桥梁嵌岩桩承载力研究桥梁嵌岩桩承载力研究 教授教授 Wednesday, September 18, 20249/18/2024规范讲课嵌岩桩1.1.前言前言 传传统统观观念念一一直直把把嵌嵌岩岩桩桩作作为为端端承承桩桩来来设设计计，完完全全不不考虑其桩侧阻力。考虑其桩侧阻力。大大量量的的实实测测资资料料表表明明，嵌嵌岩岩桩桩即即使使是是在在无无覆覆盖盖层层条条件下或长径比件下或长径比L/d5L/d5的短桩，也并非一律是端承桩。的短桩，也并非一律是端承桩。忽忽视视上上覆覆土土层层侧侧摩摩阻阻力力和和嵌嵌岩岩段段岩岩层层侧侧摩摩阻阻力力，把把桩桩端端嵌嵌入入微微风风化化程程度度以以上上的的基基岩岩，套套用用规规范范盲盲目目加加深深嵌嵌岩岩深深度度或或扩扩大大桩桩端端尺尺寸寸，无无助助于于调调动动基基岩岩的的承承载能力，却造成浪费并增加施工的难度。载能力，却造成浪费并增加施工的难度。9/18/2024规范讲课嵌岩桩1.1.前言前言 随随着着对对嵌嵌岩岩桩桩承承载载性性状状的的深深入入研研究究，人人们们逐逐渐渐认认识识到到，嵌嵌岩岩桩桩的的侧侧阻阻力力不不可可忽忽视视，有有时时甚甚至至成成为为平平衡衡外外荷荷载载的的主主要要反反力力，即即嵌嵌岩岩桩桩也也可可能能成成为为摩摩擦桩或端承摩擦桩。擦桩或端承摩擦桩。由由于于嵌嵌岩岩桩桩受受力力机机制制复复杂杂，现现阶阶段段尚尚未未认认识识清清楚楚，导致了设计人员设计过于保守。导致了设计人员设计过于保守。9/18/2024规范讲课嵌岩桩2.2.嵌岩桩的定义嵌岩桩的定义 岩岩石石为为颗颗粒粒间间连连接接牢牢固固、呈呈整整体体或或具具有有节节理理裂裂隙隙的的岩岩体体。岩岩石石的的风风化化程程度度分分为为未未风风化化、微微风风化化、中中等等风风化化、强强风风化化、全风化全风化5 5个等级。个等级。 国国外外学学者者多多认认为为：只只要要桩桩端端嵌嵌入入岩岩体体中中，不不论论岩岩体体的的风风化化程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩。程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩。 国国内内：建建筑筑桩桩基基技技术术规规范范规规定定桩桩端端嵌嵌入入中中等等风风化化程程度度以上岩层的桩称之为嵌岩桩。以上岩层的桩称之为嵌岩桩。 公公路路桥桥涵涵地地基基与与基基础础设设计计规规范范隐隐含含的的定定义义是是：桩桩端端嵌嵌入微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。入微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。 本本研研究究认认为为：桩桩端端支支承承于于中中等等风风化化程程度度以以上上岩岩层层的的桩桩就就可可称其为嵌岩桩称其为嵌岩桩, ,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩3.3.嵌岩桩承载力的现行计算方法嵌岩桩承载力的现行计算方法 建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范规规定定当当桩桩端端嵌嵌入入“完完整整及较完整的硬质岩及较完整的硬质岩”中时，按下式估算承载力：中时，按下式估算承载力： 1)1)只计桩端阻力只计桩端阻力 规规定定“桩桩周周边边嵌嵌岩岩最最小小深深度度为为0.5m”0.5m”以以确确保保桩桩端端与与岩体面接触。岩体面接触。 对对于于嵌嵌入入破破碎碎岩岩和和软软质质岩岩石石中中的的桩桩，单单桩桩竖竖向向承承载载力按摩擦力按摩擦桩计桩计算。算。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 公公路路桥桥涵涵地地基基与与基基础础设设计计规规范范对对单单桩桩容容许许承承载力按下式计算：载力按下式计算： 2 2）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力 h hr r桩嵌入基岩深度，不包括风化层；桩嵌入基岩深度，不包括风化层； R Ra a岩石天然湿度的单轴抗压强度岩石天然湿度的单轴抗压强度; ; c c1 1、c c2 2 根据清孔情况、岩石破碎程度定的系数根据清孔情况、岩石破碎程度定的系数 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 铁铁路路桥桥涵涵设设计计规规范范规规定定，嵌嵌入入新新鲜鲜岩岩石石层层内内的桩轴向容许承载力：的桩轴向容许承载力： R R岩石试块单轴极限强度；岩石试块单轴极限强度； h h自新鲜岩面（平均高程）算起的嵌入深度；自新鲜岩面（平均高程）算起的嵌入深度； c c1 1、c c2 2据岩石层破碎程度和清孔情况规定。据岩石层破碎程度和清孔情况规定。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩建筑建筑桩桩基技基技术规术规范（征求意范（征求意见见稿）稿） 按下式按下式计计算：算： 3 3）考虑土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力）考虑土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力 9/18/2024规范讲课嵌岩桩4.4.嵌岩桩承载力计算方法嵌岩桩承载力计算方法 通过通过151151根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法 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； 根据清孔情况、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； 桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积 : : 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当小于2MPa时按摩擦桩计算； 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用； 各土层或各岩层部分的桩身周长（m）； 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； 覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 确定：当2MPa 15MPa时， ；当15MPa 30MPa时， ； 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 各土层的厚度（m）； 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）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规范表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。9/18/2024规范讲课嵌岩桩 嵌岩桩上覆土层侧阻力值嵌岩桩上覆土层侧阻力值QsQs采用下式表示：采用下式表示： 1 1）土层侧阻系数分析）土层侧阻系数分析 q qsksk土土层层极极限限侧侧阻阻力力标标准准值值的的加加权权平平均均值值；q qsiksik第第i i层土的极限侧阻力标准值；层土的极限侧阻力标准值； h hs s土层厚度；土层厚度； U U嵌岩桩穿越土层部分的截面周长。嵌岩桩穿越土层部分的截面周长。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 上覆土层发挥系数上覆土层发挥系数ss采用下式计算：采用下式计算： 嵌嵌岩岩桩桩上上覆覆土土层层侧侧阻阻力力由由土土层层极极限限侧侧阻阻力力和和发发挥挥系数决定。系数决定。 土层极限侧阻力通常有勘察报告提供。土层极限侧阻力通常有勘察报告提供。 土层侧阻发挥系数受桩长、桩径、成桩工艺响。土层侧阻发挥系数受桩长、桩径、成桩工艺响。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩（1 1）挖孔嵌岩桩）挖孔嵌岩桩 依据依据2929根试桩根试桩, ,可求得具有可求得具有95%95%保证率的土层侧保证率的土层侧 阻系数阻系数 9/18/2024规范讲课嵌岩桩（2 2）钻孔嵌岩桩）钻孔嵌岩桩 依依据据软软岩岩嵌嵌岩岩桩桩2626根根试试桩桩，可可求求得得具具有有95%95%保保证证率率的土层侧阻系数的土层侧阻系数 依依据据硬硬岩岩嵌嵌岩岩桩桩7 7根根试试桩桩，可可求求得得具具有有95%95%保保证证率率的土层侧阻系数的土层侧阻系数 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 由由上上述述计计算算结结果果，可可以以保保守守估估计计覆覆盖盖土土层层的的侧侧阻阻力发挥系数；力发挥系数； 当当Ra15MPaRa15MPa时，时， ss=0.8=0.8； 当当RaRa15153030时，时， ss=0.5=0.5； 当当Ra 30MPaRa 30MPa时，时， ss=0.2=0.2。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 参参照照公公路路桥桥涵涵地地基基与与基基础础设设计计规规范范采采用用相相同同的系数的系数c c1 1和和c c2 22 2）嵌岩段侧阻和端阻系数分析）嵌岩段侧阻和端阻系数分析 9/18/2024规范讲课嵌岩桩注：（1）当入岩深度小于或等于0.5m时， 乘以0.75的折减系数， 0； （2）对于钻孔桩，系数 、 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， 、 应分别乘以0.75的折减系数。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩5.5.结论结论 结合国内外研究资料可以认为：结合国内外研究资料可以认为： 1 1 桩端支承于桩端支承于中等风化中等风化程度以上岩层的桩就可称为程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩嵌岩桩, ,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 2 2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 3 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 4 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩二、支承在基岩上或嵌入基岩内桩二、支承在基岩上或嵌入基岩内桩的受压承载力容许值计算的受压承载力容许值计算资料：安阳地区通化大桥Sz2号采用钻孔灌注桩试桩，桩径为1m，桩长60.5m，桩身混凝土强度等级C40，地质情况为：淤泥质土，埋深0-39.7m；粉质粘土，埋深-39.7-59m；全、强风化基岩，中风化凝灰岩。桩嵌岩持力层为中风化凝灰岩，岩层较完整，深度1.5m，岩石饱和单轴抗压强度标准值10MPa。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩计算公式 上述公式中参数取值如下： 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，查表取。 为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，查表取。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩为桩嵌入各岩层部分的厚度（m），取1.5m，不包括强风化层和全风化层。为岩石饱和单轴抗压强度标准值取10，粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当小于2MPa时按摩擦桩计算。为覆盖层土的侧阻力发挥系数，由于2MPa 10MPa15MPa，取0.8。 为各土层的厚度，本例分别取39.7m,20.9m；实际工程中应严格取承台底面或局部冲刷线以下的土层厚度。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 为桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力试验值。由于无试验条件时，钻（挖）孔桩按表选用，土层取20 kPa，土层取55kPa。 结合上述参数可以求解嵌岩钻孔桩单桩承载力如下： * 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时，桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩三、当河床岩层有冲刷时，桩基嵌三、当河床岩层有冲刷时，桩基嵌入基岩的有效深度计算入基岩的有效深度计算 资料：宁川某水文站超声波水位计水位塔基础圆形灌注桩打在岩石上时，为保证水位计的安全，需对桩基入岩深度进行有效计算。 书中采用的计算公式 9/18/2024规范讲课嵌岩桩 为在基岩顶面处的弯矩（kNm），本例中取600 kNm 。 为岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，本例取4000kPa。d为桩身直径，取 0.8m。 为系数，0.51.0，根据岩层侧面构造而定，节理发育的取小值；节理不发育的取大值。本例中岩层发育较好取0.5。 9/18/2024规范讲课嵌岩桩结合上述参数可以求解灌注桩有效嵌固深度：9/18/2024规范讲课嵌岩桩