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关于嵌岩桩承载力的探讨

关于嵌岩桩承载力的探讨 2011年12月09日 来源： 1.概述　　建筑基桩穿过覆盖层嵌入基岩中(嵌固于未风化岩中不小于0.5m)称为嵌岩桩。由于基岩强 度较高，压缩性极小，嵌岩桩能提供很高的承载力。同时嵌岩桩沉降也很小，建筑物沉降在 施工过程中便可完成。由于嵌岩桩具有这些优点，因而在工程设计，尤其是高层建筑及大型 构筑物中被广泛采用。　　在工程实践中，有些设计者认为嵌岩桩均为端承桩，只具有端阻力，不考虑土层侧阻力。这 种计算模式与许多工程实际不符。其实，对不同的工程地质条件，桩的几何尺寸及成桩工 艺，嵌岩桩表现出不同的承载性状。对于桩端为基岩，桩周土层为不太弱的情况且长径比L/ D＞35的嵌岩桩，桩侧阻力是不容忽视的，这一点已为大量现场试验结果所证明。2.嵌岩桩的承载性状　　由于嵌岩桩的荷载--沉降性状受多种因素影响，很难作出准确的预计。因而我们只能对嵌 岩桩的承载性状进行 基本分析。嵌岩桩的桩顶沉降主要由二部分组成：①桩身混凝土的弹性压缩；②桩底基岩的 应变。这二种分量的相互关系受荷载传递机理的支配。施加在桩顶的荷载通过桩端阻力和桩 侧阻力传递给桩周的土体和桩底的基岩，(其中桩侧阻力包括桩周土体侧阻力和嵌岩段侧阻 力)桩底基岩和桩周土体应变的相对大小，决定着桩端阻力和桩侧阻力的发挥程度。各位移 分量的大小取决于桩的几何形状、荷载大小、成桩工艺及桩底基岩桩周土体和桩身混凝土的 弹性模量。　　对于嵌入软质基岩，桩周为均匀硬土层且长径比L/D较大的嵌岩桩。桩侧阻和端阻充分发挥 所需的极限相对位移同桩周土体和桩底基岩的强度有关，强度越高所需的极限位移越小，强 度越低则所需的极限位移越大。当桩底基岩较软，长径比较大时，桩顶荷载作用下，桩身位 移相对较大，桩周土体强度较高时，其发挥极限侧阻所需位移相对较小，故桩侧阻力首先达 到极限值。此时桩端阻力尚未达到极限值。这种嵌岩桩，其端阻只占桩总承载能力的一部分 。可称为端承摩擦桩(侧阻占大部分)或摩擦端承桩(端阻占大部分)。　　对于穿过均匀软土层嵌入硬质基岩中的嵌岩桩，由于桩底基岩强度很高，桩底位移很小，桩 身位移也不大，此时，桩周土体发挥极限侧阻所需相对位移尚未达到，桩侧阻力无法充分发 挥。而硬质基岩所需极限位移能够达到，使桩端阻力得到充分发挥。这种嵌岩桩称为端承桩 。　　实际工程中的情况远比上述两种情况复杂。嵌岩桩在不同地质条件和几何尺寸下，表现端承 和摩擦两种不同的承载性状。　　值得注意的是，嵌岩桩桩端嵌岩段的单位侧阻力比土层高得多。由于该部分侧阻的剪切破坏 发生于桩-岩界面(对坚硬完整岩体)或靠近桩侧表面的岩体中(对软质或风化破碎岩体)，主 要表现为(a)岩体侧阻达到极限所需的相对位移比土体小得多；(b)在侧阻力的作用下完整基 岩一般呈脆性破坏。表1给出部分岩体的极限侧阻所需位移的经验值。　　　　　表1　发挥极限侧阻对应的相对位移〔3〕岩石名称破碎砂质粘土岩和细砂岩完整细砂岩完整石灰岩和花岗岩s(mm)43≤2　　从表1中可以看出，在相对位移非常小的情况下，桩端嵌岩段的侧阻力就可充分发挥。 所以在嵌岩桩承载力确定时，应充分考虑其承载作用。　　嵌岩桩的最佳嵌岩深度为3倍桩径，超过3倍桩径时，承载力增长不大。因其具有较高的承载 力，桩身最小配筋率应不少于1%，砼强度等级应不低于C20。此外，成桩工艺对嵌岩的承载性能有重要影响。一般情况下，钻(冲)孔成桩过程中，孔底总 会残留一部分沉渣形成可压缩性“软垫”，“软垫”的压缩增大了嵌岩桩桩体与岩(土)体的 位移，使桩侧(桩身和嵌岩段)阻力得以充分发挥。增大了端阻充分发挥所需的极限位移。使 嵌岩桩表现更多的摩擦桩性状。人工挖孔的嵌岩桩由于人工清底，在“干”作业情况一般无 “软垫”现象，其承载性状只与地质条件和桩几何尺寸有关。3.钻(冲)嵌岩桩的分类 　　通常嵌岩桩可按基岩岩性，覆盖层土性，桩长径比L/D和成桩工艺考虑其端承和摩擦特性。　　符合下列条件之一的嵌岩桩可按端承桩计算：　　1.桩端持力层在中风化硬质岩(如花岗岩)和微风化软质岩(如砂岩)中，且长径比L/D≤10冲 钻孔桩和长径比L/D≤12的人工挖孔桩。　　2.当长径比L/D比较大，而桩侧处于沿海厚层或巨厚层软土中(如淤泥)其承载力主要靠嵌岩 段侧阻和端阻承担的桩。　　符合下列条件之一的嵌岩桩应考虑其摩擦桩特性：　　1.当L/D≥40，嵌岩桩端在设计荷载下，其承载作用很小，上部荷载主要由桩侧摩阻承担， 属于摩擦桩〔3〕。　　2.对于L/D＞15-20的泥浆护壁冲钻孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，其荷载 传递具有一般摩擦桩的特性，即桩侧阻力先于端阻力发挥出来，桩端分担的荷载较小，属于 摩擦桩〔3〕。　　3.当混凝土桩的孔底沉碴厚度超过规范规定，因嵌岩桩存在“软垫”，桩的承载性状均成 为摩擦桩或摩擦端承桩(当沉碴比较薄时)。4.嵌岩桩承载力的确定　　根据《建筑桩基技

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