巖基中樁墩基礎(chǔ)的端部設(shè)計(jì)

巖基中樁墩基礎(chǔ)的端部設(shè)計(jì)針對(duì)巖溶地區(qū)較普遍的石筍(芽)地基、風(fēng)化巖石地基地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范及已建工程試驗(yàn)資料，討論垂直荷載作用嵌巖樁、橫向荷載作用下嵌巖樁、擴(kuò)底樁以及樁底加設(shè)錨桿等有關(guān)樁(墩)基礎(chǔ)的端部設(shè)計(jì)問題。引言山區(qū)的一般巖面離地面較近，覆蓋土層不厚，工程中常采用變形小承載力高的基巖為持力層的大直徑灌注樁基礎(chǔ)(樁徑大于800mm，又稱為墩)。為了提高單樁承載力，保證樁基的穩(wěn)定性，常根據(jù)具體地質(zhì)條件(如覆蓋地層厚度及工程性質(zhì)、巖石風(fēng)化程度及地下水)、荷載性質(zhì)、荷載大小和施工條件，將樁端嵌入較完整基巖內(nèi)一定深度(嵌巖樁)，或?qū)兜酌娣e擴(kuò)大(擴(kuò)底樁)，或在樁底加設(shè)錨桿錨進(jìn)基巖一定深度。現(xiàn)行各有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)上述樁端形式相應(yīng)的單樁承載力的確定，雖已提出計(jì)算模式，但各規(guī)范并不完全統(tǒng)一，同時(shí)各計(jì)算模式也難以全面考慮不同地質(zhì)條件的影響因素。因此本文針對(duì)巖溶地區(qū)石筍(芽)地基嵌巖樁、風(fēng)化帶中碎裂結(jié)構(gòu)基巖的擴(kuò)底樁承載力計(jì)算及錨桿的應(yīng)用等問題進(jìn)行討論。1豎直荷載作用下嵌巖樁計(jì)算玻工程設(shè)計(jì)汁中分別根街據(jù)豎直荷聲載、橫向脹荷載采用銹相應(yīng)的單砍樁承載力由計(jì)算式確收定其嵌巖僻深度，選僻取其中較伏大值作為脾控制深度服，并應(yīng)滿培足構(gòu)造要敗求。我國角現(xiàn)行規(guī)范陰中對(duì)嵌巖疤樁豎直單蜂樁承載力紹提出了兩糕種計(jì)算模破式，一種炕是建筑地指基基礎(chǔ)規(guī)集范喂(GBJ表7犬—柳89瞧)棚的計(jì)算模左式：只計(jì)服算基巖端臺(tái)阻力，嵌蒼巖深度按趨構(gòu)造要求蒙確定，不投小惰于駁0.5彩m倆，要求樁構(gòu)底以下三齒倍樁徑范榴圍內(nèi)無軟令弱夾層、析斷裂帶、初洞隙分布赤；在樁端陜應(yīng)力擴(kuò)散洗范圍內(nèi)無蜂巖體臨空宣面，當(dāng)樁聰?shù)字苯又迷河诨鶐r，蘋其間無虛哥土存在時(shí)叼其巖石地鉗基承載力拳，可采用揉巖基載荷智試驗(yàn)方法夢(mèng)確定，也改可采用巖責(zé)石飽和單滅軸抗壓強(qiáng)遭度標(biāo)準(zhǔn)值鴿乘以考慮澡巖石風(fēng)化惡程度等影爽響因素的減折減系數(shù)盲。第二種詢是建筑樁采基技術(shù)規(guī)派范蠅(JGJ翼9剃4孟—挖94們)溉的計(jì)算模年式：不僅沈考慮計(jì)算饑嵌巖段端吊阻和側(cè)阻忍力，而且竄還計(jì)算樁運(yùn)身周圍覆軟蓋土層側(cè)結(jié)阻力。點(diǎn)圖繞1兩種計(jì)算模式的不同點(diǎn)是側(cè)阻力是否計(jì)算。其共同點(diǎn)是：對(duì)巖面起伏不大的較完整基巖，均可采用巖石單軸抗壓強(qiáng)度為計(jì)算承載力的計(jì)算參數(shù)。第二種模式是綜合近十年來的大量模型與原型試驗(yàn)研究成果和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)提出的，比較符合實(shí)際；但是對(duì)巖溶地區(qū)石筍地基，由于巖體形狀奇特多變，多為大小不等的石芽柱體，加之處于地表以下很難查明，如果樁端位于圖1所示石筍部位，由于嵌入段樁側(cè)孔壁巖體很薄，巖坡面與樁壁夾角δ小于樁側(cè)壓力擴(kuò)散角θ，根據(jù)文獻(xiàn)［1］，θ角可視為在平整巖基達(dá)到極限破壞時(shí)巖體破裂角，與巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rc有關(guān)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，θ=Rc/2.1；因此嵌入段樁側(cè)石筍不能按照巖面平整巖體一樣傳遞荷載，主要由樁底傳遞荷載，故石筍地基可不計(jì)入嵌巖段側(cè)阻力。另外，由于山區(qū)覆蓋土層不厚，樁徑比較小(一般不大于8～10)，樁土間相對(duì)位移很小，一般不足5mm，而粘性土發(fā)揮極限側(cè)阻力對(duì)應(yīng)的相對(duì)位移一般為5～7mm，因此，樁側(cè)土的側(cè)阻力不能充分發(fā)揮則可以不計(jì)。綜上所述，石筍巖基的嵌巖樁豎向單樁承載力可采用第一種計(jì)算模式，即不計(jì)樁側(cè)阻力，只計(jì)樁端阻力；還有樁底石筍體橫截面很小可能與樁底面大小相近，巖體受力狀態(tài)與柱體受壓狀態(tài)相似，又根據(jù)已建工程試驗(yàn)結(jié)果及分析［2］，由載荷試驗(yàn)確定地基承載力設(shè)計(jì)值一般大于單軸抗壓強(qiáng)度確定的地基承載力f=6000kPa，在現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)加至67900kPa，基巖未出現(xiàn)任何破壞跡象。因此，為安全起見，石筍地基不宜采用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定地基承載力，巖石地基承載力按巖石飽和或天然濕度(泥質(zhì)巖石)條件下單軸受壓強(qiáng)度乘以折減系數(shù)計(jì)算比較安全可靠。2橫向荷載作用下嵌巖樁的計(jì)算們當(dāng)覆蓋土亞層很薄，偷橫向荷載皆較大時(shí)，擇還需將樁邀端嵌入基渡巖一定深領(lǐng)度，以保守證樁基的具穩(wěn)定性。爆計(jì)算時(shí)如曬不考慮覆及蓋土層的版作用，嵌唱入基礎(chǔ)的稿深度則與涉嵌固幫處雪(驢完整巖石莫面饅)曬的內(nèi)力及亞巖石強(qiáng)度舌有關(guān)，根擺據(jù)文獻(xiàn)蛾［渴3僚］嵌巖深舟度桐(h未)待一般有兩街種近似計(jì)朱算方法，恭第一種方黑法：不考鑄慮水平剪芽力飛Q暖作用，假灣設(shè)嵌固處芬的彎矩由冶嵌入段側(cè)和壁巖層承腥擔(dān)，樁底開不考慮抵衫抗彎矩，薄如私圖嶺2嗚所示，要粥求宣：芒σ呆max啦≤養(yǎng)KC猶B嬌；式瓣中唱K給為水平方宜向與豎向座巖石強(qiáng)度購之比拜，切K=0.輩5掩～搶1.子0控；誤C塌為考慮裂晚隙影響的爭(zhēng)折減系數(shù)妖，澇C限≈瀉0.暖5客；鉤R桐為墳d=線7警～攝10c慧m伶、試件天高循≈摔d(泰d臉為樁宮徑炊)哥，天然濕開度條件下拔巖石單軸組極限抗壓牢強(qiáng)將度淘(kPa撞)嘗。由靜力言平洽衡凝(守∑毅M=0誤)瓜得：午圖勁2圖3第二種方法是近似考慮嵌固處(完整巖石面)水平剪力Q所引起彎矩的影響，圖3所示。當(dāng)M和Q同時(shí)作用時(shí)，可在h/2處施加一對(duì)大小相等、方向相反的水平力Q和附加力Qh/2，則總力矩為M+Qh/2。參照第一種近似法，則得：以上兩種近似法均未考慮樁底作用，也未考慮剪力Q作用對(duì)嵌入段側(cè)壁巖層產(chǎn)生的均勻壓力，對(duì)于完整巖石，巖面較平，嵌入段側(cè)壁較厚是安全的；但對(duì)圖1石筍處的嵌巖樁，因側(cè)壁可能很薄(不易查明)，可能不能承擔(dān)彎矩M的作用，更不能承擔(dān)彎矩、剪力同時(shí)作用。由上述，則對(duì)石筍地基的橫向荷載作用下的嵌巖深度不能盲目的采用上述兩種近似方法。為安全起見，建議考慮樁側(cè)覆蓋土層及嵌巖段巖石作用，采用m值法計(jì)算，對(duì)于h＜2.5/α的剛性樁，可按如圖4假設(shè)計(jì)算，圖中ω為基底中心A點(diǎn)轉(zhuǎn)角，PA為嵌入段底部樁側(cè)巖層水平阻力，依據(jù)∑MA=0，可得：依據(jù)∑x=0，可得PA，因石筍處嵌入段側(cè)壁巖層可能很薄，不能承擔(dān)PA，故令PA=0，即得：因此：掉式中時(shí)：盜舟h恨—死—取樁頂覆蓋陽土層以下被樁的總深葵度褲C肉0雄—抹—繪巖石地基我彈性抗力識(shí)系數(shù)嚴(yán)m(xù)世—?！J樁周土體朝的側(cè)向比霧例系數(shù)控b送0溪—魔—她樁的計(jì)算衡寬度飲W猶—富—是基底截面淚模量博圖磁4這種方法確定深度，除非覆蓋土層很厚，m值很大，否則難滿足要求，只得加大嵌入石筍內(nèi)一定深度，這樣顯然不經(jīng)濟(jì)。3擴(kuò)底樁設(shè)計(jì)擴(kuò)底樁一般用于基巖承載力低于樁身材強(qiáng)度的中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖石地基。擴(kuò)底端(擴(kuò)大頭)底面有鍋底形及平底形，前者可以減小地基沉降量；但因巖石地基沉降變形小，同時(shí)為方便施工，一般采用平底坑，其單樁承載力也有兩種計(jì)算模式，即一種只計(jì)算端阻力，或按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；另一種不僅考慮端阻力，同時(shí)也考慮擴(kuò)大頭變截面以上的樁側(cè)巖土阻力。工程實(shí)踐及試驗(yàn)研究表明，大直徑擴(kuò)底樁受力機(jī)理不同于等截面樁，也不同于淺基礎(chǔ)，因而后一種計(jì)算模式比較符合實(shí)際。近期頒布的《建筑樁基礎(chǔ)規(guī)范》及《高層建筑巖土工程》勘察規(guī)程(JGJ72—90)均采用后一種模式。如前所述，當(dāng)覆蓋土層不深、樁長較短時(shí)，樁側(cè)覆蓋土層側(cè)阻力不易發(fā)揮，可以不計(jì)，JGJ72—90規(guī)定樁身長度小于6m時(shí)，不宜計(jì)算樁身摩阻力；樁身長度超過6m可以計(jì)算樁身摩阻力，但宜扣除兩倍擴(kuò)大頭斜面高度段的摩阻力。工程實(shí)踐試驗(yàn)證明對(duì)于中等風(fēng)化巖石，可根據(jù)巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度計(jì)算端阻和側(cè)阻；對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖層，由于巖土范圍太廣，上至中風(fēng)化巖石下限，下至松散殘積土，抵抗變形能力及承載能力變化也較大。如圖5為一組不同風(fēng)化程度白云巖，巖基載荷試驗(yàn)荷載P與沉降變形S關(guān)系曲線［2］，1、2線試點(diǎn)基巖為碎塊及白云砂混合(挖掘取樣分析各約50%)，比例界限平均為640KPa，相應(yīng)沉降量為2.0mm；3線試點(diǎn)基巖裂隙閉合，巖塊面顯白砂；4線試點(diǎn)基巖為接近中風(fēng)化，裂隙閉合，有一定結(jié)合力，用手可拆開，可挖掘；3、4兩試點(diǎn)均加載至3000KPa，P～S曲線仍呈線性關(guān)系，未見破壞。從上述試驗(yàn)結(jié)果說明，風(fēng)化巖基套用松散碎石類土的經(jīng)驗(yàn)值不一定恰當(dāng)，宜采用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。該工程選擇風(fēng)化程度與4試點(diǎn)相近的基巖為持力層。試驗(yàn)證明，樁受力后擴(kuò)大頭斜面與相連的土層脫開，因此為了確定地基側(cè)阻力與端阻力，該工程在試點(diǎn)3處，如圖5(b)，采用底部脫空嵌巖樁求其平均摩阻力。樁徑D=300mm，樁長分別為450mm、500mm；相應(yīng)P～S曲線為圖5中5、6線，可以看出長樁的摩阻力大于短樁的摩阻力。因此按短樁的比例界限(Pr=120KPa)作為強(qiáng)風(fēng)化巖層側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)S=3.8mm相應(yīng)的P值(P=2000KPa)作為端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。這樣按4點(diǎn)要求確定持力層，按3點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)確定端阻力、側(cè)阻力進(jìn)行設(shè)計(jì)，未作變形計(jì)算，多個(gè)實(shí)際工程證明是安全可行的。因此對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化基巖，采用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定端阻力和摩阻力比較安全可靠。圖5(a)p～s曲線；(b)底部脫空嵌巖樁4錨桿的應(yīng)用市錨桿過去洞多用于巖膊土邊坡工屬程，當(dāng)今惑也是高層芽建筑在巖資基中各種皇基礎(chǔ)形式苗的一種很余好的輔助柴措施，如酷《鋼筋混廳凝土高層艱建設(shè)結(jié)構(gòu)純?cè)O(shè)計(jì)與施拳工規(guī)程哥》諒(JGJ隊(duì)3仍—亡91氣)形明確規(guī)定肆當(dāng)基礎(chǔ)落戲在巖石上椒時(shí)，可不土設(shè)地下室條，但應(yīng)采領(lǐng)用地錨等末措施；又凈如當(dāng)?shù)叵聽渴衣裆钚『鲇跇?gòu)造要姻求時(shí)，可傍在支立于理巖面的基拜底加設(shè)錨動(dòng)桿或其它針錨固措施鹿，錨固于槍完整基巖贈(zèng)內(nèi)。錨桿晉用于巖基毛中樁墩基盯礎(chǔ)主要有感兩種目的誦，一種是丘為了承受盆由橫向荷復(fù)載產(chǎn)生的昨上拔力；殼另一種是析是為了改引善基巖受鎖力條件，磁保證樁基擾穩(wěn)定，分話別討論如德下。好當(dāng)橫向荷峰載很大，偉覆蓋土層殃很厚，雞按趁m綱值法計(jì)算晃，樁入土竊深度不能繼滿足要求萍。如果不虧考慮覆蓋訪土層作用船，采用將鏟樁端嵌入份完整巖石叫內(nèi)又無條紐件，如前觀所述石筍晝地基情況壟，則可采恰用錨桿。殖錨桿設(shè)計(jì)幫計(jì)算可按弄《建筑地告基基礎(chǔ)設(shè)你計(jì)規(guī)范》廁執(zhí)行，據(jù)滅資料路［壯4屬］介紹，守按計(jì)算錨依桿在巖層騎中所需的熔錨固長度娛一般只需蜻要昌2嚼m(xù)聯(lián)就能滿足留要求。但報(bào)在實(shí)施時(shí)毫，為了保西證巖層中零錨桿的可?？啃裕毮娣纻€(gè)別被肥裂隙分割委的巖塊承謝受拉力后澆發(fā)生松動(dòng)株。因此，難建議應(yīng)使啟用灌漿錨箱固段達(dá)到突巖層內(nèi)尊部周(朗除去表面斑風(fēng)化叨層李)提的深度不波小魯于督4袍m吼。調(diào)在巖溶地礙區(qū)，地面絲以下巖面蹤起伏，石厚筍體形復(fù)玉雜，樁端始嵌入石筍述中的位置關(guān)不同，巖冷體內(nèi)部各粗處應(yīng)力狀趟態(tài)也不同重，個(gè)別處少還可能出冒現(xiàn)拉應(yīng)力茄。如果在順樁底采用肉錨桿穿過忙拉應(yīng)力區(qū)闖伸入到較手深的基巖聲內(nèi)，就可貿(mào)改善巖體憤受力狀態(tài)僅，通過錨暑桿施工鉆劫孔過程，汽還可查明培在樁底巖凳體內(nèi)是否梅有軟弱夾賓層溶洞。搶當(dāng)樁端處役于石筍坡反面時(shí)，采社用錨桿可顏防止樁端昆滑移以及率樁底順坡鈔面巖層曲歌折破壞。嚷5喪贈(zèng)結(jié)論及討查論創(chuàng)工程試驗(yàn)影證明葡［剩1栗］串，當(dāng)巖面以較平整，賓樁的嵌巖乒深度超甩過織2帶倍樁徑時(shí)前，樁側(cè)嵌真固力約占魯總荷耀載撇50亦%涼以上。隨弊著嵌固深柄度增加，狹承載力也默隨之增大框。但嵌固襯深度超匙過控3悟倍樁徑以爪上，承載罰力增長不務(wù)大，則嵌跪固深度不琴宜過大。營另外，在壯進(jìn)行樁端賭設(shè)計(jì)時(shí)，準(zhǔn)不僅要考民慮荷載大排小、性質(zhì)帝、地質(zhì)條蕉件、施工件條件，還畏應(yīng)注意經(jīng)維濟(jì)效果。丟如果處理嫂不當(dāng)，不麥僅給施工莫造成困難架，還將使料造價(jià)大大悠提高，據(jù)另深圳對(duì)數(shù)茂個(gè)工程概仰略統(tǒng)計(jì)蒜［轟5婚］寶，嵌入巖裳層深度占免樁長比例揪每增久加舒10皺%勤，每米樁根長平均造即價(jià)約增康加華40所%旁。如果采胸用人工挖皂樁，是不顛宜采用加只深嵌巖深環(huán)度來提高蒜樁基承載庸力的。逃關(guān)于嵌巖沸樁嵌巖深拿度構(gòu)造要越求超，禽GBJ周7標(biāo)—尿8墳9福與激GBJ9久4叼—嚼9恐4籃也不完全夾相同。前犧者要求嵌兄巖深度大物于屯0.5蝶m許，且要求驅(qū)樁底以下蒙三倍樁徑豐范圍內(nèi)巖元石比較完基整且無臨管空面。后變者要求當(dāng)絹巖面較為論平整，且池上覆土層施較厚時(shí)宜窮采枕用馬0.2賠m鉆或不小邊于型0.2慮m斧，石筍密撥布地區(qū)應(yīng)大全斷面嵌拴入基巖。奉由于人工行挖孔樁能殊直接檢查雕孔底情況離，筆者常婦按后者要待求，嵌巖罩深度取歷為匙0.2膛m逼，對(duì)于鉆捏孔線樁待(醬尤其是水煤下哭)杏筆者認(rèn)為霞采用前者胡要求的構(gòu)盲造深度較偽妥。劣圖福6鳳噸層狀塊體施地基內(nèi)的紡最大壓應(yīng)菠力圖杏(a拿)旨均勻介質(zhì)裁；違(b沖)玻α補(bǔ)=45繩°仍；扇(c躁)友α世=30班°弦；達(dá)(d檢)檔α災(zāi)=90°世對(duì)重要的圣高層建筑概，荷載較盒大須查明蘭石然筍咐(腫芽廊)晶體形及分提布情況，沙必要時(shí)可妹挖除石筍紫周圍覆蓋塌土層充填劇混凝土，鍛或鑿平石腿筍，將地禾下室底板裁直接放在娘巖面上，姜在覆蓋土誤層很薄的艷情況下，宣這也是工斥程上常見收用的方案戀。屠在分析樁穩(wěn)底溶洞頂扶板穩(wěn)定性家時(shí)，須注胡意層狀巖肌體一般為塌橫觀各向陰同性，與柳均質(zhì)各向銹同性彈性紫理論的分稅析結(jié)果是撤不同的，句扎西耶夫仙研究了傾倚斜層狀巖霉基在其層載理面方向索與荷載方兩向的夾株角掙α睛不同時(shí)的構(gòu)應(yīng)力分布俗特性斜［束6然］洞如檢圖漁6交。為說明趨巖溶分布屈的不利影陪響，現(xiàn)取握?qǐng)D錢6(d取)榨α半=蹦0營時(shí)極端情釀況討論：孫由圖可知西，所有應(yīng)熔力都直接梯沿層面方奇向傳遞，露一直傳到儉巖層末端儲(chǔ)，應(yīng)力分述布圖伸展談很深。如休果層理面枯強(qiáng)度軟弱組，沿水平盛方向擴(kuò)散牌范圍很窄糠，幾乎在侍樁底面范卵圍的巖層粥內(nèi)。如果腿在此范圍迫任何深度大處存在溶蠅洞或軟弱惜夾層，或羞當(dāng)沿水平政層理面方代向，巖層母完整性連擱續(xù)性較差纏時(shí)，則將私可能發(fā)生變沖切破壞什。因此，跟有時(shí)在樁捏端下三倍舌樁徑范圍看外有溶洞印，也可能脈是不安全屑的，因而孟重要工程右樁底須穿慚過溶洞支蘭于完整基亭巖面。參考文獻(xiàn)佩1轟彎黃求敢順記.眨嵌巖樁承垃載力的試賞驗(yàn)研玻究融.記(各全國建筑顏樁基技術(shù)鞏規(guī)范專題烈報(bào)看告魚).19互90坑2燦禮楊世潤忠冊(cè).丘巖石強(qiáng)風(fēng)藏化哈槽魔(僑帶贈(zèng))蹈中的樁墩榴基浙礎(chǔ)尊.贊見：中國匆建筑學(xué)會(huì)強(qiáng)地基礎(chǔ)學(xué)孩術(shù)委員著會(huì)撒199芝2割年論文岔集示(薄樁基礎(chǔ)專林輯辰)漆.朋太原：山瞎西高校聯(lián)畏合出版壺社掀.199辮2椅3往襪胡人禮編桌著常.父橋梁樁基戲礎(chǔ)分析和狼設(shè)簡(jiǎn)計(jì)潤.半北京：中經(jīng)國鐵道出架版社齊，盯1987歇4圍吼曾國熙等南主脅編荷.俘地基處理唇手趨冊(cè)槍.語北京：中季國建筑工衫業(yè)出版社墻，勇1994狂5蜜犁劉金礪主習(xí)編慧.拍樁基工程攀設(shè)計(jì)與施沸工技壤術(shù)獅.睜北京：中障國建材出姨版社華，泊1994戀6好梨華東水利鼓學(xué)院計(jì)編速.啞巖石力矮學(xué)粘.竟北京：水辰利出版社江，灑1981觀(P27匯2范～葛273)儉BOTT給IOM角DESI娛GNO婚FTH幣EPI宣L座E坡腫PIER煩FOUN六DATI擔(dān)