浅析嵌岩桩设计.doc

11嵌岩桩设计一、概述嵌岩桩以其桩端嵌入岩层而得名。其在我国已广泛应用与建筑、市政、桥梁工程，港口码头工程等工程领域。由于嵌岩桩的承载现状及设计施工方法的特殊性，近年来备受我国工程界和学术界的高度关注，纷纷立题进行研究。人们传统的观念和国内外许多教科书及规范（如《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002）都曾把嵌岩桩作为端承桩的典型。许多国家规范规定当桩端嵌入完整的硬质岩层时，按桩端岩石的承载力计算单桩承载力，而不考虑其桩侧阻力。然而大量的试验研究工作表明，很多情况下增加嵌岩深度及扩大端承面积无助于调动基岩的端承作用，却更加使得施工难度增加，工程造价增大，且工期延长。因此对嵌岩桩受力机理的探讨及研究显得非常的必要。二、嵌岩桩的主要类型根据近十多年来施工工艺及设备的不断发展，目前在建筑、市政、公路桥梁、港口码头等工程领域，所应用的嵌岩桩大致可分为：而作为建筑工程中广泛采用的为等直径的人工挖孔或钻孔灌注桩以及带扩大头的人工挖孔桩。三、嵌岩桩受力基本特性国外嵌岩桩的应用与研究开展的比较早。Reese等于1668年发表了世界上比较早的一根埋设量测元件的嵌岩桩桩顶荷载随深度变化的试验报告，该报告中桩长5.5米，桩径0.76米，长径比L/d=11.7，嵌岩深度hr=4.2d(d为桩径)，持力层为岩土页岩，实测结果表明：桩端反力约占总荷载的15~25%。美国自由广场一号楼下的一根L=8.8m，L/d=3.4，嵌岩深度hr=1.65d的嵌岩桩，从成桩至上部结构竣工后持续两年多的观测表明：在不同的荷载水平下，桩顶始终有60%~70%的荷由桩侧承担，国内对嵌岩桩承载性能的研究开始于上个世纪七十年代，在四川某桥梁工地实测的一根桩径0.6m，桩嵌入砂质粉土页岩3米，无覆盖层的荷载传递曲线表明，该桩侧阻在总荷载中所占比例为88%，而桩端阻力仅为12%。80年代广东洛溪大桥嵌岩桩进入泥质砂岩3.0米，桩长28.5米，桩径1米，实际测得桩端荷载在总荷载中所占比例为11%。嵌岩桩的承载和变形性状受到许多因素的影响，十分复杂，通过国内外大量试桩资料的分析，可以将嵌岩桩的承载性能的基本特征归纳为如下几个方面：在通常情况下，当L/d<20时，Q端/Q总自100%减少到30%；当20<L/d<64时，Q端/Q总一般不超过20%，不少桩在L/d=10~15之间开始起作用。对L/d在15~20之间的泥浆护壁的冲（钻）孔嵌岩桩，不管嵌入的岩层为完整的还是风化的岩石，其荷载传递特征都具有摩擦桩的性质：即桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来。对短粗的人工挖孔嵌岩桩，其端阻力先于侧阻力发挥出来，且其端阻力可分担80%以上的荷载，明显具有端承桩的特点。嵌岩桩成为端承桩的条件大致为：a）桩短而粗，L/d很小且嵌岩不深（例如hr/d<0.5）桩底沉渣已被清除，这类桩受荷后桩身弹性压缩小，桩土相对位移和桩身整体位移都较小。b)桩虽长，但覆盖土层性质差或受水位冲刷等影响，潜在的摩阻力小，残积土或风化岩层厚度小，桩端嵌岩不深，而施工沉渣清除较好，这类桩受荷后桩端产生少量位移即能调动桩端阻力，故承担大部分桩端荷载。c)桩虽较长，但覆盖层为嵌固结土，湿陷性黄土或松散填土并且将产生负摩阻力的情况。图-6表示嵌岩桩的荷载传递曲线，从图中可以看出无论是嵌入强风化还是嵌入新鲜岩中的桩，桩身荷载（轴力）约随深度递减，这表明基岩以上覆盖土层的侧阻力在桩身变形中同样可以被调动起来。图-6嵌岩桩的荷载传递曲线a)嵌入强风岩；b)嵌入新鲜基岩4）对于嵌岩桩光滑的嵌岩桩，嵌岩段侧阻力在较小的位移就可以充分发挥，在hr=0.5时达到最大，嵌岩段侧阻的传递深度不大于5d，固而规范中也明确表示嵌岩深度大于5d无助于承载力的提高。当嵌岩段粗糙时，嵌岩段侧阻力发挥较为平稳，侧阻力传递深度较大，不出现明显的脆性破坏，承载力显著提高，沉降明显减少。5）尽管一般情况下嵌岩桩明显地表现为摩擦桩的工作现状，但由于其桩端持力层强度较高，因而群桩效应不明显。四、影响嵌岩桩承载性能的因素影响嵌岩桩承载性能的因素是多种多样的，并且各种因素的作用往往并不独立，而是结合在一起发挥作用，这就使得嵌岩桩的承载性能变化更为复杂。影响嵌岩桩承载性能的因素总体上可归纳为：①桩的嵌岩深度②桩的直径③桩端岩石和桩侧岩石的模量④桩侧岩石的粗糙度⑤桩底沉渣的厚度⑥岩石的节理发育情况⑦岩体中的应力水平桩的嵌岩深度对于承载力的影响。首先，嵌岩深度影响嵌岩桩侧阻力的分布模式和嵌岩桩的破坏形式。若嵌岩深度较浅，则桩端将形成楔形破坏面，同时，桩端发生位移及旋转，若嵌岩桩深度较深，则桩端发生锥形破坏面，相对而言，桩的承载力的后续潜力较大。其次，嵌岩深度直接影响承载力的大小。根据试验的资料，嵌岩桩侧阻系数的发挥与嵌岩深度比hr/d有直接关系，现行桩基规范中hr/d=2.0，侧阻