《規(guī)范講課嵌巖樁》PPT課件

1、橋梁嵌巖樁承載力研究橋梁嵌巖樁承載力研究 教授教授 2022年年2月月10日日1;.1.1.前言前言 傳統(tǒng)觀念一直把嵌巖樁作為端承樁來設(shè)計(jì)，完全不考慮其樁側(cè)阻力。傳統(tǒng)觀念一直把嵌巖樁作為端承樁來設(shè)計(jì)，完全不考慮其樁側(cè)阻力。大量的實(shí)測(cè)資料表明，嵌巖樁即使是在無覆蓋層條件下或長徑比大量的實(shí)測(cè)資料表明，嵌巖樁即使是在無覆蓋層條件下或長徑比L/d5L/d5的短樁，也并非一律的短樁，也并非一律是端承樁。是端承樁。忽視上覆土層側(cè)摩阻力和嵌巖段巖層側(cè)摩阻力，把樁端嵌入微風(fēng)化程度以上的基巖，套用忽視上覆土層側(cè)摩阻力和嵌巖段巖層側(cè)摩阻力，把樁端嵌入微風(fēng)化程度以上的基巖，套用規(guī)范盲目加深嵌巖深度或擴(kuò)大樁端尺寸，無

2、助于調(diào)動(dòng)基巖的承載能力，卻造成浪費(fèi)并增加規(guī)范盲目加深嵌巖深度或擴(kuò)大樁端尺寸，無助于調(diào)動(dòng)基巖的承載能力，卻造成浪費(fèi)并增加施工的難度。施工的難度。2;.1.1.前言前言 隨著對(duì)嵌巖樁承載性狀的深入研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，嵌巖樁的側(cè)阻力不可忽視，有時(shí)隨著對(duì)嵌巖樁承載性狀的深入研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，嵌巖樁的側(cè)阻力不可忽視，有時(shí)甚至成為平衡外荷載的主要反力，即嵌巖樁也可能成為摩擦樁或端承摩擦樁。甚至成為平衡外荷載的主要反力，即嵌巖樁也可能成為摩擦樁或端承摩擦樁。由于嵌巖樁受力機(jī)制復(fù)雜，現(xiàn)階段尚未認(rèn)識(shí)清楚，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過于保守。由于嵌巖樁受力機(jī)制復(fù)雜，現(xiàn)階段尚未認(rèn)識(shí)清楚，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過于保守。3

3、;.2.2.嵌巖樁的定義嵌巖樁的定義 巖石為顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。巖石的風(fēng)化程度分為未風(fēng)化、巖石為顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。巖石的風(fēng)化程度分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化5 5個(gè)等級(jí)。個(gè)等級(jí)。 國外學(xué)者多認(rèn)為：只要樁端嵌入巖體中，不論巖體的風(fēng)化程度如何、堅(jiān)硬性如何，都稱國外學(xué)者多認(rèn)為：只要樁端嵌入巖體中，不論巖體的風(fēng)化程度如何、堅(jiān)硬性如何，都稱為嵌巖樁。為嵌巖樁。 國內(nèi)：國內(nèi)：建筑樁基技術(shù)規(guī)范建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定樁端嵌入中等風(fēng)化程度以上巖層的樁稱之為嵌巖樁。規(guī)定樁端嵌入中等風(fēng)化程度以上巖層的樁稱之為嵌巖樁。 公

4、路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范隱含的定義是：樁端嵌入微風(fēng)化巖或新鮮基巖中的樁隱含的定義是：樁端嵌入微風(fēng)化巖或新鮮基巖中的樁稱之為嵌巖樁。稱之為嵌巖樁。 本研究認(rèn)為：樁端支承于本研究認(rèn)為：樁端支承于中等風(fēng)化中等風(fēng)化程度以上巖層的樁就可稱其為嵌巖樁程度以上巖層的樁就可稱其為嵌巖樁, ,不包括嵌入全不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。 4;.3.3.嵌巖樁承載力的現(xiàn)行計(jì)算方法嵌巖樁承載力的現(xiàn)行計(jì)算方法 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定當(dāng)樁端嵌入規(guī)定當(dāng)樁端嵌入“完整及較完整的硬質(zhì)巖完整及較完整的硬質(zhì)巖”中時(shí)，按下式估中時(shí)，按下式估算承載力：算承載力： 1

5、)1)只計(jì)樁端阻力只計(jì)樁端阻力 規(guī)定規(guī)定“樁周邊嵌巖最小深度為樁周邊嵌巖最小深度為0.5m”0.5m”以確保樁端與巖體面接觸。以確保樁端與巖體面接觸。 對(duì)于嵌入破碎巖和軟質(zhì)巖石中的樁，單樁豎向承載力按摩擦樁計(jì)算。對(duì)于嵌入破碎巖和軟質(zhì)巖石中的樁，單樁豎向承載力按摩擦樁計(jì)算。 5;. 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)單樁容許承載力按下式計(jì)算：對(duì)單樁容許承載力按下式計(jì)算： 2 2）只計(jì)嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力）只計(jì)嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力 h hr r樁嵌入基巖深度，不包括風(fēng)化層；樁嵌入基巖深度，不包括風(fēng)化層； R Ra a巖石天然濕度的單軸抗壓強(qiáng)度巖石天然濕度的單軸抗壓強(qiáng)度;

6、 ; c c1 1、c c2 2 根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度定的系數(shù)根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度定的系數(shù) 6;. 鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，嵌入新鮮巖石層內(nèi)的樁軸向容許承載力：規(guī)定，嵌入新鮮巖石層內(nèi)的樁軸向容許承載力： R R巖石試塊單軸極限強(qiáng)度；巖石試塊單軸極限強(qiáng)度； h h自新鮮巖面（平均高程）算起的嵌入深度；自新鮮巖面（平均高程）算起的嵌入深度； c c1 1、c c2 2據(jù)巖石層破碎程度和清孔情況規(guī)定。據(jù)巖石層破碎程度和清孔情況規(guī)定。 7;.建筑樁基技術(shù)規(guī)范建筑樁基技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）（征求意見稿） 按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： 3 3）考慮土層的側(cè)阻力、嵌巖段側(cè)阻力和端阻力）

7、考慮土層的側(cè)阻力、嵌巖段側(cè)阻力和端阻力 8;.4.4.嵌巖樁承載力計(jì)算方法嵌巖樁承載力計(jì)算方法 通過通過151151根試樁，提出嵌巖樁承載力計(jì)算方法根試樁，提出嵌巖樁承載力計(jì)算方法 單樁軸向受壓承載力容許值（kN）。 樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮； 根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； 樁端截面面積（m2），對(duì)于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積 : : 121112mnaprkiirkisiikiiRc A fuc h ful qaR1cpA9;. 樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），黏土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度

8、標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)小于2MPa時(shí)按摩擦樁計(jì)算； 根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； 各土層或各巖層部分的樁身周長（m）； 樁嵌入各巖層部分的厚度（m），不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層； m 巖層的層數(shù)，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層； 覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端 確定：當(dāng)2MPa 15MPa時(shí)， ；當(dāng)15MPa 30MPa時(shí)， ； rkf2icuihsrkfrkfs0.8rkfs0.5s0.210;. 各土層的厚度（m）； 樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)值，當(dāng)無試驗(yàn)條件時(shí)，對(duì)于鉆（挖）孔樁按本規(guī)范表5.3.3-1選用，對(duì)于沉樁按

9、本規(guī)范表5.3.3-4選用； n 土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮。ilikq11;. 嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力值嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力值QsQs采用下式表示：采用下式表示： 1 1）土層側(cè)阻系數(shù)分析）土層側(cè)阻系數(shù)分析 q qsksk土層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值的加權(quán)平均值；土層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值的加權(quán)平均值；q qsiksik第第i i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值； h hs s土層厚度；土層厚度； U U嵌巖樁穿越土層部分的截面周長。嵌巖樁穿越土層部分的截面周長。 12;. 上覆土層發(fā)揮系數(shù)上覆土層發(fā)揮系數(shù)ss采用下式計(jì)算：采用下式計(jì)算： 嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力由土層極限側(cè)阻力和發(fā)

10、揮系數(shù)決定。嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力由土層極限側(cè)阻力和發(fā)揮系數(shù)決定。 土層極限側(cè)阻力通常有勘察報(bào)告提供。土層極限側(cè)阻力通常有勘察報(bào)告提供。 土層側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)受樁長、樁徑、成樁工藝響。土層側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)受樁長、樁徑、成樁工藝響。 13;.（1 1）挖孔嵌巖樁）挖孔嵌巖樁 依據(jù)依據(jù)2929根試樁根試樁, ,可求得具有可求得具有95%95%保證率的土層側(cè)保證率的土層側(cè) 阻系數(shù)阻系數(shù) 14;.（2 2）鉆孔嵌巖樁）鉆孔嵌巖樁 依據(jù)軟巖嵌巖樁依據(jù)軟巖嵌巖樁2626根試樁，可求得具有根試樁，可求得具有95%95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)保證率的土層側(cè)阻系數(shù) 依據(jù)依據(jù)硬巖嵌巖樁硬巖嵌巖樁7 7根試樁，根試樁，可求得具

11、有可求得具有95%95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)保證率的土層側(cè)阻系數(shù) 15;. 由上述計(jì)算結(jié)果，可以保守估計(jì)覆蓋土層的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)；由上述計(jì)算結(jié)果，可以保守估計(jì)覆蓋土層的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)； 當(dāng)當(dāng)Ra15MPaRa15MPa時(shí)，時(shí)， ss=0.8=0.8； 當(dāng)當(dāng)RaRa15153030時(shí)，時(shí)， ss=0.5=0.5； 當(dāng)當(dāng)Ra 30MPaRa 30MPa時(shí)，時(shí)， ss=0.2=0.2。 16;. 參照參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范采用相同的系數(shù)采用相同的系數(shù)c c1 1和和c c2 22 2）嵌巖段側(cè)阻和端阻系數(shù)分析）嵌巖段側(cè)阻和端阻系數(shù)分析 17;.注：（1）當(dāng)入巖深度小

12、于或等于0.5m時(shí)， 乘以0.75的折減系數(shù)， 0； （2）對(duì)于鉆孔樁，系數(shù) 、 值應(yīng)降低20采用；樁端沉渣厚度t應(yīng)滿足以下要求：d 1.5m時(shí)，t 50mm；d 1.5m時(shí)，t 100mm； （3）對(duì)于中風(fēng)化層作為持力層的情況， 、 應(yīng)分別乘以0.75的折減系數(shù)。 1c2c1c2c1c2c18;.5.5.結(jié)論結(jié)論 結(jié)合國內(nèi)外研究資料可以認(rèn)為：結(jié)合國內(nèi)外研究資料可以認(rèn)為： 1 1 樁端支承于中等風(fēng)化程度以上巖層的樁就可稱為樁端支承于中等風(fēng)化程度以上巖層的樁就可稱為 嵌巖樁嵌巖樁, ,不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。 2 2 非嵌巖部分的側(cè)摩阻力不可忽視。非嵌巖部

13、分的側(cè)摩阻力不可忽視。 3 3 不同成孔方式的嵌巖樁，其承載性能也有差異。不同成孔方式的嵌巖樁，其承載性能也有差異。 4 4 按基巖性質(zhì)將樁分為軟巖嵌巖樁和硬巖嵌巖樁。按基巖性質(zhì)將樁分為軟巖嵌巖樁和硬巖嵌巖樁。 19;.二、支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)樁的受壓承載力容許值計(jì)算二、支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)樁的受壓承載力容許值計(jì)算資料：安陽地區(qū)通化大橋Sz2號(hào)采用鉆孔灌注樁試樁，樁徑為1m，樁長60.5m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，地質(zhì)情況為：淤泥質(zhì)土，埋深0-39.7m；粉質(zhì)粘土，埋深-39.7-59m；全、強(qiáng)風(fēng)化基巖，中風(fēng)化凝灰?guī)r。樁嵌巖持力層為中風(fēng)化凝灰?guī)r，巖層較完整，深度1.5m，巖石飽和單軸

14、抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值10MPa。 20;.計(jì)算公式 上述公式中參數(shù)取值如下： 為清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，查表取。 為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，查表取。 mna1prk2iirkisiiki=1i=112Rc A fuc h ful q1c0.75 0.60.452ic0.75 0.60.4521;.為樁嵌入各巖層部分的厚度（m），取1.5m，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層。為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取10，粘土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)小于2MPa時(shí)按摩擦樁計(jì)算。為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，由于2MPa 10MPa15MPa，取0.

15、8。 為各土層的厚度，本例分別取39.7m,20.9m；實(shí)際工程中應(yīng)嚴(yán)格取承臺(tái)底面或局部沖刷線以下的土層厚度。 ihrkfrkfsrkfil22;. 為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)值。由于無試驗(yàn)條件時(shí)，鉆（挖）孔樁按表選用，土層取20 kPa，土層取55kPa。 結(jié)合上述參數(shù)可以求解嵌巖鉆孔樁單樁承載力如下： * 樁身自重標(biāo)準(zhǔn)值與置換土重標(biāo)準(zhǔn)值（當(dāng)樁重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差樁身自重標(biāo)準(zhǔn)值與置換土重標(biāo)準(zhǔn)值（當(dāng)樁重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮。值作為荷載考慮。 ikq 2a0.45 3.142 1.0 /4 10000 3.142 1.0 0.45 1.5 10000 0.5 0.8 3.1421.0 (20 39.7 55 20.9) 27185.84RKN23;.三、當(dāng)河床巖層有沖刷時(shí)，樁基嵌入基巖的有效深度計(jì)算三、當(dāng)河床巖層有沖刷時(shí)，樁基嵌入基巖的有效深度計(jì)算 資料：寧川某水文站超聲波水位計(jì)水位塔基礎(chǔ)圓形灌注樁打在巖石上時(shí)，為保證水位計(jì)的安全，需對(duì)樁基入巖深度進(jìn)行有效計(jì)算。