嵌岩桩轴向抗压承载力计算探讨

嵌岩桩轴向抗压承载力计算探讨嵌岩桩轴向抗压承载力计算探讨 中交第四航务工程勘察设计院有限公司 黄敏 马小田 摘要 通过工程实例分析 探讨中风化泥岩地区港口工程嵌岩桩轴向抗压承载力的计算方法 关键词 中风化泥岩 嵌岩桩 抗压承载力 计算 随着港口工程建设发展的需要 港口码头工程逐渐向地质条件复杂区域延伸 本文针对中风化泥岩地区港口工程嵌岩桩轴向抗压承载力的计算进行 探讨 1 港工规程关于嵌岩桩轴向抗压承载力计算的规定 港口工程嵌岩桩设计与施工规程 JTJ 285 2000 1 下称 嵌岩桩规程 规定 嵌岩桩桩端宜嵌入新鲜基岩或微风化岩中 经论证后 也可嵌入 中等风化岩中 不做静载荷抗压试验的工程 其单桩轴向抗压承载力设计值 可按下式计算 1 cR rcprrcs cs i i f i f cd Afhflq Q 2 1 式中 Qcd为单桩轴向抗压承载力设计值 kN 为覆盖层桩身周长 m 为嵌岩段桩身周长 m 为桩周第 i 层土的侧阻力计算系数 当 1 2 fi D 1 0 m 时 岩面上 10 D 范围内的覆盖层取 0 5 0 7 10 D 以上覆盖层取 1 当 D 1 0 m 时 岩面以上 10 m 范围内的覆盖层取 0 5 0 7 10 m 以上覆盖 层取 1 为单桩第 i 层土的极限侧摩阻力标准值 kPa 为桩身穿过第 i 层土的长度 m frc为岩石饱和单轴抗压强度标准值 kPa A 为嵌岩段桩端面 fi q i l 积 m2 为桩身嵌入基岩的深度 m 当超过 5d 时取 5d 为覆盖层单桩轴向受压承载力分项系数 预制桩取 1 45 1 55 灌注桩取 1 65 r h r h r h cs 为嵌岩段单桩轴向受压承载力分项系数 取 1 7 1 8 分别为嵌岩段侧阻力和端阻力计算系数 按嵌岩桩规程表 4 2 3 采用 cR ps 2 东莞某码头工程嵌岩桩轴向抗压承载力计算 2 1 工程区域地质概况 根据钻探揭示 码头区上部为第四系沉积土层 自上而下可划分五大层 由于地质成因的复杂性 使土质在空间分布上变化较大 各大层又可划分 为若干亚层 基底为第三系泥岩 各层分述如下 素填土 1 N 3 7 击 欠压实状 为强度低的软弱土 流泥 1 淤泥 间砂 N 0 2 击 流动 流塑 为含水量高 孔隙比大 强度低 压缩性高的软土 粉细砂 1 N 9 4 击 松散 稍密 为强度低的软弱土 中粗砂 2 N 10 5 击 松散 稍密 为强度较低的中软土 中粗砂 砾砂 N 12 0 击 稍密 为强度较低的中软土 残积土 N 23 1 击 硬塑 强度较高 具有较高的承载力 全风化泥岩 N 35 6 击 呈坚硬土状 强度较高 具有较高的承载力 强风化泥岩 N 50 击 呈坚硬土 半岩半土状 强度较高 具有较高的承载力 残积土 1 N 24 5 击 硬塑 强度较高 具有较高的承载力 中风化泥岩 岩质软 强度高 天然单轴抗压强度平均值为 4 20 MPa 具有良好的承载能力 为本区理想的地基持力层 2 2 码头断面结构 该码头结构按海测靠泊 8 万吨级油船 陆侧靠泊 1 千吨级油船设计 码头面宽 30 m 排架间距 9 7 m 每排架共 6 根桩 2 根直桩采用直径 1200 mm PHC 桩 4 根斜桩采用直径 1000 mm 壁厚 20 mm 钢管桩 码头断面示意见图 1 2 3 桩身内力计算 桩身内力计算采用四航院横向排架计算程序 计算结果见表 1 表 1 码头桩基内力计算结果 桩号123456 桩型1 2mPHC 1m 钢管桩 1m 钢管桩 1m 钢管桩 1m 钢管桩1 2mPHC 压力 KN 3805 42307 22827 42328 62914 73233 1 桩内力 拉力 KN 0 833 8 273 8 879 5 379 60 2 4 桩轴向抗压承载力计算 PHC 桩嵌岩段桩径为 0 8 m 钢管桩嵌岩段桩径为 0 9 m 按嵌岩桩规程公式计算桩轴向抗压承载力结果见表 2 表 2 桩轴向抗压承载力计算结果 单位 KN 桩号 嵌岩深度 m 123 456 31677 161895 431934 652031 25 1806 45 41677 911875 711914 942015 92 1841 77 51674 152006 332045 562151 49 1838 0 由表 2 可见 嵌岩长度为 5 m 时轴向抗压承载力远远不能满足要求 且嵌岩大于 5d 时轴向抗压承载力小于嵌岩 5d 时轴向抗压承载力 明显不合理 笔者认为 在中风化泥岩地区按嵌岩桩规程公式计算桩轴向抗压承载力值得商榷 有文献资料证明 在泥浆护壁的钻孔嵌岩桩中 由于界面的粗糙度差 即使嵌入中风化岩 8d 在高荷载水平下仍有桩端阻力的发挥 亦即不存在一 个使桩端阻力为零的最大临界嵌岩深度 2 经四航院专家讨论会决定 该工程桩轴向抗压承载力计算采用下列原则 1 覆盖层部分桩侧摩阻力 按嵌岩桩规程公式及有关规定计算 2 嵌岩部分桩侧摩阻力 按嵌岩桩规程公式及有关规定计算 嵌岩深度不受 5d 限制 即超过 5d 部分桩身也考虑侧摩阻力 但所有系数均取下限 值 3 嵌岩部分桩端阻力 按 港口工程灌注桩设计与施工规程 JTJ248 2001 3 下称 灌注桩规程 公式及有关规定计算 桩轴向抗压承载力计算式如下 2 R R cR rrcs cs i i f i fs d Aqhf lq Q 2 1 式中 Qd为单桩轴向抗压承载力设计值 kN 为单桩垂直承载力分项系数 当无试桩资料时可取 1 60 1 65 当有试桩资料时可取 1 60 为 R R q 单桩极限桩端阻力标准值 kPa 其余符号同嵌岩桩规程公式 32 2200 tR Lkqmq 式中 为清底系数 挖孔灌注桩取 1 0 钻孔灌注桩取 0 65 0 90 为修正系数 根据嵌岩桩规程表 4 2 2 2 选取 为桩的入土深度 m o m t L 自冲刷线起算 当大于 40 m 时按 40 m 计算 为地基容许承载力 kPa 为地基容许承载力深度修正系数 按嵌岩桩规程附录 A 中表 A 0 2 选用 t L o q 2 k 为桩端以上土的天然容重 kN m3 多于两层应取加权平均 2 按 2 式计算桩轴向抗压承载力结果见表 3 表 3 桩轴向抗压承载力计算结果 单位 KN 桩号 嵌岩深度 m 12 3 4 56 31786 0320132072 522151978 6 41934 212177 12235 923832161 4 52258 812533 52592 327492486 62583 412948 731152810 6 729083138 7 83232 63460 93557 103881 由表 3 可知 1 号桩需嵌岩 10 m 方可满足轴向抗压承载力要求 其余各桩分别需嵌岩 5 m 6 m 8 m 方能满足轴向抗压承载力要求 3 结束语 该工程嵌岩桩未做静载荷抗压试验 表 3 中桩轴向抗压承载力计算结