公路桥梁嵌岩桩基础设计探讨

1、精选优质文档-倾情为你奉上公路桥梁嵌岩桩基础设计探讨公路桥梁嵌岩桩基础设计探讨 摘要: 分析了桥梁嵌岩桩的作用机理,讨论了现行规范中公路桥梁嵌岩桩基础设计承载力计算公式,结合公路桥梁桩基设计的实际情况,对嵌岩桩基提出了作者的一些观点，供参考借鉴。 关键词:嵌岩桩作用机理承载力 Abstract: This paper analyzes the bridge rock socketed pile mechanism, discusses the highway and bridge rock-socketed pile foundation design - calculation formul

2、as for bearing capacity in the current specification, combined with the actual situation of rock socketed pile foundation, puts forward some views, for your reference. Key words: rock socketed pile; mechanism; bearing force 中图分类号: U412.36文献标识码:A文章编号：2095-2104（2012） 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

3、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。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/d<5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。 2、嵌岩桩的定义 对于嵌岩桩的定义，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。在国内，建筑桩基设计规范规定桩端嵌入中等风化程度以上的岩层的桩称之为嵌岩桩。公路桥涵地基与基础设计规范虽没有对嵌岩桩昨明确

4、规定，但其隐含的定义式：桩端嵌入微风化岩或新鲜的岩层的桩就可称其为嵌岩桩。 综上认为：桩端支撑于中等风化程度以上的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。嵌岩桩身底端有一定长度嵌入基岩体中，其目的是使桩身与基岩结为一体,以提高桩的稳固性与承载能力。嵌岩桩一般要求穿过土层和风化层嵌入到微风化或完整基岩中。 嵌岩桩的施工可采取人工挖孔和机械成孔两种方式，由于成桩工艺的不同，其承载性状存在一定的差异。考虑岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体，按其风化程度一般分为未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化5个等级，桩底嵌入不同特性的岩体中的嵌岩桩其特性也不同，其差异是由岩体

5、特性的差异所引起的。 3、嵌岩桩承载力计算方法要素 基于嵌岩桩已有的研究成果，设计应当针对桩端岩石情况，适当考虑上覆土层的摩阻力，通过大量的工程实践，结合公路桥涵地基与基础设计规范，提出嵌岩桩承载力计算方法 Ra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； c1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； c2根据清孔情况，岩石破碎程度等因素而定的岩层的侧摩阻力发挥系数，按表5.3.4采用； Ap桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积 frk岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然

6、湿度单轴抗压强度标准值，当frk小于2MPa时按摩擦桩计算； u各土层或各岩层部分的桩身周长（m）； hi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； s覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端确定：当2MPafrk30MPa时，s=0.2； qik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）孔桩按公路桥涵地基与基础设计范表5.3.3-1选用，对于沉桩按地基规范表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。 3.1、上覆土层侧阻力发挥系数研究 上覆土层侧阻力发挥系数s可采用下式

7、计算： s= （式1） 由以上公式可知嵌岩桩上覆土层侧阻力由土层极限侧阻力标准值和发挥系数决定。土层极限侧阻力通常有勘察报告提供，而土层侧阻发挥系数受桩长、桩径、成桩工影响。 1挖孔嵌岩桩 依据相关统计资料求得具有95%保证率的土层侧阻系数 s-1.645S=0.97（式2） 总的来说，随长径比的增大，土层的侧阻力的发挥程度越大。 3.2钻孔嵌岩桩 钻孔软质嵌岩桩，根据相关资料可求得具有95%保证率的土层侧阻系数 s-1.645S=0.89（式3-1） 钻孔硬质嵌岩桩，根据相关资料可求得具有95%保证率的土层侧阻系数 s-1.645S=0.68（式3-2） 由上述计算结果，可以保守估计覆盖土层

8、的侧阻力发挥系数； 当frk<15MPa时，s=0.8； 当frk1530MPa时， s=0.5； 当frk >30MPa时，s=0.2 3.3嵌岩段侧阻和端阻系数分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范，采取相同的系数c1和c2 （2）对于钻孔桩，系数C1、C2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，C1、C2应分别乘以0.75的折减系数。 4、公路桥梁嵌岩桩基础设计应注意的问题 4.1正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型 通常认为，凡嵌岩桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层

9、侧阻力。实际上，大量现场结果表明：桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径比、桩底沉渣厚度等因素有关。 一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比l/d的增大，侧阻力也相应增大；只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对l/d>1520的泥浆护壁钻(冲)孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于l/d40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。在某些地区，泥质软岩

10、嵌岩灌注桩l/d>45时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于20%。究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，至使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比l/d的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。 同时，传递到桩端的应力也随嵌岩深径比hr/d的增大而减小。当hr/d>5时传递到桩端的应力接近于零；但对泥质软岩嵌岩桩，hr/d=57时，桩端阻力仍可

11、占总荷载的5%16%。 由此可见，端承桩和摩擦桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。 4.2准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度 在以往的设计中，经常把嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力，仅取决于桩底处岩石的强度和嵌入基岩的深度，以及清孔情况、岩石破碎程度等因素。实际上，只有在嵌岩桩在清孔绝对干净，桩底处于理想支撑，桩底岩石完整且强度很高时，桩的竖向位移很微小，桩基才表现为典型的端承桩。实际工程中，只有当桩基长径比较小，土层侧阻力占比例不大时，桩基主要表现为端承桩的特征。 桩基嵌入基岩的深度通常的理解是桩必须嵌入新鲜基岩

12、，而不论其上面风化岩层的强度如何。有的强风化硬质岩(如花岗岩)，其极限强度往往大于极软岩新鲜岩的强度。说明一般硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都相当高，不考虑这些层次的嵌岩深度，一律要求嵌入新鲜基岩是不妥的。按照这个原则，在风化层很厚的情况下，桩基嵌岩很深。在设计上，必然导致计算承载力远小于实际极限承载能力；在施工上，则会导致工程量的增大，工期的延长。 工程试验证明，当岩面较平整，桩的嵌岩深度h>2d时，桩侧嵌固力约占总荷载50%以上。随着嵌固深度增加，承载力也随之增大。但嵌固深度h>3d时，承载力增长不大。目前规范中没有对h规定限值，也没有随h值增大而设定相关的折减系数。因

13、此，在桩基设计实践中，当桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，不妨考虑加大桩径。 在桥梁工程桩基设计中，经常会遇到两软弱岩层之间穿越强度很高的一定厚度的岩层(夹层)，或者有些地区溶洞比较发育。如果这种夹层厚度不够承载厚度要求，钻孔桩就需要穿越夹层，以达到持力层，这对施工机械和施工进度都是极大的考验。 对桩底基岩厚度的确定，主要有三个条件：(1)不考虑桩身周围覆盖土层侧阻力，嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求0.5m；(2)要求桩底以下3倍桩径范围内无软弱夹层、断裂带、洞隙分布；(3)在桩端应力扩散范围内无岩体临空面。对于一般夹层，只要满足前

14、两个条件即可作为持力层。对岩溶地区桩基，由于岩体形状奇特多变，岩溶洞隙的分布毫无规律，现有勘探手段难以事先查明它的准确位置及大小，导致工期延长、工程费用增加。基于计算所需的边界条件十分复杂，而岩溶地基比一般岩石地基影响因素更多，以前通常要求桩端下有4m、5m或5倍桩径持力层厚度，对于不同桩径、不同的单桩承载力，如果同样要求基桩端面以下有5m完整基岩，两者的可靠度是不尽相同的。为使桩基设计经济合理，应根据经验值和试算数值相结合的方法来确定嵌岩深度及桩端持力层厚度。 5、结语 嵌岩桩具有承载力高,抗震性能好,桩基沉降小,群桩效应弱等优点,在桥梁工程等方面得到大量使用。在公路桥梁建设中,桩基嵌岩桩已成为采用较为广泛的基础形式，因而研究公路桥梁嵌岩桩基础设计，了解公路桥梁嵌岩桩承载力计算公式及作用机理,对我们日后研究具有重要的意义。 参考文献： 1 GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范S.