嵌岩桩的极限端阻力发挥特性及其端阻力系数

嵌岩桩极限端阻力发挥特征及端阻力系数取值是岩土工程中嵌岩桩应用的重要研究课题之一。收集整理了不同地区学者在不同时期、不同岩石性质和不同嵌岩条件下开展的165个嵌岩桩端阻力试验成果,主要包括嵌岩段岩石类型及其天然单轴抗压强度、嵌岩直径与嵌岩深度、嵌岩桩极限端阻力等。定义嵌岩桩极限端阻力与岩石天然单轴抗压强度的比值为嵌岩桩端阻力系数,分析了桩径、嵌岩深度、嵌岩深径比和岩石强度对嵌岩桩极限端阻力和端阻力系数的影响规律,建立了嵌岩桩极限端阻力及端阻力系数与岩石单轴抗压强度之间的拟合关系式。     

岩石强度特性与嵌岩桩桩端极限阻力

从岩石的强度特性与本构关系出发,深入分析嵌岩桩桩端岩石应力状态与入岩部分桩侧阻强化现象,并根据三轴强度表达式论述桩端岩石的极限承载力远高于按单轴抗压强度的计算值;现行<建筑桩基技术规范>中嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值仍沿用岩石的单向应力状态的抗压强度一无侧限抗压强度计算,混淆了桩端岩石的实际应力状态;本文依据桩端岩石应力状态分析结论,提出了嵌岩桩极限阻力标准值的计算理念与方法,并结合工程试桩实例予以说明.     

嵌岩桩极限侧阻力研究

根据嵌岩灌注桩中嵌岩段的受力特点，推导了嵌岩段的法向应力计算公式，以此为基础，采用Hoek-Brown准则研究了嵌岩段的极限侧阻力计算问题，讨论了各因素对极限侧阻力的影响。结果表明：嵌岩段极限侧阻力随单桩轴力增大而增大；嵌岩段极限侧阻力与岩体质量等级有关；嵌岩段极限侧阻力与嵌岩桩相对刚度呈正相关关系。     

考虑基岩水平破坏的嵌岩桩嵌岩深度计算方法

为了准确计算嵌岩桩的嵌固深度,既要考虑桩侧岩石的破坏特征,还应考虑基岩顶面水平力和弯矩的共同作用。根据嵌岩桩嵌岩段桩侧岩石的水平极限承载特性,建立了嵌岩桩嵌岩深度计算的简化分析模型,并基于Hoek–Brown强度准则和静力平衡原理,推导了考虑基岩顶面水平力和弯矩共同作用的嵌岩桩嵌岩深度理论计算公式。算例对比分析发现,通过理论公式计算得到的嵌岩深度值与规范方法的结果更为接近。在此基础上探讨了基岩顶面处水平荷载、桩径、桩侧岩石抗压强度、岩石质量分类指标对嵌岩桩嵌固深度的影响,计算结果表明:嵌岩深度随水平力增加近似呈现线性关系增大,随弯矩增加呈现非线性关系增大,而随桩径、岩石单轴抗压强度及岩体地质力学分类指标RMR增加呈现非线性关系减小。保持其他条件相同,当桩径由1.0 m增大到2.0 m和3.0 m时,对应的最小嵌岩深度约分别减小32%和44%;当岩石单轴抗压强度由15 MPa增加到30、45和60 MPa时,对应的最小嵌岩深度分别减小44.4%、59.7%及67.6%;当岩体地质力学分类指标RMR值由30增加到45、60和75时,对应的最小嵌岩深度分别减小48.9%、72.3%及84.2%。与岩石单轴抗压强度相比,岩体地质力学分类指标RMR对嵌岩深度的影响更为显著,当RMR值大于85时,嵌岩深度不足1.0 m。实际工程设计时,应综合考虑岩石的强度、质量以及桩径等方面以确定嵌岩桩的最佳嵌岩深度。     

利用岩体经验强度准则确定嵌岩桩村端阻力的探讨

本文考虑了岩体结构面,岩块单轴抗压强度,应力状态的影响,引入了Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ岩体经验强度准则,利用极限平衡原理,推导了嵌岩桩桩端阻力的计算式,并分析了桩端阻力与桩长,嵌岩深度的关系,文中最后指出,尽管桩端阻力在所受荷载中所占比例不大,但正确估计桩端阻力对优化嵌岩桩的设计,节约造价仍有重要意义。     

嵌岩桩的优化设计方法研究

结合结构最优化设计概念和有限元分析,建立了嵌岩桩优化数值模型,提出了嵌岩桩目标优化设计的方法.与传统设计相比,通过对嵌岩桩进行桩径和嵌岩深度优化设计可满足桩沉降和承载力的双控要求,使桩端阻力、桩侧阻力能最大限度地得到发挥,有效减少工程投资.以ABAQUS有限元软件为平台,可以成为解决嵌岩桩实际工程问题的个性化工具和仿真研究环境.利用它可以模拟嵌岩桩成桩基本过程,分析嵌岩桩荷载—沉降特性,并对嵌岩桩进行了优化设计.     

大直径嵌岩短桩抗拔承载机理试验研究

对大直径嵌岩短桩抗拔承载力机理的研究还比较少,本文依据金华某工程3根人工挖孔桩单桩竖向抗拔静载试验数据,借助有限元软件Ansys分析从加载至破坏U-Δ曲线变化趋势和桩侧摩阻力在各级荷载下沿桩身分布情况与成长过程,探讨了此类工程桩的荷载传递机理和抗拔承载特性。表明试桩嵌岩段桩侧摩阻力很大,最大值达到了305kPa,嵌岩段抗拔侧阻力系数为0.024～0.037,平均为0.032,小于现行规范抗压侧阻力系数,结论可为类似基桩的设计与研究提供有指导参考。     

嵌岩桩竖向承载机理的数值分析

嵌岩桩的极限承载力高,在现场试验中很难将其加载至破坏和监测破坏时分析嵌岩段摩阻力的分布特征.在有限单元法的基础上,采用ANSYS软件,对两个嵌岩桩模型进行了竖向承载机理模拟.分析了桩端阻力在桩顶荷载中的比例、不同土层侧摩阻力的分布等状况.数值模拟结果表明:嵌岩桩的桩顶荷载由桩侧摩阻力与桩端阻力共同承担,桩侧阻力占60%～70%,桩端阻力和嵌岩层阻力占30%～40%;土层侧摩阻力达到极限时,桩端阻力和嵌岩层的侧摩阻力还可以进一步的发挥.     

泥质岩地区大直径深嵌岩桩的承载特性

基于自平衡桩基测试技术,根据坝陵河大桥现场的2根桩基（SZ1、SZ2）和北盘江大桥的1根桩基（SZ3）的静载荷试验报告,对泥质岩地区大直径深嵌岩桩（嵌岩比hr/d〉3.0）在万吨级荷载作用下的承载特性进行了研究,包括桩顶荷载和位移的关系、桩侧阻力、桩端阻力等。结果表明：在泥岩地区大直径深嵌岩桩桩顶荷载-位移曲线主要以缓变型为主;桩端岩石风化程度对端阻力影响较大,微风化的泥质砂岩和白云岩极限承载力要比弱风化的泥质灰岩高;桩侧阻力的发挥与桩土界面相对位移关系比较密切,泥质白云岩桩侧阻力发挥所需桩土位移相对位移较小;最后把桩极限侧阻力与勘探报告预估值进行了分析。     

深嵌岩桩承载特性及其荷载传递法应用

为了弥补大直径深嵌岩桩(嵌岩比hr/b≥5)承载特性研究领域的不足,利用青岛海湾大桥试桩zh12的自平衡测试结果,对大直径深嵌岩桩的承载特性进行了分析。研究了深嵌岩桩嵌岩段实测的桩侧摩阻力与位移关系以及桩端阻力与位移关系,并与采用双曲线分布模式的荷载传递法进行了比较。研究结果表明:在软岩地区,大直径深嵌岩桩基桩顶处的荷载位移曲线为缓变型,近似为直线分布形态。从实测曲线的拟合结果来看,岩层处的侧摩阻力与位移关系采用双曲线拟合是可行的,参数1/b也能反映出桩侧极限摩阻力的数值;桩端岩层实测的荷载位移曲线也与双曲线形态比较相似;利用拟合曲线所得到的参数a、b反演计算所得到桩顶荷载位移曲线也与自平衡测试方法的实测结果接近。最后,根据实测结果分析了在不同单轴抗压强度状态下,桩侧极限摩阻力经验公式中参数α的取值范围。     

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。     

嵌岩扩底抗拔桩承载特性现场试验研究

依托国网路平―富乐500 kV双回线路工程中嵌岩抗拔桩极限载荷试验,针对其中3根嵌岩扩底抗拔桩,对其桩顶荷载位移关系曲线、桩身轴力及桩身侧摩阻力等特性进行分析。结果表明,对所处岩土层相同、桩长接近的抗拔桩,嵌岩扩底抗拔桩较等截面桩不但能够显著提高极限抗拔荷载,而且能够有效降低桩顶位移。扩大头所处岩层性质对其所能提供的抗拔力影响较大,处于中风化岩层中的扩大头所提供的抗拔力要显著大于位于强风化岩层中的扩大头所提供的抗拔力。对同为扩底型的嵌岩抗拔桩,桩长较短时,扩大头提供的抗拔力占桩体极限抗拔荷载的比例更高,扩大头的扩底作用更显著。对于扩大头位于中风化岩层且扩大头上部等截面段具有一定厚度的黏土层与强风化岩层的抗拔桩,其等截面段与黏土层、强风化岩层接触部分极限侧摩阻力可在规范建议标准值的基础上,根据工程实际适当提高。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明:秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载-沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500 kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏; 淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩-土(岩)相对位移为4～8 mm; 强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩-土(岩)相对位移为3～8 mm; 中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显; 淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征; 试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥; 桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析

以青岛市某大型工程为依托,对在泥质粉砂岩地基中的5根人工挖孔嵌岩灌注桩分别进行竖向静载荷试验与桩身内力测试。根据大直径嵌岩桩实测数据探讨大直径人工挖孔嵌岩灌注桩的荷载传递机理与竖向承载特性。试验结果表明：试桩荷载沉降（Q-s）曲线为缓变形,桩顶沉降量均小于11 mm,卸载回弹率大,幅度为51%~75%,承载力较高,5根试桩均满足设计要求;在最大荷载下,5根嵌岩桩桩端阻力所占桩顶荷载比值均在10%~20%之间,随桩长、嵌岩深度（中风化）增大而减小,表现出端承摩擦桩的特性;桩身荷载自上而下逐步发挥,上覆土层先达到侧摩阻力极限值,在嵌岩段中部侧摩阻力达到峰值;桩入岩越深,安全储备量越大,在泥质粉砂岩中风化段,实测侧摩阻力约为规范推荐值的2.5倍,说明5根桩有较大的承载潜力;随着荷载的增大,嵌岩段分担的总阻力由39%上升至45%,嵌岩段侧摩阻力占主要比重,但桩端阻力分担荷载的比例上升速率较快;根据行业标准与静载试验数据,重新认识该地层人工挖孔嵌岩灌注桩的竖向承载特性,充分发挥其承载潜力,对工程桩桩身尺寸进行优化,达到节约材料和提高施工功效的目的,具有较好的经济效益。     

桩底后压浆的长大嵌岩桩承载性能试验

根据1根长大嵌岩桩桩底压浆前后的试验数据,对比分析了桩底压浆对嵌岩桩桩端阻力和桩侧摩阻力发挥特性的影响。结果表明：桩底压浆有效地改善了嵌岩桩桩底沉渣的受力特性,增大了沉渣的强度和变形模量,同时在水泥浆液压力作用下对桩侧泥皮进行置换填充,在一定程度上渗透、挤密桩周泥岩,增强了桩身与桩周、桩端整体的嵌固能力,嵌岩桩整体承载力提高幅度达14%;该试验研究成果可直接用于工程桩基设计,同时为类似嵌岩桩基设计施工提供了参考。     

软岩嵌岩桩承载性状的研究探讨

我国华东地区发育着红色软岩具有与硬岩不同的物理力学性质，嵌固于其中的大直径钻孔灌注桩的荷载传递性状也应与硬岩有所不同，特别是对大嵌入深度，大吨位的软岩嵌岩桩的研究具有重要的工程实践与理论意义。文章从嵌岩桩的设计理论出发，对我国东部泥质软岩上的大直径灌注嵌岩桩的荷载传递性状进行了研究。在分析南京新华大厦桩基工程两大嵌入深度，大吨位的软岩嵌岩桩静载试桩资料和实测内力数据基础上，总结了泥质软岩嵌岩桩的荷载传递特点，对现行的软岩嵌岩桩设计理念提出了新的见解，并将其成功应用于南京新华大厦的桩基设计中，取得了良好的经济效益。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

硫酸盐渍土中灌注桩竖向承载力演变规律

盐渍土中硫酸盐含量极高,对灌注桩具有极强的腐蚀作用从而影响其承载特性,为明确和分析混凝土灌注桩在硫酸盐盐渍土腐蚀下竖向承载力的演变规律,以及桩径、桩长对灌注桩腐蚀后承载力变化规律的影响,根据硫酸盐环境下混凝土劣化的腐蚀反应和机理,建立了硫酸盐渍土腐蚀环境下单桩承载力的评价模型;结合案例对硫酸盐渍土地区混凝土灌注桩的侧阻力、端阻力及桩体强度进行研究,分析和对比了桩长及桩径对硫酸盐腐蚀下灌注桩的承载特性演变规律的影响.结果表明:硫酸盐渍土腐蚀作用下灌注桩的侧阻力、端阻力及桩体强度均发生变化;桩侧阻力受到腐蚀产物积累、膨胀引起的桩周混凝土劣化和桩侧应力重分布的影响,同时也依赖于桩长及桩径变化;端阻力则由于单桩竖向有效面积的减小而降低;硫酸盐腐蚀作用下桩体强度降低幅度较大.由此可知,相同腐蚀条件下,增加桩径可有效提高抵抗硫酸盐腐蚀引起的承载力损失;实际设计中应考虑增加桩径的方法抵抗硫酸盐腐蚀引起的承载力损失.