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文檔簡介
橋梁嵌巖樁承載力研究
SoutheastUniversity龔維明
教授
Thursday,February2,2023土木工程學院2/2/20231.前言
傳統(tǒng)觀念一直把嵌巖樁作為端承樁來設計,完全不考慮其樁側(cè)阻力。大量的實測資料表明,嵌巖樁即使是在無覆蓋層條件下或長徑比L/d<5的短樁,也并非一律是端承樁。忽視上覆土層側(cè)摩阻力和嵌巖段巖層側(cè)摩阻力,把樁端嵌入微風化程度以上的基巖,套用規(guī)范盲目加深嵌巖深度或擴大樁端尺寸,無助于調(diào)動基巖的承載能力,卻造成浪費并增加施工的難度。2/2/20231.前言
隨著對嵌巖樁承載性狀的深入研究,人們逐漸認識到,嵌巖樁的側(cè)阻力不可忽視,有時甚至成為平衡外荷載的主要反力,即嵌巖樁也可能成為摩擦樁或端承摩擦樁。由于嵌巖樁受力機制復雜,現(xiàn)階段尚未認識清楚,導致了設計人員設計過于保守。2/2/20232.嵌巖樁的定義
巖石為顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。巖石的風化程度分為未風化、微風化、中等風化、強風化、全風化5個等級。國外學者多認為:只要樁端嵌入巖體中,不論巖體的風化程度如何、堅硬性如何,都稱為嵌巖樁。國內(nèi):《建筑樁基技術規(guī)范》規(guī)定樁端嵌入中等風化程度以上巖層的樁稱之為嵌巖樁。《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》隱含的定義是:樁端嵌入微風化巖或新鮮基巖中的樁稱之為嵌巖樁。本研究認為:樁端支承于中等風化程度以上巖層的樁就可稱其為嵌巖樁,不包括嵌入全風化、強風化巖情況。
2/2/20233.嵌巖樁承載力的現(xiàn)行計算方法
《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定當樁端嵌入“完整及較完整的硬質(zhì)巖”中時,按下式估算承載力:
1)只計樁端阻力
規(guī)定“樁周邊嵌巖最小深度為0.5m”以確保樁端與巖體面接觸。對于嵌入破碎巖和軟質(zhì)巖石中的樁,單樁豎向承載力按摩擦樁計算。
2/2/2023
《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》對單樁容許承載力按下式計算:
2)只計嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力
hr—樁嵌入基巖深度,不包括風化層;Ra—巖石天然濕度的單軸抗壓強度;c1、c2—根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度定的系數(shù)
2/2/2023《鐵路橋涵設計規(guī)范》規(guī)定,嵌入新鮮巖石層內(nèi)的樁軸向容許承載力:
R—巖石試塊單軸極限強度;
h—自新鮮巖面(平均高程)算起的嵌入深度;
c1、c2—據(jù)巖石層破碎程度和清孔情況規(guī)定。
2/2/2023《建筑樁基技術規(guī)范》(征求意見稿)按下式計算:
3)考慮土層的側(cè)阻力、嵌巖段側(cè)阻力和端阻力
2/2/20234.嵌巖樁承載力計算方法
通過151根試樁,提出嵌巖樁承載力計算方法—單樁軸向受壓承載力容許值(kN)。樁身自重與置換土重(當自重計入浮力時,置換土重也計入浮力)的差值作為荷載考慮;—根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù),按表5.3.4采用;—樁端截面面積(m2),對于擴底樁,取擴底截面面積:
2/2/2023—樁端巖石飽和單軸抗壓強度標準值(kPa),黏土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值,當小于2MPa時按摩擦樁計算;—根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù),按表5.3.4采用;—各土層或各巖層部分的樁身周長(m);—樁嵌入各巖層部分的厚度(m),不包括強風化層和全風化層;m—巖層的層數(shù),不包括強風化層和全風化層;—覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù),根據(jù)樁端確定:當2MPa≤<15MPa時,;當15MPa≤<30MPa時,;當>30MPa時,;
2/2/2023—各土層的厚度(m);—樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標準值(kPa),宜采用單樁摩阻力試驗值,當無試驗條件時,對于鉆(挖)孔樁按本規(guī)范表5.3.3-1選用,對于沉樁按本規(guī)范表5.3.3-4選用;n—土層的層數(shù),強風化和全風化巖層按土層考慮。2/2/2023嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力值Qs采用下式表示:
1)土層側(cè)阻系數(shù)分析
qsk—土層極限側(cè)阻力標準值的加權平均值;qsik—第i層土的極限側(cè)阻力標準值;
hs—土層厚度;
U—嵌巖樁穿越土層部分的截面周長。
2/2/2023上覆土層發(fā)揮系數(shù)ζs采用下式計算:
嵌巖樁上覆土層側(cè)阻力由土層極限側(cè)阻力和發(fā)揮系數(shù)決定。土層極限側(cè)阻力通常有勘察報告提供。土層側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)受樁長、樁徑、成樁工藝響。
2/2/2023(1)挖孔嵌巖樁依據(jù)29根試樁,可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)
2/2/2023(2)鉆孔嵌巖樁
依據(jù)軟巖嵌巖樁26根試樁,可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)
依據(jù)硬巖嵌巖樁7根試樁,可求得具有95%保證率的土層側(cè)阻系數(shù)
2/2/2023由上述計算結果,可以保守估計覆蓋土層的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù);當Ra≤15MPa時,ζs=0.8;當Ra=15~30時,ζs=0.5;當Ra>30MPa時,ζs=0.2。
2/2/2023參照《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》采用相同的系數(shù)c1和c22)嵌巖段側(cè)阻和端阻系數(shù)分析
2/2/2023注:(1)當入巖深度小于或等于0.5m時,乘以0.75的折減系數(shù),=0;(2)對于鉆孔樁,系數(shù)、值應降低20%采用;樁端沉渣厚度t應滿足以下要求:d≤1.5m時,t≤50mm;d>1.5m時,t≤100mm;(3)對于中風化層作為持力層的情況,、應分別乘以0.75的折減系數(shù)。2/2/20235.結論
結合國內(nèi)外研究資料可以認為:1樁端支承于中等風化程度以上巖層的樁就可稱為嵌巖樁,不包括嵌入全風化、強風化巖情況。2非嵌巖部分的側(cè)摩阻力不可忽視。3不同成孔方式的嵌巖樁,其承載性能也有差異。4按基巖性質(zhì)將樁分為軟巖嵌巖樁和硬巖嵌巖樁。
2/2/2023二、支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)樁的受壓承載力容許值計算資料:安陽地區(qū)通化大橋Sz2號采用鉆孔灌注樁試樁,樁徑為1m,樁長60.5m,樁身混凝土強度等級C40,地質(zhì)情況為:①淤泥質(zhì)土,埋深0~-39.7m;②粉質(zhì)粘土,埋深-39.7~-59m;③全、強風化基巖,中風化凝灰?guī)r。樁嵌巖持力層為中風化凝灰?guī)r,巖層較完整,深度1.5m,巖石飽和單軸抗壓強度標準值10MPa。2/2/2023計算公式
上述公式中參數(shù)取值如下:
為清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù),查表取0.75×0.6×0.8=0.36。
為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù),查表取
0.75×0.05×0.8=0.03。
2/2/2023為樁嵌入各巖層部分的厚度(m),取1.5m,不包括強風化層和全風化層。為巖石飽和單軸抗壓強度標準值取10,粘土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值,當小于2MPa時按摩擦樁計算。
為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù),由于2MPa≤=10MPa<15MPa,取0.8。為各土層的厚度,本例分別取39.7m,20.9m;實際工程中應嚴格取承臺底面或局部沖刷線以下的土層厚度。
2/2/2023為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標準值(kPa),宜采用單樁摩阻力試驗值。由于無試驗條件時,鉆(挖)孔樁按表選用,①土層取20kPa,②土層取55kPa。
結合上述參數(shù)可以求解嵌巖鉆孔樁單樁承載力如下:
*樁身自重標準值與置換土重標準值(當樁重計入浮力時,置換土重也計入浮力)的差值作為荷載考慮。
2/2/2023三、當河床巖層有沖刷時,樁基嵌入基巖的有效深度計算
資料:寧川某水文站超聲波水位計水位塔基礎圓形灌注樁打在巖石上時,為保證水位計的安全,需對樁基入巖深度進行有效計算。書中采用的計算公式
2/2/2023為在基巖頂面處的彎
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