嵌巖灌注樁承載力1.課件

1、嵌巖灌注樁的豎向承載力一、概述 在基巖埋深不太大的情況下，常將大直徑灌注樁穿過全部覆蓋層嵌入基巖，成為嵌巖灌注樁 。（橋梁基礎(chǔ)，高層建筑、重型廠房等建筑物基礎(chǔ)） 嵌巖灌注樁的豎向承載力20世紀(jì)90年代后，先后建起了幾座嵌巖樁高樁碼頭 。城陵璣糧食碼頭、瀘州集裝箱碼頭等；重慶在建的寸灘大水位差集裝箱碼頭也采用了嵌巖灌注樁（d=1.6m，1.8m）。港工嵌巖灌注樁基技術(shù)規(guī)范港口工程嵌巖樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（JTJ285-2000） 瀘州集裝箱碼頭寸灘集裝箱碼頭斷面圖寸灘集裝箱碼頭裝卸工藝圖嵌巖灌注樁的優(yōu)點(diǎn)可以充分利用基巖的承載性能而提高單樁承載力；單樁沉降很小，群樁沉降也不會(huì)因群樁效應(yīng)而增大，群樁承載

2、力不會(huì)因群樁效應(yīng)而降低，且建筑物的沉降在施工過程便可完成。以嵌巖灌注樁為基礎(chǔ)的建筑物在地震過程中所產(chǎn)生的地震反應(yīng)也比其它基礎(chǔ)形式更輕微，抗震性能更好。工程實(shí)踐中存在的一些不合理的處理方法 不論樁的長(zhǎng)徑比L/d大小，一律把嵌巖灌注樁作為端承樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括單樁承載力的確定方法，樁身配筋長(zhǎng)度等都按端承樁處理。樁端不適當(dāng)?shù)卦黾忧稁r深度，或不適當(dāng)?shù)夭捎脭U(kuò)底，這并不能使嵌巖和擴(kuò)底部分的承載力得到有效利用，而使造價(jià)大大提高。 上圖a、b分別為嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖5d(d=0.6m)和嵌入風(fēng)化泥質(zhì)砂巖3.7m，新鮮泥質(zhì)砂巖2.0m（d=1.0m）的嵌巖灌注樁的實(shí)測(cè)荷載傳遞曲線。 無(wú)論是嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖還是嵌入新鮮基巖中

3、的樁，樁身軸力均隨深度遞減。這表明，基巖以上覆蓋土層的側(cè)阻力在樁身受荷變形過程中同樣被調(diào)動(dòng)起來。 說明第一種處理方法不合理！無(wú)論是強(qiáng)風(fēng)化巖還是新鮮基巖，其樁端總阻力都較小，特別是隨著荷載的增大，Qp/Q在減小。 對(duì)于嵌巖樁嵌巖段樁側(cè)阻力，實(shí)測(cè)與有限元分析（見后）計(jì)算結(jié)果均表明，其側(cè)阻力發(fā)揮近地表處（巖面處）較小，并隨著深度增加而迅速增大，當(dāng)深度比hr/d=0.5左右時(shí)，增至最大，隨后又隨深度逐漸減小。說明第二種處理方法不合理！寸灘集裝箱碼頭樁基優(yōu)化！ 嵌巖樁段的單位側(cè)阻力比土層要高得多，對(duì)于分擔(dān)荷載起到極其重要的作用。側(cè)阻力相對(duì)位移關(guān)系qs曲線與一般土的qs曲線不同，它具有如下特性。巖石樁基側(cè)

4、阻力達(dá)到 極限值所需的相對(duì)位移 u小于土層所需的u。 破碎巖體約為粘性土的 1/2，完整巖體約為粘性 土的1/4；完整基巖中側(cè)阻力一般呈脆性破壞，qs由峰值減小到某一殘余強(qiáng)度qsr（近似于碎石類土同樁的側(cè)阻力）；砼與巖石間有粘結(jié)力沉渣形成一個(gè)可壓縮的“軟墊”，這一軟墊的壓縮導(dǎo)致嵌巖樁段與巖體間、樁身與土體間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使其側(cè)阻得以充分發(fā)揮。相反，樁底端阻力往往由于“軟墊”作用或由于樁身強(qiáng)度先行破壞而不能有效發(fā)揮出來，更不可能發(fā)揮到樁端以下巖體的破壞。允許有沉渣，但要控制厚度。在嵌巖灌注樁設(shè)計(jì)中不要盲目作擴(kuò)大頭。當(dāng)樁底產(chǎn)生一個(gè)很小的沉降后，擴(kuò)大頭側(cè)面與巖體的接觸面就會(huì)脫離；對(duì)于樁端巖層為硬

5、質(zhì)巖的情況，用低強(qiáng)度的混凝土代替高強(qiáng)度的巖石沒有必要；根據(jù)樁基設(shè)計(jì)的荷載與沉降的雙控準(zhǔn)則，在允許的樁頂控制沉降條件下， 樁側(cè)土和嵌巖段的側(cè)阻力還沒 有達(dá)到極限值。由于端阻力的 發(fā)揮總是滯后于側(cè)阻力，因此 企圖擴(kuò)大樁底來提高端阻力是 不可能的。當(dāng)設(shè)計(jì)荷載大，而持力層為軟巖或風(fēng)化程度高的極軟巖時(shí)，因嵌巖樁承載力不足，常常需要擴(kuò)底。成功運(yùn)用有限元法進(jìn)行嵌巖樁荷載傳遞與破壞性狀分析的關(guān)鍵：計(jì)算范圍的確定（寬度，厚度）； 單元的選擇（樁單元，土單元，巖體單元，土樁及巖體樁的接觸單元等）； 網(wǎng)格劃分的（形狀、疏密）； 邊界條件 的選??；巖土本構(gòu)關(guān)系(屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)法則等)； 計(jì)算參數(shù)的選??；河海大學(xué)陳斌、

6、卓家壽等不同嵌巖深度 樁端阻力隨著嵌巖深度的增大而降低。 L/d=1.0時(shí)，Qp/Q=40%50%； L/d=2.0 3.0時(shí)， Qp/Q=10%30%； L/d5.0時(shí)， Qp/Q10%。寸灘國(guó)際集裝箱碼頭大直徑嵌巖灌注樁嵌巖深度的優(yōu)化這說明嵌巖樁確實(shí)存在深度效應(yīng)，當(dāng)嵌巖達(dá)到一定深度后，繼續(xù)增加嵌巖深度，對(duì)樁的承載能力的提高已不明顯，甚至無(wú)助于承載能力的提高。樁底沉渣的影響 當(dāng)l/d3.0時(shí)，樁底沉渣對(duì)嵌巖樁的承載力影響較為顯著；當(dāng)l/d5.0時(shí)，樁底沉渣引起的承載力的變化甚微；說明當(dāng)嵌巖深度較大時(shí)，對(duì)樁底沉渣的限制可適當(dāng)放寬，以方便施工；但對(duì)于嵌巖深度較淺的情況，則應(yīng)注意樁底沉渣對(duì)嵌巖樁承

7、載力的削弱影響。基巖強(qiáng)度的影響 隨著樁底和樁側(cè)基巖強(qiáng)度比的提高，樁端阻力迅速增大。說明對(duì)于較軟的巖層，尋求強(qiáng)度高一點(diǎn)的基巖作為嵌巖樁的持力層，將能夠有效地提高嵌巖樁的承載力。同時(shí)也應(yīng)該注意，在樁側(cè)巖層和樁底基巖強(qiáng)度相差較大時(shí)，可能會(huì)使嵌巖樁的承載特性發(fā)生質(zhì)的變化，在設(shè)計(jì)中應(yīng)正確對(duì)待。三、嵌巖樁側(cè)阻、端阻分擔(dān)荷載比 續(xù)上表實(shí)驗(yàn)資料表明：在試驗(yàn)樁中，所有樁的樁側(cè)阻力（兩部分）分擔(dān)荷載比Qsu/Qu都超過60%，其中大部分超過80%。這說明，端阻力分擔(dān)荷載只占總荷載的一小部分，屬于摩擦樁（或端承摩擦樁）；樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載比隨長(zhǎng)徑比L/d的增大而增大，隨覆蓋土層強(qiáng)度的提高而增大；當(dāng)樁的長(zhǎng)徑比較大（L/

8、d35），而覆蓋土層又不太軟弱的情況下，其端阻力分擔(dān)荷載比很?。?%），且樁的破壞是樁身壓壞引起的； 嵌巖樁的Q-S曲線呈緩變型，無(wú)明顯的破壞特征。嵌巖樁的垂直承載性狀可以歸納為以下幾點(diǎn)： 巖灌注樁的荷載傳遞和破壞特性主要與長(zhǎng)徑比，覆蓋土層性質(zhì)，嵌巖段的巖性和成樁工藝,樁身的施工質(zhì)量有關(guān)。 對(duì)于L/d（1520）的泥漿護(hù)壁鉆（沖）孔嵌巖樁，無(wú)論是嵌入風(fēng)化巖還是完整基巖中，其荷載傳遞都具有摩擦樁的特性，即樁側(cè)阻力先于出來，樁端分擔(dān)的荷載較小，屬摩擦樁。對(duì)于短粗的人工挖孔嵌巖樁，端阻力先于覆蓋土層的側(cè)阻力發(fā)揮出來，且端阻力對(duì)樁的承載力起主要作用，屬端承樁。 當(dāng)L/d40，且覆蓋土層不屬于軟土層，嵌

9、巖樁端的承載作用較小，在此情況下，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化層即可，無(wú)需嵌入微風(fēng)化或新鮮巖層中，也無(wú)需擴(kuò)底，嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層中的樁其承載特性與支承于砂礫層中的樁類似。 雖然大部分嵌巖灌注樁屬摩擦樁，但由于樁端以下低壓縮性持力層，其沉降較小，且嵌巖群樁的沉降不致受群樁效應(yīng)的影響而增大。 由于嵌巖灌注樁的嵌巖部分有較高的側(cè)阻力和端阻力，其單樁承載力往往超過相同截面的土中摩擦樁，樁身應(yīng)力值很高。因此，樁身強(qiáng)度同樁側(cè)土層、巖層強(qiáng)度一樣，也是控制單樁承載力的重要因素。 在現(xiàn)行許多規(guī)范中，關(guān)于嵌巖樁承載力的計(jì)算模式大體有三類：一是只計(jì)樁的端阻力，其端阻力的確定方法是將巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度（新鮮基巖、微風(fēng)化、

10、中風(fēng)化巖石）乘以一折減系數(shù)。 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 為樁端巖石承載力標(biāo)準(zhǔn)值四、嵌巖灌注樁承載力的確定 二是只計(jì)嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力，兩者都不計(jì)覆蓋層的側(cè)阻力。 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 為天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度 鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范這兩種計(jì)算模式值得進(jìn)一步探討。三是綜合考慮嵌巖灌注樁的長(zhǎng)徑比、覆蓋土層性狀、嵌巖段及樁底巖性、施工工藝等因素，按樁周土總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力和總端阻力三部分合成單樁極限承載力。這種計(jì)算模式體現(xiàn)了我國(guó)90年代嵌巖樁的最新研究成果和設(shè)計(jì)思想，也代表了嵌巖規(guī)范方法的國(guó)際先進(jìn)水平。建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008 港口工程嵌巖樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)程JTJ28520

11、00嵌巖樁的承載力應(yīng)根據(jù)不同受力情況，分別按樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和地基對(duì)樁的支撐能力進(jìn)行計(jì)算。嵌入中等風(fēng)化巖的單樁軸向抗壓承載力，宜根據(jù)靜載試驗(yàn)確定?？箟簶O限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分項(xiàng)系數(shù)1.6-1.7不做靜載試驗(yàn)的工程，單樁軸向抗壓承載力設(shè)計(jì)值，可按下式計(jì)算：第三種方法的特點(diǎn)關(guān)于上覆土層側(cè)阻力問題，突破以往凡嵌巖樁必為端承樁，凡端承樁均不考慮土層側(cè)阻力的概念。并引入了土層側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)。關(guān)于嵌巖段側(cè)阻力問題。當(dāng)樁端嵌入基巖一定深度，荷載先通過側(cè)阻力傳遞到嵌巖段側(cè)壁，在產(chǎn)生一定變形后一部分荷載才傳遞到樁底，由于嵌巖段的側(cè)阻力是非均勻分布的，因此引入了側(cè)阻力修正系數(shù)。關(guān)于嵌巖樁端阻力問題。試驗(yàn)及數(shù)值模擬表明，傳遞

12、到樁端的應(yīng)力隨嵌巖深度增大而遞減，當(dāng)嵌巖深度達(dá)到5d時(shí)，傳遞到樁端的應(yīng)力接近于零。因而引入端阻力修正系數(shù)。這說明樁端嵌巖深度一般不必過大，超過某一界限并無(wú)助于提高豎向承載力。準(zhǔn)確地進(jìn)行樁基承載力計(jì)算關(guān)鍵在于選擇合理的計(jì)算模式及準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)。討論一、概述鋼管樁基礎(chǔ)是深厚軟土地區(qū)高重建筑物、港口碼頭、海洋平臺(tái)等的常用基礎(chǔ)形式之一。我國(guó)自70年代開始在少量重點(diǎn)工程中采用鋼管樁，并對(duì)其承載性能和有關(guān)施工問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究。鋼管樁的豎向承載力寧波北侖港鋼管樁常用截面尺寸為4001000，壁厚9 19mm，對(duì)于海洋平臺(tái)等特殊工程，其截面尺寸往往更大一些。鋼管樁在設(shè)計(jì)截面尺寸時(shí)應(yīng)考慮腐蝕和防腐措施。鋼管樁的樁端構(gòu)造。鋼管樁犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù) 巴基斯坦卡西姆港二、鋼管樁的承載性狀閉口鋼管樁，其承載機(jī)理與混凝土樁完全相同。開口、帶隔板開口鋼管樁，其承載機(jī)理和承載力隨有關(guān)因素的變化則遠(yuǎn)比閉口樁復(fù)雜。“閉塞效應(yīng)”?！巴寥钡母叨燃捌溟]塞效果與土性、管徑、壁厚、樁入土深度及進(jìn)入硬持力層的深度等諸多因素有關(guān)，而樁端土的閉塞程度又直接影響端阻發(fā)揮與破壞性狀及樁的承載力。二、鋼管樁的單樁豎向承載力計(jì)算閉口鋼管樁的豎向承載力可按混凝土預(yù)制樁的方法計(jì)算。開口