嵌岩灌注桩承载力.ppt

1、嵌岩灌注桩的竖向承载力,一、概述 在基岩埋深不太大的情况下，常将大直径灌注桩穿过全部覆盖层嵌入基岩，成为嵌岩灌注桩 。（桥梁基础，高层建筑、重型厂房等建筑物基础）,嵌岩灌注桩的竖向承载力,20世纪90年代后，先后建起了几座嵌岩桩高桩码头 。 城陵玑粮食码头、泸州集装箱码头等；重庆在建的寸滩大水位差集装箱码头也采用了嵌岩灌注桩（d=1.6m，1.8m）。 港工嵌岩灌注桩基技术规范 港口工程嵌岩桩设计与施工规范（JTJ285-2000）,城陵玑粮食码头,泸州集装箱码头,九龙坡集装箱码头,寸滩集装箱码头断面图,寸滩集装箱码头装卸工艺图,嵌岩灌注桩的优点,可以充分利用基岩的承载性能而提高单桩承载力；

2、单桩沉降很小，群桩沉降也不会因群桩效应而增大，群桩承载力不会因群桩效应而降低，且建筑物的沉降在施工过程便可完成。 以嵌岩灌注桩为基础的建筑物在地震过程中所产生的地震反应也比其它基础形式更轻微，抗震性能更好。,工程实践中存在的一些不合理的处理方法,不论桩的长径比L/d大小，一律把嵌岩灌注桩作为端承桩进行设计，包括单桩承载力的确定方法，桩身配筋长度等都按端承桩处理。 桩端不适当地增加嵌岩深度，或不适当地采用扩底，这并不能使嵌岩和扩底部分的承载力得到有效利用，而使造价大大提高。,二、嵌岩灌注桩的承载特性,荷载传递与破坏性状的试验研究,上图a、b分别为嵌入强风化岩5d(d=0.6m)和嵌入风化泥质砂岩

3、3.7m，新鲜泥质砂岩2.0m（d=1.0m）的嵌岩灌注桩的实测荷载传递曲线。,无论是嵌入强风化岩还是嵌入新鲜基岩中的桩，桩身轴力均随深度递减。这表明，基岩以上覆盖土层的侧阻力在桩身受荷变形过程中同样被调动起来。,说明第一种处理方法不合理！,由于桩侧土与岩层强度的不同，相应的Q-Z曲线的斜率dQ/dZ也不同。淤泥中，斜率较小，岩层中斜率较大， 前者的侧阻力较小，后者的侧阻力较大。,无论是强风化岩还是新鲜基岩，其桩端总阻力都较小，特别是随着荷载的增大，Qp/Q在减小。,对于嵌岩桩嵌岩段桩侧阻力，实测与有限元分析（见后）计算结果均表明，其侧阻力发挥近地表处（岩面处）较小，并随着深度增加而迅速增大，

4、当深度比hr/d=0.5左右时，增至最大，随后又随深度逐渐减小。,说明第二种处理方法不合理！,寸滩集装箱码头桩基优化！,嵌岩桩段的单位侧阻力比土层要高得多，对于分担荷载起到极其重要的作用。侧阻力相对位移关系qs曲线与一般土的qs曲线不同，它具有如下特性。 岩石桩基侧阻力达到 极限值所需的相对位移 u小于土层所需的u。 破碎岩体约为粘性土的 1/2，完整岩体约为粘性 土的1/4；,完整基岩中侧阻力一般呈脆性破坏，qs由峰值减小到某一残余强度qsr（近似于碎石类土同桩的侧阻力）；,砼与岩石间有粘结力,沉渣形成一个可压缩的“软垫”，这一软垫的压缩导致嵌岩桩段与岩体间、桩身与土体间产生相对位移，从而使

5、其侧阻得以充分发挥。相反，桩底端阻力往往由于“软垫”作用或由于桩身强度先行破坏而不能有效发挥出来，更不可能发挥到桩端以下岩体的破坏。,允许有沉渣，但要控制厚度。,在嵌岩灌注桩设计中不要盲目作扩大头。 当桩底产生一个很小的沉降后，扩大头侧面与岩体的接触面就会脱离； 对于桩端岩层为硬质岩的情况，用低强度的混凝土代替高强度的岩石没有必要； 根据桩基设计的荷载与沉降的双控准则，在允许的桩顶控制沉降条件下， 桩侧土和嵌岩段的侧阻力还没 有达到极限值。由于端阻力的 发挥总是滞后于侧阻力，因此 企图扩大桩底来提高端阻力是 不可能的。,当设计荷载大，而持力层为软岩或风化程度高的极软岩时，因嵌岩桩承载力不足，常

6、常需要扩底。,荷载传递与破坏性状的数值模拟,有限元方法的优点： 能考虑岩土的非线性、层状体系及桩土之间的非线性相互影响等因素，是现阶段岩土工程数值模拟中最通用的方法 ； 能够模拟不同工况下桩基的荷载传递机理与破坏性状，具有极高的经济性。在一定条件下也具有极高的可靠性。,成功运用有限元法进行嵌岩桩荷载传递与破坏性状分析的关键： 计算范围的确定（宽度，厚度）； 单元的选择（桩单元，土单元，岩体单元，土桩及岩体桩的接触单元等）； 网格划分的（形状、疏密）； 边界条件 的选取； 岩土本构关系(屈服准则、流动法则等)； 计算参数的选取；,河海大学陈斌、卓家寿等,不同嵌岩深度,桩端阻力随着嵌岩深度的增大而

7、降低。 L/d=1.0时，Qp/Q=40%50%； L/d=2.0 3.0时， Qp/Q=10%30%； L/d5.0时， Qp/Q10%。,寸滩国际集装箱码头大直径嵌岩灌注桩嵌岩深度的优化,这说明嵌岩桩确实存在深度效应，当嵌岩达到一定深度后，继续增加嵌岩深度，对桩的承载能力的提高已不明显，甚至无助于承载能力的提高。,桩底沉渣的影响,当l/d3.0时，桩底沉渣对嵌岩桩的承载力影响较为显著； 当l/d5.0时，桩底沉渣引起的承载力的变化甚微；,说明当嵌岩深度较大时，对桩底沉渣的限制可适当放宽，以方便施工；但对于嵌岩深度较浅的情况，则应注意桩底沉渣对嵌岩桩承载力的削弱影响。,基岩强度的影响,随着桩

8、底和桩侧基岩强度比的提高，桩端阻力迅速增大。 说明对于较软的岩层，寻求强度高一点的基岩作为嵌岩桩的持力层，将能够有效地提高嵌岩桩的承载力。 同时也应该注意，在桩侧岩层和桩底基岩强度相差较大时，可能会使嵌岩桩的承载特性发生质的变化，在设计中应正确对待。,三、嵌岩桩侧阻、端阻分担荷载比,续上表,实验资料表明：,在试验桩中，所有桩的桩侧阻力（两部分）分担荷载比Qsu/Qu都超过60%，其中大部分超过80%。这说明，端阻力分担荷载只占总荷载的一小部分，属于摩擦桩（或端承摩擦桩）； 桩侧阻力分担荷载比随长径比L/d的增大而增大，随覆盖土层强度的提高而增大； 当桩的长径比较大（L/d35），而覆盖土层又不

9、太软弱的情况下，其端阻力分担荷载比很小（5%），且桩的破坏是桩身压坏引起的；,嵌岩桩的Q-S曲线呈缓变型，无明显的破坏特征。,嵌岩桩的垂直承载性状可以归纳为以下几点：,岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比，覆盖土层性质，嵌岩段的岩性和成桩工艺,桩身的施工质量有关。 对于L/d（1520）的泥浆护壁钻（冲）孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，其荷载传递都具有摩擦桩的特性，即桩侧阻力先于出来，桩端分担的荷载较小，属摩擦桩。 对于短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于覆盖土层的侧阻力发挥出来，且端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。,当L/d40，且覆盖土层不属于软土层，嵌岩桩端的承载作用较小

10、，在此情况下，桩端嵌入强风化或中风化层即可，无需嵌入微风化或新鲜岩层中，也无需扩底，嵌入强风化岩层中的桩其承载特性与支承于砂砾层中的桩类似。 虽然大部分嵌岩灌注桩属摩擦桩，但由于桩端以下低压缩性持力层，其沉降较小，且嵌岩群桩的沉降不致受群桩效应的影响而增大。,由于嵌岩灌注桩的嵌岩部分有较高的侧阻力和端阻力，其单桩承载力往往超过相同截面的土中摩擦桩，桩身应力值很高。因此，桩身强度同桩侧土层、岩层强度一样，也是控制单桩承载力的重要因素。,在现行许多规范中，关于嵌岩桩承载力的计算模式大体有三类： 一是只计桩的端阻力，其端阻力的确定方法是将岩石饱和单轴极限抗压强度（新鲜基岩、微风化、中风化岩石）乘以一

11、折减系数。 建筑地基基础设计规范 为桩端岩石承载力标准值,四、嵌岩灌注桩承载力的确定,二是只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力，两者都不计覆盖层的侧阻力。 公路桥涵地基与基础设计规范 为天然湿度的岩石单轴极限抗压强度 铁路桥涵设计规范,这两种计算模式值得进一步探讨。,三是综合考虑嵌岩灌注桩的长径比、覆盖土层性状、嵌岩段及桩底岩性、施工工艺等因素，按桩周土总侧阻力、嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分合成单桩极限承载力。 这种计算模式体现了我国90年代嵌岩桩的最新研究成果和设计思想，也代表了嵌岩规范方法的国际先进水平。,建筑桩基技术规范JGJ94-2008,港口工程嵌岩桩设计与施工规程JTJ2852000,嵌

12、岩桩的承载力应根据不同受力情况，分别按桩身结构强度和地基对桩的支撑能力进行计算。 嵌入中等风化岩的单桩轴向抗压承载力，宜根据静载试验确定。,抗压极限承载力标准值,分项系数1.6-1.7,不做静载试验的工程，单桩轴向抗压承载力设计值，可按下式计算：,第三种方法的特点,关于上覆土层侧阻力问题，突破以往凡嵌岩桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力的概念。并引入了土层侧阻力发挥系数。 关于嵌岩段侧阻力问题。当桩端嵌入基岩一定深度，荷载先通过侧阻力传递到嵌岩段侧壁，在产生一定变形后一部分荷载才传递到桩底，由于嵌岩段的侧阻力是非均匀分布的，因此引入了侧阻力修正系数。,关于嵌岩桩端阻力问题。试验及数值模拟

13、表明，传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递减，当嵌岩深度达到5d时，传递到桩端的应力接近于零。因而引入端阻力修正系数。这说明桩端嵌岩深度一般不必过大，超过某一界限并无助于提高竖向承载力。 准确地进行桩基承载力计算关键在于选择合理的计算模式及准确的计算参数。,讨论,一、概述 钢管桩基础是深厚软土地区高重建筑物、港口码头、海洋平台等的常用基础形式之一。 我国自70年代开始在少量重点工程中采用钢管桩，并对其承载性能和有关施工问题进行了试验研究。,钢管桩的竖向承载力,宁波北仑港,钢管桩常用截面尺寸为4001000，壁厚9 19mm，对于海洋平台等特殊工程，其截面尺寸往往更大一些。 钢管桩在设计截面尺寸时应考虑腐蚀和防腐措施。 钢管桩的桩端构造。,钢管桩牺牲阳极阴极保护,巴基斯坦卡西姆港,二、钢管桩的承载性状,闭口钢管桩，其承载机理与混凝土桩完全相同。 开口、带隔板开口钢管桩，其承载机理和承载力随有关因素的变化则远比闭口桩复杂。“闭塞效应”。“土塞”的高度及其闭塞效果与土性、管径、壁厚、桩入土深度及进入硬持力层的深度等诸多因素有关，而桩端土的闭塞程度又直接影响端阻发挥与破坏性状及桩的承载力。,二、钢管桩的单桩竖向承载力计算,闭口钢管桩的竖向承载力可按混凝土预制桩