桥梁成败关键在基础”是建桥的名言，而基础的趋向应为大直径桩，因为它有许多优越性:(1)可承受(chngshu)很大荷载，可减少水中作业，因此可 加快工期；(2)良好的抗震、抗风稳定性和具有较强的抵御 冲击能力，故安全可靠性高；(3)能减少承台工作量，因而总造价相应会低。 所以，大型灌注桩在桥梁和高层建筑等重要工程中得到了广泛的应用，它对桥梁建设具有特殊重要的意义。 参见“大型灌注桩特性研究”，桥梁建设，2003，26（4）第3页/共55

4、页第三页，共55页。 如九江大桥主跨基础用钻孔灌注桩，此前采用如九江大桥主跨基础用钻孔灌注桩，此前采用(ciyng)(ciyng)了不同桩直径的方案比较，如表了不同桩直径的方案比较，如表2 2所示。所示。 表表2 2 九江大桥主墩基础灌注桩工程量比较表九江大桥主墩基础灌注桩工程量比较表桩直径桩直径/m/m桩数桩数/ /根根桩身砼桩身砼/m/m3 3承台砼承台砼/m/m3 3基础砼总基础砼总计计/m/m3 31.56362344250104842.0325634385094842.518487332008073 由此可见，桩直径小，桩数就多、工程量大、造价高、工由此可见，桩直径小，桩数就多、工程

5、量大、造价高、工期也会延长期也会延长(ynchng)(ynchng)、河中施工难度也就大。、河中施工难度也就大。第4页/共55页第四页，共55页。2 桩基持力层的作用桩基持力层的作用(zuyng)地面标高3.9m粉质粘土粉质粘土夹细砂基岩含砾中粗砂粉质粘土夹细砂细砂细砂-74.5m-78.04m试桩1试桩2江阴江阴(jin yn)(jin yn)长江公路大桥试桩情况长江公路大桥试桩情况 图1图2第5页/共55页第五页，共55页。 江阴长江公路大桥北引桥29墩两根静载试桩（图1）。桩直径d=1m ，桩长l=77.8（桩端未入基岩）、81.9m（桩端入基岩）。从图2可看出，对长径比(l/d=78-

6、82)已相当大的大型灌注桩，持力层的作用仍很显著，桩端入和不入基岩时其承载性状、极限(jxin)承载力等就有很大差异。 第6页/共55页第六页，共55页。 上述分析的是基岩上述分析的是基岩(j yn)持力层，下面持力层，下面分析持力层是较硬的土层的情况。以包含点分析持力层是较硬的土层的情况。以包含点面接触单元的有限元模型进行模拟研究。以面接触单元的有限元模型进行模拟研究。以苏通大桥为例，桩直径都为苏通大桥为例，桩直径都为2m，其中一根桩，其中一根桩长长67m，入持力层，入持力层2m；另一根桩长；另一根桩长64m，桩，桩端离持力层端离持力层1m。 图图3为数值模拟结果。从图上也同样可为数值模拟结

7、果。从图上也同样可以看出，桩入持力层后桩的极限承载力要大以看出，桩入持力层后桩的极限承载力要大很多，桩的承载特性也会有很大区别。很多，桩的承载特性也会有很大区别。第7页/共55页第七页，共55页。图图3 3 苏通长江公路大桥数值模拟情况苏通长江公路大桥数值模拟情况参见参见(cnjin)“(cnjin)“大型灌注桩特性研究大型灌注桩特性研究”，桥梁建设，桥梁建设，20032003，2626（4 4） 第8页/共55页第八页，共55页。3 桩基持力层的定量桩基持力层的定量(dngling)选择选择 大型灌注桩由于其长度大，穿过的岩土层层数多、厚度大，为持力层的选择带来了困难。传统的定性确定法不够精

8、确，下面用指标(zhbio)法来实现持力层的量化优选。 通过综合分析，可考虑能反映地层持力特性的七项指标(zhbio)：深度（成本）指标(zhbio)、承载力大小指标(zhbio)、持力层厚度指标(zhbio)、厚度变化率指标(zhbio)、下卧层性质指标(zhbio)、N的标准差指标(zhbio)、抗震动或抗沉降效果指标(zhbio)。第9页/共55页第九页，共55页。（1）深度（成本）指标）深度（成本）指标 深度对桩基持力层的选择是一个最重要的指标。深度太深在成本上是极不划算的。比如苏通大深度对桩基持力层的选择是一个最重要的指标。深度太深在成本上是极不划算的。比如苏通大桥工程中的基岩深度桥

9、工程中的基岩深度290米，所以从成本上来看几乎是不可能的。米，所以从成本上来看几乎是不可能的。（2）承载力大小指标）承载力大小指标 承载力大小是选择桩基持力层的又一重要指标。某一持力层的选择必须保证承载力大小是选择桩基持力层的又一重要指标。某一持力层的选择必须保证(bozhng)桩基有桩基有足够的承载力，才能确保工程的安全。承载力的计算为持力层端阻力加上桩侧所有分层土侧阻力之足够的承载力，才能确保工程的安全。承载力的计算为持力层端阻力加上桩侧所有分层土侧阻力之和。和。（3）持力层厚度指标）持力层厚度指标 持力层一般有较大的端阻力和侧阻力，但这是以持力层有足够的厚度为保证持力层一般有较大的端阻力

10、和侧阻力，但这是以持力层有足够的厚度为保证(bozhng)的。地的。地层太薄的话，是谈不上持力性的。所以厚度也是选择持力层的一个指标。层太薄的话，是谈不上持力性的。所以厚度也是选择持力层的一个指标。第10页/共55页第十页，共55页。（4 4）厚度变化率指标）厚度变化率指标 一座桥梁一般有很多根桩，它们分布在一定范围内，则此范围内的持力层必须厚度稳定，一座桥梁一般有很多根桩，它们分布在一定范围内，则此范围内的持力层必须厚度稳定，才能保证所有的桩有足够和类似的承载性状。否则的话就会产生差异沉降等问题才能保证所有的桩有足够和类似的承载性状。否则的话就会产生差异沉降等问题(wnt)(wnt)，影，影

11、响桥梁安全。响桥梁安全。（5 5）下卧层性质指标）下卧层性质指标 下卧层性质也是一个不可忽视的指标，因为它太软弱的话会对持力层带来隐患。这里以极下卧层性质也是一个不可忽视的指标，因为它太软弱的话会对持力层带来隐患。这里以极限端阻力来表示下卧层性质，因为极限端阻力在一定程度上反映了下卧层的综合性质。限端阻力来表示下卧层性质，因为极限端阻力在一定程度上反映了下卧层的综合性质。（6 6）N N的标准差指标的标准差指标 N N为标贯或动探试验击数，它能反映土层的动力特性。为标贯或动探试验击数，它能反映土层的动力特性。第11页/共55页第十一页，共55页。 （7 7）抗震动或抗沉降效果指标）抗震动或抗沉

12、降效果指标 这是一个综合性的指标。一般情况是，地这是一个综合性的指标。一般情况是，地层的抗震动或抗沉降的效果越好，则该地层的持层的抗震动或抗沉降的效果越好，则该地层的持力性越强。力性越强。各指标的因子值和权重值确定好后，就可以计算各指标的因子值和权重值确定好后，就可以计算各备选各备选(bi xun)(bi xun)方案的综合值了。某备选方案的综合值了。某备选(bi xun)(bi xun)方案的综合值等于各指标因子值与方案的综合值等于各指标因子值与权重值之积（即指标值）的和。权重值之积（即指标值）的和。第12页/共55页第十二页，共55页。具体的综合值计算公式为：具体的综合值计算公式为：Ri=

13、（I1iW1) + （I2iW2) + （I3iW3) （ I4iW4) + （I5iW5) + （I6iW6 ) +（I7iW7)其中其中(qzhng) Ri为综合值；为综合值；W1W7为权重为权重值值(各自为各自为5级级)； I1iI7i为因子值为因子值(与权重值对应，与权重值对应，取值范围是取值范围是0.01-1.00)。综合值综合值Ri最大者即为选中的持力层。最大者即为选中的持力层。参见参见“大型灌注桩特性研究大型灌注桩特性研究”，桥梁建设，桥梁建设，2003，26（4）第13页/共55页第十三页，共55页。4 有效有效(yuxio)桩长桩长4.1 静载试验(shyn)研究 试桩直径试

14、桩直径(zhjng)1m(zhjng)1m， 1 1号桩长号桩长24m24m，2 2号桩号桩长长32m32m。两试桩的荷载。两试桩的荷载- -沉降曲线如图沉降曲线如图4 4所示，两曲所示，两曲线都为缓变型，线都为缓变型，2 2号桩的曲线更为平缓，说明号桩的曲线更为平缓，说明2 2号桩号桩的承载能力强、沉降小。试桩没达到破坏状态。由的承载能力强、沉降小。试桩没达到破坏状态。由图可得当桩顶都下降图可得当桩顶都下降15mm15mm时，时，1 1号桩的桩顶荷载为号桩的桩顶荷载为2273kN2273kN，2 2号桩的桩顶荷载为号桩的桩顶荷载为3409kN3409kN。 图4河南安新高速公路试桩河南安新高

15、速公路试桩 第14页/共55页第十四页，共55页。杂 填 土5m10m15m20mW1桩W3桩粉 质 粘 土中 砂 夹 粗 砂粉 土25m30m35m粗 砾 砂图图5 5 太原市物资贸易中心太原市物资贸易中心(zhngxn)(zhngxn)营业楼试桩营业楼试桩 桩直径桩直径d=0.8m，以粗砾砂层为持力层，以粗砾砂层为持力层，W1桩长桩长29m，入持力层深度，入持力层深度2.75m（3.4d）；）；W3桩长桩长34m，入持力层深度，入持力层深度7.75m（9.7d）。由图）。由图5QS曲线可得曲线可得W1桩极限桩极限(jxin)荷载为荷载为5000kN，W3桩极桩极限限(jxin)荷载为荷载为

16、7000kN。第15页/共55页第十五页，共55页。杂填土5m10m15m20m粉土粉土Q2桩Q1桩粉质粘土粘土中粗砂中粗砂图图6 6 太原市轻工展厅大楼试桩太原市轻工展厅大楼试桩 桩直径桩直径d=0.8md=0.8m，以砂层为持力层，以砂层为持力层，Q1Q1桩长桩长22.5m22.5m，入持力层，入持力层2.5m2.5m（3.1d3.1d）；）；Q2Q2桩长桩长20.5m20.5m，入持力层入持力层0.5m0.5m（0.6d0.6d）。两桩的试桩剖面）。两桩的试桩剖面(pumin)(pumin)示意图如图示意图如图6 6所示，从两桩的荷载所示，从两桩的荷载- -沉降曲沉降曲线可看出，线可看出

17、，Q1Q1桩承载力远大于桩承载力远大于Q2Q2桩桩 。第16页/共55页第十六页，共55页。素填土黄土状粉土5m10m15m20m25m粉土粗砾砂层粉土粗砾砂层粉土粗砾砂层D4桩D5桩图图7 7 太原第一热电厂太原第一热电厂期工程试桩剖面期工程试桩剖面(pumin)(pumin)及荷载及荷载- -沉降曲线沉降曲线 桩直径桩直径(zhjng)d=0.8m(zhjng)d=0.8m，以粗砾砂层为持力层，以粗砾砂层为持力层，D4D4桩长桩长22.8m22.8m，入持力层，入持力层0.55m (0.7d) 0.55m (0.7d) ，极限荷载，极限荷载4200 kN4200 kN；D5D5桩桩长桩桩长

18、23.9m23.9m，入持力层，入持力层1.65m (2.1d) 1.65m (2.1d) ，极限荷载极限荷载4800kN4800kN（图（图7 7）。）。 第17页/共55页第十七页，共55页。粉质粘土5m10m15m20mT1桩T2桩粘土25m30m粗砂粗砂粘土图图8 8 山东某洗煤厂桩基试验剖面及荷载山东某洗煤厂桩基试验剖面及荷载- -沉降沉降(chnjing)(chnjing)曲线曲线 前面几组对比试验桩都是以粗砂或砾砂为持力层，但这一组对比试验桩发生了变化。T1桩桩长25m，直径1.1m，以粗砂层为持力层；T2桩桩长27m，直径1.1m，穿过粗砂层进入(jnr)下伏较软弱的粘土层（图

19、8）。 第18页/共55页第十八页，共55页。 两试桩用慢速法进行试验(shyn)，两桩的荷载-沉降曲线如图8所示。从图上可看出其与前面几组试桩有区别。加载5000kN以前，较长的T2桩的沉降较短的T1桩大，以后T2桩的沉降才小于T1桩，且两试桩曲线靠得很近。可得出T1桩极限荷载为7350kN，而T2桩极限荷载只比T1桩稍大，为7700kN。第19页/共55页第十九页，共55页。 综上所述，从5个场地的不同(b tn)桩长的对比试验中可发现：（1）当两对比桩都以粗砂、砾砂等较好的岩土层为持力层时，长桩的荷载-沉降曲线都位于短桩的右侧，表现出良好的承载性能，且曲线第二拐点前更为平缓（图5图8）；

20、 第20页/共55页第二十页，共55页。（2 2）对比桩中（如山东兖州某洗煤）对比桩中（如山东兖州某洗煤厂试桩），当长桩穿过密实厂试桩），当长桩穿过密实(m shi)(m shi)持力层（粗砂）进入下伏较软弱层持力层（粗砂）进入下伏较软弱层（粘土）时，长桩的承载力和沉降并（粘土）时，长桩的承载力和沉降并不显得比较短桩优越。此时较长桩的不显得比较短桩优越。此时较长桩的加长部分显得没有必要。加长部分显得没有必要。第21页/共55页第二十一页，共55页。a 荷载(hzi)-桩长关系图 b 荷载(hzi)-长径比关系图 图图9 9 桩顶荷载桩顶荷载(hzi)(hzi)与桩长、长径比关系曲线与桩长、长径

21、比关系曲线 （3 3）桩顶荷载与桩长和长径比的关系曲线如桩顶荷载与桩长和长径比的关系曲线如图图9，其中桩顶荷载为极限值（仅安新公路为桩顶，其中桩顶荷载为极限值（仅安新公路为桩顶下降下降15mm时的荷载）。从图上可看出有时的荷载）。从图上可看出有3组对比桩都是桩顶荷载随着桩长或长径比的增大组对比桩都是桩顶荷载随着桩长或长径比的增大而明显增大，说明长桩的承载性能好。而明显增大，说明长桩的承载性能好。 第22页/共55页第二十二页，共55页。 而另外两组（即洗煤厂和安新公路(gngl)），不论是桩顶荷载与桩长关系曲线还是桩顶荷载与长径比关系曲线，其直线较其它三组平缓。这是因为洗煤厂试桩中较长桩进入了

22、软弱下卧层；而安新公路(gngl)试桩没达到极限状态。 参见 “桩长对大直径摩擦桩影响的试验研究”，勘察科学 技术，2003，21（5）； “大型灌注桩特性研究”，桥梁建设，2003，26（4）第23页/共55页第二十三页，共55页。a 桩顶沉降(chnjing)-桩长关系图 a 桩顶沉降(chnjing)-长径比关系图 图图10 10 沉降沉降(chnjing)(chnjing)与桩长、长径比关系沉降与桩长、长径比关系沉降(chnjing)(chnjing)曲线曲线 （4 4）桩顶沉降与桩长、长径比的关系曲线如桩顶沉降与桩长、长径比的关系曲线如图图10 ，其中桩顶沉降是极限荷载状态时的沉降（

23、仅安新，其中桩顶沉降是极限荷载状态时的沉降（仅安新公路指的是桩顶荷载为公路指的是桩顶荷载为2458kN时的沉降），从图上可看出时的沉降），从图上可看出4组对比桩都是桩顶沉降随着桩长或长组对比桩都是桩顶沉降随着桩长或长径比的增大而减小，说明长桩不仅承载性能好，而且桩顶沉降也小。径比的增大而减小，说明长桩不仅承载性能好，而且桩顶沉降也小。 第24页/共55页第二十四页，共55页。图图11 11 桩顶荷载桩顶荷载- -入持力层相对深度入持力层相对深度(shnd)H/d(shnd)H/d关系曲线图关系曲线图 （5 5）以粗砂或砾砂为持力层的三组试桩的桩顶荷）以粗砂或砾砂为持力层的三组试桩的桩顶荷载与桩

24、入持力层相对深度载与桩入持力层相对深度H/dH/d关系曲线关系曲线(qxin)(qxin)如如图图1111。由图可知，随着桩入持力层相对深度。由图可知，随着桩入持力层相对深度H/dH/d的的增大（增大（H/dH/d最大可达最大可达9 9以上），桩顶荷载也大幅度以上），桩顶荷载也大幅度增大。增大。第25页/共55页第二十五页，共55页。4. 2 数值(shz)模拟 在考虑土的非线性、桩周土分层、桩土间非线在考虑土的非线性、桩周土分层、桩土间非线性相互影响、桩端有沉渣、桩底及桩侧注浆加固、性相互影响、桩端有沉渣、桩底及桩侧注浆加固、桩长及桩直径变化等因素时，有限元法是现阶段最桩长及桩直径变化等因素

25、时，有限元法是现阶段最适用的方法，它能解决由于试桩困难及实测费用大适用的方法，它能解决由于试桩困难及实测费用大而无法大量进行的问题。对灌注桩，有限元法能模而无法大量进行的问题。对灌注桩，有限元法能模拟其施工过程，即土体自重拟其施工过程，即土体自重(zzhng)(zzhng)应力场应力场成孔（泥浆护壁）成孔（泥浆护壁）灌注钢筋混凝土灌注钢筋混凝土桩受力计算。桩受力计算。 第26页/共55页第二十六页，共55页。桩身单元模型和桩周土的本构模型桩身单元模型和桩周土的本构模型 考虑到由群桩向大直径考虑到由群桩向大直径(zhjng)单桩发展是目前的趋势，所以这里的理论分析单桩发展是目前的趋势，所以这里的

26、理论分析主要以大直径主要以大直径(zhjng)单桩为主。其单桩的轴向受荷有限元分析，可简化为轴对单桩为主。其单桩的轴向受荷有限元分析，可简化为轴对称问题。此时的桩周土体可划分为一般的平面实体单元。至于桩周土的本构模型，称问题。此时的桩周土体可划分为一般的平面实体单元。至于桩周土的本构模型，本文采用本文采用Drucker-Prager模型，这种模型在岩土工程中应用较多，能反映土体模型，这种模型在岩土工程中应用较多，能反映土体的剪胀效应。桩体采用弹性模型。的剪胀效应。桩体采用弹性模型。第27页/共55页第二十七页，共55页。桩与土的接触面模型桩与土的接触面模型 本文本文(bnwn)(bnwn)用的

27、是包含点面接触单元的有限元模型，这种接触面模用的是包含点面接触单元的有限元模型，这种接触面模型和型和GoodmanGoodman模型相比具有它的优越性。模型相比具有它的优越性。GoodmanGoodman单元（即无厚度节理单元）单元（即无厚度节理单元）模型虽然能模拟接触面的相对滑移和张开，但量值较小，当产生较大滑移、张模型虽然能模拟接触面的相对滑移和张开，但量值较小，当产生较大滑移、张开、重叠后往往引起解的不收敛。而点面接触模型能克服这些缺陷。开、重叠后往往引起解的不收敛。而点面接触模型能克服这些缺陷。第28页/共55页第二十八页，共55页。桩岩土体图图 12 12 轴对称有限元计算轴对称有限

28、元计算(j sun)(j sun)网格网格 图图13 13 江阴江阴(jin yn)(jin yn)大桥数值模拟与试验结果大桥数值模拟与试验结果比较比较 第29页/共55页第二十九页，共55页。表表3 3 桩土主要桩土主要(zhyo)(zhyo)参数表参数表 桩长桩直径（m）（m）50-10010.45322010300000.316300000000.1825桩型桩侧摩擦系数（KN/m3）土的力学参数桩的参数c(K Pa)（）（）E(KPa)（KN/m3）E(KPa)f第30页/共55页第三十页，共55页。图图14 14 极限荷载与桩长关系曲线极限荷载与桩长关系曲线 参见参见“大直径超长桩有

29、效长度大直径超长桩有效长度(chngd)(chngd)的数值模拟的数值模拟”，建筑科学，建筑科学，20032003，19(3)19(3)。第31页/共55页第三十一页，共55页。5 嵌岩桩基岩嵌岩桩基岩(j yn)风化程度分带风化程度分带 嵌岩桩具有单桩承载力高、沉降小且收敛快、抗震性能好、群桩效应小等特点，成为大型构（建）筑物重要的基础形式。当桩长、桩直径和基岩上覆土层(t cn)确定的情况下，决定它的承载性状的往往是基岩的性质、桩所进入基岩的层位（深度）。而这些与基岩的风化程度密切相关，所以，正确划分基岩风化带是使嵌岩桩嵌入合理层位和深度的有效途径。 第32页/共55页第三十二页，共55页

30、。 岩体中的结构面对岩体的稳定性和岩体质量等起控制作用。岩体风化后在岩体结构方面就有所反映。从强风化带、中等风化带、微风化带到新鲜岩石，岩体中结构面的数量逐渐减少，完全体现了岩体在接受风化营力作用后岩体裂纹扩展、增长和新的裂隙产生的特征。 研究岩体风化带的划分，应当围绕“岩体结构”这一控制岩体工程地质性质和岩体稳定的基本条件(tiojin)来进行，充分利用岩体结构的特征指标。第33页/共55页第三十三页，共55页。 岩体是由结构面和结构体（岩块）组岩体是由结构面和结构体（岩块）组成，所以成，所以(suy)(suy)，量化指标的选取应有三，量化指标的选取应有三方面的考虑：方面的考虑：（1 1）岩

31、体总体结构上的变化；）岩体总体结构上的变化；（2 2）结构面的变化）结构面的变化-主要指结构面的发主要指结构面的发育程度及其性质的变化。育程度及其性质的变化。（3 3）结构体（即岩块）的变化）结构体（即岩块）的变化-主要指主要指岩块的强度变化。岩块的强度变化。参见参见“嵌岩灌注桩基岩风化程度分带探嵌岩灌注桩基岩风化程度分带探讨讨”，探矿工程，探矿工程， 2003 2003，40(5)40(5)。第34页/共55页第三十四页，共55页。 针对嵌岩桩的特点，经综合分析用下式来定量划分基岩岩体的风化(fnghu)程度： 2121RRJRQDJFJ1单位岩芯长度上的结构面数；RQD岩体质量(zhlin

32、g)或岩芯完整率；J2结构面蚀变程度系数；R1新鲜岩石的点荷载强度；R2风化岩石的点荷载强度；因为有的风化岩石不好取样，所以不能采用抗压强度指标。以F值基岩风化程度划分界限： 全风化 F 200； 强风化 F=9.32-200； 中风化 F=1.25-9.32； 微风化 F=0.37-1.25； 未风化 F0.37第35页/共55页第三十五页，共55页。6 扩底墩（桩）扩底墩（桩）6.1 桩长6.0m左右(zuyu)压应力区拉应力区临空面拉裂缝墩端阻力墩身摩阻力图图15 扩底墩受力示意图扩底墩受力示意图 大直径扩底墩得到了越来越广泛的应用，图15为其受力示意图。由于拉裂缝的出现，使得墩身摩阻力

33、和端阻力处于分离状态(zhungti)，可近似用纯摩擦桩和深层载荷试验结果来区分墩的摩阻力和端阻力。因此这里以原型扩底墩、摩擦桩、墩端深层载荷试验研究扩底墩的荷载分配和传递性状。 第36页/共55页第三十六页，共55页。表表4 4 试验试验(shyn)(shyn)方案方案 桩型埋深（m）摩擦段长（m）摩擦段直径（m）扩底直径（m）持力层S1深层载荷6.70.8卵石S2扩底墩6.24.80.81.6砂卵石S3扩底墩6.755.30.81.6卵石S4摩擦桩5.24.50.8亚粘土参见参见 “砂卵石层上大直径扩底短墩竖向承载性状砂卵石层上大直径扩底短墩竖向承载性状(xngzhung)”， 岩土力学，

34、岩土力学，2004，25(3)。第37页/共55页第三十七页，共55页。填土粉质粘土砂层卵石6.75m4.20m0.80mS2墩S3墩图图16 S216 S2、S3S3墩试验剖面墩试验剖面(pumin)(pumin)及荷载及荷载- -沉降曲沉降曲线线 图16为S2、S3墩基试验(shyn)剖面及荷载-沉降曲线图，由a图可知，两墩除入土长度、持力层不同外，其余都相同。S2墩埋深6.20m，以砂层为持力层；S3墩埋深6.75m，以卵石层为持力层。从b图可看出，S3墩基承载力比S2墩大，主要是S3墩的持力层土性比SD2墩好。如墩顶沉降15mm时，S3墩的承载力为3441.6kN，而S2墩的承载力只有

35、2061.5kN。 第38页/共55页第三十八页，共55页。填土粉质粘土砂层卵石6.7m4.70m1.10m1.1mS1深层载荷S4摩擦桩0.8m填稻草图图17 17 摩擦桩和深层载荷摩擦桩和深层载荷(zi h)(zi h)试试验剖面验剖面 图图18 18 荷载荷载- -沉降沉降(chnjing)(chnjing)曲线曲线 摩擦桩和深层载荷试验剖面见图17，两者的直径都为0.8m，与上述两墩的墩身直径相同(xin tn)，深度相当。从图18上可发现两者的承载力比扩底墩小，该试验中的桩端填塞稻草的相当于纯摩擦桩，深层载荷试验相当于直身墩。可以看出，直径相同(xin tn)和深度相当时，扩底墩的承

36、载力比纯摩擦桩和不扩底的直身墩（桩）的承载力大。 第39页/共55页第三十九页，共55页。6.2 桩长14.5m左右(zuyu)表5 试验(shyn)方案 桩型埋深（m）摩擦段长（m）摩擦段直径（m）扩底直径（m）持力层S1扩底墩14.66.851.23.4粗砂S2扩底墩14.57.11.23粗砂S3深层载荷14.51.2粗砂S4摩擦桩14.47.51.2亚粘土参见参见(cnjin) “两种静载试验确定大直径扩底桩竖向承载力两种静载试验确定大直径扩底桩竖向承载力”，地下空间，地下空间， 2003，23(3)。第40页/共55页第四十页，共55页。图图19 19 荷载荷载(hzi)-(hzi)-

37、沉降曲线图沉降曲线图 第41页/共55页第四十一页，共55页。 通过以上的试验通过以上的试验(shyn)结果分析，结果分析，可得出以下结论：可得出以下结论：（ 1 ） 纯 摩 擦 桩 和 深 层 载 荷 的 试 验） 纯 摩 擦 桩 和 深 层 载 荷 的 试 验(shyn)能用来区分扩底墩的墩身摩阻能用来区分扩底墩的墩身摩阻力和端阻力、间接求扩底墩的承载力。力和端阻力、间接求扩底墩的承载力。（2）两种试验）两种试验(shyn)方法得到的方法得到的SD1、SD2墩的极限承载力的误差分别是墩的极限承载力的误差分别是5和和10。第42页/共55页第四十二页，共55页。（3）SD1墩的极限承载力为墩

38、的极限承载力为9600kN，此时，此时端阻力为端阻力为8266.9kN，占极限承载力的，占极限承载力的86；SD2墩的极限承载力为墩的极限承载力为6850kN，此时端阻，此时端阻力为力为5523.2kN，占极限承载力的，占极限承载力的81。（4）当墩顶沉降）当墩顶沉降18.7mm左右左右(zuyu)时，时，SD1、SD2墩摩阻力已充分发挥；而端阻力墩摩阻力已充分发挥；而端阻力充分发挥时，充分发挥时，SD1、SD2墩顶沉降分别达墩顶沉降分别达31.9mm、29.3mm。（5）在直径相同的情况下，扩底墩的承载）在直径相同的情况下，扩底墩的承载力比纯摩擦桩和等直径竖井的承载力大很力比纯摩擦桩和等直径

39、竖井的承载力大很多。多。 第43页/共55页第四十三页，共55页。7 两种大直径两种大直径(zhjng)桩的试桩的试验对比验对比表6 各场地对比(dub)试验情况 试验场地桩型桩长（m）桩直径（m）持力层纯摩擦桩250.88稻草摩擦端承桩250.88粉质粘土纯摩擦桩5.20.84稻草摩擦端承桩5.20.84卵石纯摩擦桩6.140.8稻草摩擦端承桩6.140.8粉细砂场地1（河南新乡某桥梁基础试桩）5场地2（北京1）场地3（北京2）第44页/共55页第四十四页，共55页。25m粉质粘土填塞草袋0.88m25mC2端承摩擦桩C1 纯摩擦桩0.88m图图20 20 场地场地1 1对比试验剖面对比试验

40、剖面(pumin)(pumin)及荷载及荷载- -沉降曲线沉降曲线 第45页/共55页第四十五页，共55页。0.84mS2端承摩擦桩0.84mS3纯摩擦桩0.5m5.2m粉质粘土粉砂细砂卵石5.2m填塞草袋图图21 21 场地场地2 2对比试验对比试验(shyn)(shyn)剖面及荷载剖面及荷载- -沉降曲线沉降曲线 第46页/共55页第四十六页，共55页。0.2m0.8m43.77m6.14m0.8m5.9m6.14m7.1m杂填土粉土粉细砂SD3纯摩擦桩SD5端承摩擦桩填塞稻草图图22 22 场地场地3 3对比对比(dub)(dub)试验剖面及荷载试验剖面及荷载- -沉降曲线沉降曲线 第4

41、7页/共55页第四十七页，共55页。 （1）3组桩端填稻草的纯摩擦桩的组桩端填稻草的纯摩擦桩的荷载荷载-沉降曲线都是陡降型，而与其对沉降曲线都是陡降型，而与其对比的比的3组摩擦端承桩的荷载组摩擦端承桩的荷载-沉降曲线沉降曲线要平缓得多，特别是当桩端土性较强要平缓得多，特别是当桩端土性较强时。因此对大直径桩要尽可能清除时。因此对大直径桩要尽可能清除(qngch)桩端沉渣，以提高其承载力桩端沉渣，以提高其承载力和降低沉降。并应以土性强的岩土层和降低沉降。并应以土性强的岩土层为持力层。为持力层。第48页/共55页第四十八页，共55页。 （2）对场地）对场地2场地场地3中长径比相当的摩中长径比相当的摩擦擦(mc)端