人工挖孔桩桩基疑难.ppt

建筑桩基技术规范JGJ94-2008 常用桩型及有关疑难 解析,2010.04,目录 一、人工挖孔嵌岩桩 1、概述 2、竖向受压承载力性状 3、工程桩检测 4、某工程案例解析 二、预应力混凝土管桩 三、后注浆灌注桩 四、地下水与抗浮设计 五、两类共同作用与变刚度调平设计 六、桩基础的抗震设计（液化土中的桩基设计） 七、常见问题释疑,1、概述 （1）.人工挖孔嵌岩桩适用及不适用范围 每种桩型都有其适用条件，没有一种万能的桩型可以供工程师使用。 判断人工挖孔嵌岩桩是否合适，可以参考以下几个方面： 1）地质土层分布：上覆土层较浅；有完整性较好及强度较高的基岩； 回填土最好应压实以避免施工中护壁脱落；岩溶发育地区应谨慎嵌岩； 2）水文地质条件：如果是粉、砂类土，地下水埋藏应较深以保证施工安全； 3）上部结构荷载：单桩承载力高，适合于荷载大的高层，以达到较高的 经济性；如果荷载较小，那么会造成浪费； 4）施工设备条件：没有水源的山区，制备泥浆困难； 落后地区或国家（非洲），没有先进设备 5）在地下水位较高，有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、 淤泥质土层中，不得选用。,一、人工挖孔嵌岩桩,如何理解执行“倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性 适当加大嵌岩深度”？ 地面附近基岩由于风化情况复杂，常常在一栋建筑物范围内形成坡度急剧变化的 岩面，如图，当桩基础必须嵌岩时，应合理设置嵌岩深度，并注意以下要点： （1）嵌岩深度应从岩面下端起算。 （2）嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于0.2m。 （3）对于嵌入倾斜度不大于30%的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m。,2、竖向受压承载力性状,（1）竖向受压的极限破坏模式； 上覆土层段的破坏可能在两个界面上，1）桩芯与护壁界面；2）护壁与土体界面。实际总是在第2）界面破坏。,实测桩侧阻力分布模式（1）,如图，为美国L.C.Reese等在1969年发表的一根埋设测量元件的嵌岩桩 的桩顶荷载随深度传递的实测曲线。上覆坚硬黏土层5.5m，嵌入黏土 页岩3.2m，d=0.76m，l/d=11.7，l/h=4.2。 端阻比例系数15%25%。嵌岩段阻力系数约80%。,实测桩侧阻力分布模式（2）,不管桩端是强风化还是微风化，桩端阻力都很小。 嵌岩段提供了主要的侧阻力和总阻力，上覆土层提供的阻力约20%。,嵌岩长桩和非嵌岩长桩的实测比较：上覆土层为黏性土和砂土,二者竖向荷载下的桩身应力一致，说明长桩承载力性状 与桩端持力层关系不大。上覆土层提供了主要的侧摩阻力。,A3 嵌入中风化 泥岩2.2m 60m,A1 未嵌岩 55m,端阻比例系数5%20%。,8.5.5-3，当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中，可按下式估算 单桩竖向承载力特征值：,为桩端岩石承载力特征值。,折减系数,此公式基于天然地基破坏模式，未考虑桩阻力传递机理，故仅适用于 埋藏极浅，置于岩体表面的（qpa试验即是置于岩体表面）情况。多数 工程中采用的浅层扩底基础属于这类情况。 一般的，有一定埋深、嵌入岩体一定深度的桩基础，均不宜用此公式。 否则计算承载力极低，将导致桩端直径增大或者桩数增多。,释疑：（1）人工挖孔嵌岩桩端承（型）桩 从上述表格中的数据来看，当桩稍长一些，则嵌岩桩也是摩擦型桩。 因此不应当作端承桩仅计算端阻力。但配筋时宜全长配筋。 （2）基桩有没有最短长度或最小长径比的要求？ 有人认为基桩长径比很小的情况下，桩侧阻力就可以不用考虑。下图是 美国费城自由广场一号塔楼下的一根嵌岩桩的长期观测资料。桩长8.8m，桩身 上段直径3.0m，嵌岩段直径2.6m。观测数据表明始终有60%以上的荷载由桩侧 承担。可见用最小长径比的概念来控制桩长并无意义。,右图为某工程中长度为3m的桩，嵌岩段长2m，此桩按嵌岩桩设计而非端承桩，计入嵌岩段侧阻力是必要的。,（3）计算公式,令,则,为嵌岩段侧阻和端阻综合系数。,释疑：（1）嵌岩0.5米的桩按端承还是按嵌岩桩考虑？ 应按嵌岩桩考虑。从试验来看，嵌岩段桩侧阻力占比较大，不宜忽略。 （2）桩端进入较破碎岩时能否按嵌岩桩计算单桩竖向极限承载力？ 答：宜按碎石类土提供参数并计算。 （3）利用frk计算的单桩竖向极限承载力极高以至当地没有条件进行静载荷试验时，能否用检测frk来代替单桩静载荷试验？ 答：不能。 （4）嵌岩桩通过直径为0.3m岩基平板载荷试验确定极限端阻力标准值Quk，与采用饱和单轴抗压强度标准值frk计算的结果差异较大时，用哪个结果更为合理？ 宜以岩基平板载荷试验数据为主（计算桩承载力安全系数取2，计算地基承载力安全系数取3）。但此时承载力极高，故可参考frk进行综合经验选取。从工程经验来看取用任何一个参数，结果均是以桩身强度控制。 （5）岩石单轴饱和抗压强度frk与混凝土强度标准值有何对应关系？ 岩样为圆柱体50X100mm，混凝土立方体为150mm3， 一般的圆柱体150X300mm的fcu1=0.8fcu 50X100mm的frk对150X300mmfrk1，尺寸效应系数约为1.15 那么 frk=1.15fcu1=1.15x0.8fcu=fcu,frk与fcu，不同的工程意义，这是因为： （1）frk要根据结构面开展情况（即完整程度），折减一定的系数（0.10.5）才能使用；而混凝土是不开裂的，故没有折减系数。 （2） 当前frk仅用于抗压，并且要除以2后使用，其对应的荷载效应是标准值。 混凝土强度则有多项指标。 （3）岩石受压后，同时是三向巨大侧限（围压）下工作；而混凝土的侧限是有限的。钢筋混凝土试件的抗压试验表明，围压能极大提高混凝土强度；而基岩应当同样如此，但目前的设计方法中还没有考虑此有利因素。当前的试验成果发现：基岩受压很难破坏，总是以变形控制为主。因此桩身强度常常成为控制因素。,载荷板试验，等同于在半无限空间中的测试，有类似局压的效果，因此可以 推测的是，其承载力要提高。这大概是载荷板试验数据偏高的原因。,混凝土局压强度,完整岩试验,岩体结构面,吴其芳等通过孔底载荷板（d=0.3m）试验得到增大系数1.384.50，相应的岩石frk=1.25.2MPa，载荷板在岩石中埋深0.54m。,与94规范的比较,第i层土的侧阻力发挥系数，当桩的长径比不大(l/d30)，桩端置于 新鲜或微风化硬质岩中且桩底无沉渣时，对于黏性土、粉土取0.8； 对于砂类土及碎石类土取0.7；其他情况取1.0。,08规范取消此参数，主要是考虑到基岩刚度愈大，侧摩阻力应发挥愈高， 故侧阻力发挥系数应1.0，偏于保守的取1.0。,（1）取消侧阻力发挥系数,（2）调高嵌岩承载力综合系数，尤其是极软岩、软岩frk15MPa,综合系数：,清底干净的人工挖孔嵌岩桩，还应乘以增大系数1.2。,嵌岩承载力综合系数比较,08规范的嵌岩段综合系数较94规范有所提高，但总体相对偏于安全。,（3）对于泥岩，不能用饱和单轴抗压强度，应取用天然湿度下的单轴抗压强度。 （4）94规范以微风化、中风化对岩体分类； 08规范以完整、较完整对岩石分类。结构面愈密，强度愈低。 （实际应为“微风化、中风化”的完整岩、较完整岩） （5）08规范：清底干净的人工挖孔嵌岩桩，还应乘以增大系数1.2。 94规范：无。 （6）94规范：当嵌岩段为中风化岩时，表中数字乘以0.9折减。 08规范：无。,人工挖孔大直径桩（d800mm）极限侧阻和端阻的尺寸效应 （1）人工挖孔桩上覆土层端，在桩成孔后产生应力释放，孔壁出现松弛变形，导致侧阻力有所降低，侧阻力随桩径增大呈双曲线型减小（H.Brand1.1988）。本规范建议采用如下表达式进行侧阻尺寸效应计算。,式中 d桩身直径； m 经验指数，对于粘性土、粉土，m=1/5； 对于砂土、碎石土，m=1/3。 对于嵌岩段侧阻，不需要考虑折减。 （2）端阻在基岩上，也不需考虑端阻的 尺寸效应系数。,人工挖孔嵌岩桩扩大头,扩底桩变截面以上2d长度范围内不计侧阻力。原因有二： （1）施工中土壁应力松弛； （2）受荷后扩大头下沉导致与斜壁托空， 使得斜壁附近土体应力松弛。 实测结果表明，按94规范计算的扩底桩承载力偏高。,人工挖孔嵌岩扩底桩承载力， 几乎不会在桩端土发生整体剪切破坏。 总是以变形控制。,人工挖孔桩的桩身强度： 1）因假定护壁不连续，故不考虑护壁强度，仅计算桩芯面积。 2）因护壁施工可见，桩基质量能有效控制，故成桩工艺系数较 其他桩型高，取0.9。 3）人工挖孔嵌岩桩通常全长配筋，当桩较短且粗时，箍筋加密区未设置5d，故就不利用纵筋强度；,释疑： （1）JGJ94-2008第6.6.6条 护壁配筋直径不应小于8，是否可据 土质情况好坏酌减？ 可以。比如北京地区一般土质较好，最小直径取6mm。北京地标,箍筋加密区5d时：,（2）护壁砼标号与桩填心同一标号，护壁施工每段进行振捣密度变困难，且形成大量施工缝，按施工缝处理达不到要求，不能整体起共同作用，是否不考虑护壁参加计算，即可降低护壁砼标号? 桩身承载力计算取内径而不包括护壁厚度，那么设计可要求护壁混凝土按C30C40配料，施工后护壁混凝土取芯强度达到C15也是允许的。（供参考） （3）为何竖向承载力计算时有时用桩身直径，有时用护壁外直径？ 计算桩身强度用桩芯直径；计算土对桩的支撑力用护壁外直径。 （4）地基基础设计规范中桩身强度计算，工作条件系数灌注桩取0.60.7，是强规；桩基中5.8.2条，灌注桩取0.9，应按哪条取值？ 按桩基取值。,人工挖孔嵌岩桩的检测 （1）工程桩应进行承载力和桩身质量检验。 当竖向承载力过大时，并不适合做静载荷试验（堆载平衡或锚桩平衡）。 （2）单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值应按下列规定确定： 1）对于大直径端承型桩（桩端为非基岩时，如卵石层），也可通过深层平板（平板直径应与孔径一致）载荷试验确定极限端阻力； 某些情况下，平板直径可能不与孔径一致，其实测值较实际值偏低，等于说偏于安全。 2）对于嵌岩桩，当桩端置于基岩顶面时，可通过直径为0.3m岩基平板载荷试验确定极限端阻力标准值（qpk）；当桩端进入岩层一定深度时，宜通过直径为0.3m嵌岩短墩载荷试验确定嵌岩段极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值； （见地基规范附录H），对应的设计方法应为： 3）用其他方法（如自平衡法）测得桩侧摩阻力。,1、工程概况 贵州某住宅楼，26981m2，为1+301+32层，采用框支剪力墙结构，柱网间距7.6x8.5m，主楼单柱最大轴力为30000KN/柱（设计值），裙楼单柱最大轴力为4500KN/柱（设计值）。 注：如果该设计值取自SETWE“底层柱墙内力” ，则应/1.25，作为与桩基承载力特征值Ra对应的荷载参数。 2、场地特性 该项目场地由于受附近断层活动影响，岩体差异变化较大，所在地块同时存在中风化泥岩（fak=1200Kpa）、强风化泥岩(fak=500Kpa)和中风化灰岩(fak=5000Kpa)几种承载力差异较大的岩体。通过自平衡法在泥质单元进行基桩静荷载试验，得出各项力学指标：强风化泥岩端阻力特征值795Kpa,侧阻力特征值335Kpa，变形模量43.2Mpa; 中风化泥岩端阻力特征值1650Kpa,侧阻力特征值225Kpa，变形模量79.7Mpa。,工程案例 贵州某住宅楼挖孔桩设计 剖析,3、承载力计算（剖析） 对桩芯直径2m和1.5m的桩（护壁150mm）进行计算。,2m单桩承载力特征值，按非嵌岩桩公式计算：,说明（1）上述方法为按护壁外侧计算桩侧摩阻力，应改为,计算承载力至少应提高50%。,（2）,是按干作业钻孔工艺提供的参数（有沉渣） 实际宜按“预制桩”提供参数或者通过载荷板试验确定。,如果,干作业挖孔桩（清底干净，D=800mm） 极限端阻力标准值,缺软质岩参数，可参考表5.3.5-2“混凝土预制桩”参数。,1.5m单桩承载力特征值，按非嵌岩桩公式计算：,说明（1）上述方法为按护壁外侧计算桩侧摩阻力，应改为,计算承载力至少应提高15%。 因不是按嵌岩桩公式计算，故不能乘以清底系数1.2。,计算承载力至少应提高46%。,如果,（2）,是按干作业钻孔工艺提供的参数（有沉渣） 实际宜按“预制桩”提供参数或者通过载荷板试验确定。,4、桩基布置 （1）见桩基平面布置图 （2）见基础结构平面图 优化建议：鉴于嵌岩桩承载力潜力较高，变形极小，建议提高桩基承载力， 使得桩基在柱下、墙下布置，那么承台高度可以降低，或者承台取消。 理论上讲，人工挖孔嵌岩桩，总是可以做到柱下、墙下布桩。 这是因为：上部结构柱截面由轴压比控制， Ns传递到桩顶，作用到桩身，那么 一般而言，只要（1）桩基承载力由桩身强度控制；（2）人工挖孔 嵌岩桩的桩芯面积大于柱截面面积（一般都很容易满足，抗震等级高的构件， 桩芯面积要求大一些），那么一柱一桩就够了。,所以问题的关键在于：如何使得桩基承载力由桩身强度控制？这就要求： （1）充分发挥上覆土层的侧摩阻力，计算时应取护壁外径； （2）充分发挥嵌岩端侧摩阻力。嵌岩深径比，较硬岩、坚硬岩在1.0左右 经济效益比较好；对于较软岩则在13左右，极软岩、软岩则可能在4