《規(guī)范講課嵌巖樁》

橋梁嵌巖樁承載力研究

SoutheastUniversity龔維明

教授

Saturday,March16,2024土木工程學(xué)院3/16/2024.1.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。大量的實(shí)測資料說明，嵌巖樁即使是在無覆蓋層條件下或長徑比L/d<5的短樁，也并非一律是端承樁。無視上覆土層側(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，套用標(biāo)準(zhǔn)盲目加深嵌巖深度或擴(kuò)大樁端尺寸，無助于調(diào)動基巖的承載能力，卻造成浪費(fèi)并增加施工的難度。3/16/2024.1.前言

隨著對嵌巖樁承載性狀的深入研究，人們逐漸認(rèn)識到，嵌巖樁的側(cè)阻力不可無視，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。由于嵌巖樁受力機(jī)制復(fù)雜，現(xiàn)階段尚未認(rèn)識清楚，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過于保守。3/16/2024.2.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、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化5個(gè)等級。國外學(xué)者多認(rèn)為：只要樁端嵌入巖體中，不管巖體的風(fēng)化程度如何、堅(jiān)硬性如何，都稱為嵌巖樁。國內(nèi)：?建筑樁基技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?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。?公路橋涵地基與根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?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。本研究認(rèn)為：樁端支承于中等風(fēng)化程度以上巖層的樁就可稱其為嵌巖樁,不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。3/16/2024.3.嵌巖樁承載力的現(xiàn)行計(jì)算方法

?建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定當(dāng)樁端嵌入“完整及較完整的硬質(zhì)巖〞中時(shí)，按下式估算承載力：1)只計(jì)樁端阻力

規(guī)定“樁周邊嵌巖最小深度為0.5m〞以確保樁端與巖體面接觸。對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。3/16/2024.?公路橋涵地基與根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?對單樁容許承載力按下式計(jì)算：2〕只計(jì)嵌巖局部的側(cè)阻力和端阻力hr—樁嵌入基巖深度，不包括風(fēng)化層；Ra—巖石天然濕度的單軸抗壓強(qiáng)度;c1、c2—根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度定的系數(shù)

3/16/2024.?鐵路橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，嵌入新鮮巖石層內(nèi)的樁軸向容許承載力：R—巖石試塊單軸極限強(qiáng)度；h—自新鮮巖面〔平均高程〕算起的嵌入深度；c1、c2—據(jù)巖石層破碎程度和清孔情況規(guī)定。3/16/2024.?建筑樁基技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?〔征求意見稿〕按下式計(jì)算：3〕考慮土層的側(cè)阻力、嵌巖段側(cè)阻力和端阻力3/16/2024.4.嵌巖樁承載力計(jì)算方法

通過151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〕，對于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積:3/16/2024.—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；—各土層或各巖層局部的樁身周長〔m〕；—樁嵌入各巖層局部的厚度〔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)，；當(dāng)>30MPa時(shí)，；3/16/2024.—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)，對于鉆〔挖〕孔樁按本標(biāo)準(zhǔn)表5.3.3-1選用，對于沉樁按本標(biāo)準(zhǔn)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。3/16/2024.嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力值Qs采用下式表示：

1〕土層側(cè)阻系數(shù)分析qsk—土層極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值的加權(quán)平均值；qsik—第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；hs—土層厚度；U—嵌巖樁穿越土層局部的截面周長。3/16/2024.上覆土層發(fā)揮系數(shù)ζs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)揮系數(shù)決定。土層極限側(cè)阻力通常有勘察報(bào)告提供。土層側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)受樁長、樁徑、成樁工藝響。

3/16/2024.〔1〕挖孔嵌巖樁依據(jù)29根試樁,可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)3/16/2024.〔2〕鉆孔嵌巖樁依據(jù)軟巖嵌巖樁26根試樁，可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)

依據(jù)硬巖嵌巖樁7根試樁，可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)

3/16/2024.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)Ra≤15MPa時(shí)，ζs=0.8；當(dāng)Ra＝15～30時(shí)，ζs=0.5；當(dāng)Ra>30MPa時(shí)，ζs=0.2。

3/16/2024.參照?公路橋涵地基與根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?采用相同的系數(shù)c1和c22〕嵌巖段側(cè)阻和端阻系數(shù)分析3/16/2024.注：〔1〕當(dāng)入巖深度小于或等于0.5m時(shí)，乘以0.75的折減系數(shù)，＝0；〔2〕對于鉆孔樁，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)。3/16/2024.5.結(jié)論

結(jié)合國內(nèi)外研究資料可以認(rèn)為：1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,不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。2非嵌巖局部的側(cè)摩阻力不可無視。3不同成孔方式的嵌巖樁，其承載性能也有差異。4按基巖性質(zhì)將樁分為軟巖嵌巖樁和硬巖嵌巖樁。3/16/2024.二、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C40，地質(zhì)情況為：①淤泥質(zhì)土，埋深0～-39.7m；②粉質(zhì)粘土，埋深-39.7～-59m；③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，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值10MPa。3/16/2024.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。

3/16/2024.為樁嵌入各巖層局部的厚度〔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≤＝10MPa<15MPa，取0.8。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)格取承臺底面或局部沖刷線以下的土層厚度。3/16/2024.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，①土層取20kPa，②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〕的差值作為荷載考慮。3/16/2024.三、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)水位塔根底圓形灌注樁打在巖石上時(shí)，為保證水位計(jì)的平安，需對樁基入巖深度進(jìn)行有效計(jì)算。書中采用的計(jì)算公式

3/16/2024.為在基巖頂面處的彎矩〔kN·m〕，