规范讲课嵌岩桩9剖析

2018/10/16
3.嵌岩桩承载力的现行计算方法
1)只计桩端阻力 《建筑地基基础设计规范》规定当桩端嵌入“完整 及较完整的硬质岩”中时，按下式估算承载力：
规定“桩周边嵌岩最小深度为 0.5m”以确保桩端 与岩体面接触。 对于嵌入破碎岩和软质岩石中的桩，单桩竖向承 载力按摩擦桩计算。
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R—岩石试块单轴极限强度； h—自新鲜岩面（平均高程）算起的嵌入深度； c1、c2—据岩石层破碎程度和清孔情况规定。
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3）考虑土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力 《建筑桩基技术规范》（征求意见稿） 按下式计算：
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4.嵌岩桩承载力计算方法
n 1 [ Ra ] c1 Ap f rk u c2i hi f rki su li qik 2 i 1 i 1 • Ra —单桩轴向受压承载力容许值（kN）。
通过151根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法
m
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 —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； • Ap —桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面 面积
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•
2）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力 《公路桥涵地基与基础设计规范》对单桩容许承 载力按下式计算：
hr—桩嵌入基岩深度，不包括风化层； Ra—岩石天然湿度的单轴抗压强度; c1、c2— 根据清孔情况、岩石破碎程度定的系数
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《铁路桥涵设计规范》规定，嵌入新鲜岩石层内 的桩轴向容许承载力：
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1）土层侧阻系数分析 嵌岩桩上覆土层侧阻力值Qs采用下式表示：
qsk— 土 层 极 限 侧 阻 力 标 准 值 的 加 权 平 均 值 ； qsik—第i层土的极限侧阻力标准值； hs—土层厚度； U—嵌岩桩穿越土层部分的截面周长。
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上覆土层发挥系数ζs采用下式计算：
• s —覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 frk 确定：当
s 0.8 2MPa≤ f rk <15MPa时， ；当15MPa≤ s 0.5 ；当>30MPa时， s 0.2 ； 时，
f<30MPa rk
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• li —各土层的厚度（m）； • 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。
• 结合上述参数可以求解嵌岩钻孔桩单桩承载力如 下：
Ra 0.36 3.142 1.0 2 / 4 10000 3.142 1.0 0.03 1.5 10000 0.5 0.8 3.142 1.0
(20 39.7 55 20.9) 6684 .29kN
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• 计算公式
Ra c1 Ap f rk u c2i hi f rki
i=1
m
n 1 su li qik 2 i=1
上述公式中参数取值如下：
c1 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
0.75×0.6×0.8=0.36
。
c2i为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的
f rk —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； c2i —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； 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；
* 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。
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三、当河床岩层有冲刷时，桩基嵌 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
MH
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• 结合上述参数可以求解灌注桩有效嵌固深 度：
600 h 2.38m 2.4m 0.5m 0.066 0.5 4000 0.8
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• s 为覆盖层土的侧阻力发挥系数，由于2MPa≤
f rk ＝10MPa<15MPa，取0.8。
• li 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。
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• qik 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，①土层取20 kPa，②土层 取55kPa。
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5.结论
结合国内外研究资料可以认为： 1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。
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嵌岩桩上覆土层侧阻力由土层极限侧阻力和发挥 系数决定。 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。
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（1）挖孔嵌岩桩 依据29根试桩,可求得具有95%保证率的土层侧 阻系数
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（2）钻孔嵌岩桩 依据软岩嵌岩桩26根试桩，可求得具有95%保证率 的土层侧阻系数
土木工程学院
桥梁嵌岩桩承载力研究
龚维明 教授
2018年10月16日
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1.前言
传统观念一直把嵌岩桩作为端承桩来设计，完全不 考虑其桩侧阻力。 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。
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c1 • 注：（1）当入岩深度小于或等于0.5m时， c2 ＝0； 乘以0.75的折减系数， （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 c2 应分别乘以0.75的折减系数。 c1 、 况，
依据硬岩嵌岩桩 7 根试桩，可求得具有 95% 保证率 的土层侧阻系数
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由上述计算结果，可以保守估计覆盖土层的侧阻 力发挥系数； 当Ra≤15MPa时， ζ s=0.8； 当Ra＝15～30时， ζ s=0.5； 当Ra >30MPa时， ζ s=0.2。
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2）嵌岩段侧阻和端阻系数分析 参照《公路桥涵地基与基础设计规范》采用相同 的系数c1和c2
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
• 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：①淤泥 质土，埋深0～-39.7m；②粉质粘土，埋深 -39.7～-59m；③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。
第i层岩层的侧阻发挥系数，查表取
0.75×0.05×0.8=0.03
。
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• hi 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。 • f rk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 f rk小于 2MPa时按摩擦桩计算。
h MH 0.066 f rkN· m），本例 中取600 kN· m。 • frk 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， ＝0.5～1.0，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。
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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。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚， 导致了设计人员设计过于保守。
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2.嵌岩桩的定义
岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。 岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、 全风化5个等级。 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。 国内：《建筑桩基技术规范》规定桩端嵌入中等风化程度 以上岩层的桩称之为嵌岩桩。 《公路桥涵地基与基础设计规范》隐含的定义是：桩端嵌 入微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。 本研究认为：桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可 称其为嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。