软土地基中嵌岩桩嵌岩深度的研究

2019-07-21尚星江

建材发展导向 2019年15期

尚星江

（贵州有色金属和核工业地质勘查局地质勘测设计院，贵州贵阳 550000）

在软土地基施工中，嵌岩桩施工方式便捷，承载能力强，并且沉降量小，因此应用范围广泛。但是，在嵌岩桩设计中，设计人员对于嵌岩桩的受力特性研究不够深入，比如，对于嵌岩深度的选择以及嵌岩深度对嵌岩桩承载力性状的影响，只有选择最佳嵌岩桩嵌岩深度，才能够有效提升施工质量。因此，加强软土地基中嵌岩桩嵌岩深度研究迫在眉睫。

1 嵌岩桩的定义

对于嵌岩桩，一般将其作为端承桩同类桩进行桩基处理，受力情况相同。对于岩层中桩基的竖向承载力，可根据以下公式计算：

在上述公式中，frk应该大于2MPa 以上，对于强风化层和全风化层，均可作为土层，与端承桩的定义相同。根据《建筑地基基础设计规范》中的规定，嵌岩桩指的是嵌入微风化岩中的桩体，对于嵌岩桩，可作为端承桩同类桩基。根据上文所属，在嵌岩桩设计中，如果将嵌岩桩与端承桩的概念相混合，则可能会影响设计方案的合理性，同时还会造成浪费问题，对此，需重视强风化层段桩基的受力情况。对于嵌岩桩与端承桩，二者的主要区别是嵌入岩层特性，对于二者，应做好合理区分。

2 嵌岩桩的工作机理

在嵌岩桩中，嵌入基岩部分有剪应力，而对于剪应力的分布模式研究不够深入。在桩基设计规范中，认为嵌岩段的剪应力的分布形式为上大小下，可据此对嵌岩段的竖向极限承载力进行计算。但是，在实际施工中，嵌岩段的岩层强度分布并不均匀，一般情况下，上层强度较弱，而下层强度比较大，因此，嵌岩段的剪应力为上小下大分布状态。

3 软土地基中嵌岩桩嵌岩深度的研究

3.1 端阻比随嵌岩深度的变化关系

选择34 根不同桩径（φ800mm 和φ1000mm）嵌岩桩试桩进行研究，所有桩体均进入中风化岩中，对极限承载力和极限侧摩阻力进行分析，结合图1 进行分析，入中风化岩φ800mm 的桩的平均极限承载力以及平均极限侧摩阻力分别为7923kN 和4626kN，另外，Ae 平均为41.6%；入中风化岩φ1000mm 桩的平均极限承载力以及平均极限侧摩阻力分别为10134kN 和6047kN，Ae 平均为40.3%。当嵌岩桩的嵌岩深度在0.3m～10m 之间时，随着嵌岩深度的增加，端阻比会随之降低，当嵌岩深度达到10m 时，依然会受到端阻力作用，因此，不存在最大嵌岩深度。另外，综合考虑端阻力对于施工便捷性以及经济性的影响，存在最佳嵌岩深度h，h 在1.0m～2.4m 之间。

图1 端阻比Ae 与嵌岩深度的关系曲线

3.2 桩承载力与嵌岩比的关系

桩承载力与嵌岩比之间的关联如表1 所示，通过对表1进行分析可见，如果Hr/D 在0.5～10 之间，则φ800 桩的Ae值在40%～23%之间，但是，如果Hr/D=10，A 依然不为零。在当前的试验中，软土地基大直径嵌岩桩桩端力在极限荷载的34%～40%之间，由此可见，桩侧摩阻力需承担主要荷载，大多数桩体的端承力没有充分发挥，据此可得出以下两点：第一，在保证桩身抗压强度合理的基础上，可对大多数单桩承载力设计值进行适当提升，充分发挥桩端承载力。端承岩石一般不会受到破坏，因此，必须做好沉渣清理。通过提升单桩设计承载力，有利于减少施工成本。第二，如果不提高桩设计承载力，则对于多数桩体，不需可以打入至微风化基岩的深部位置，一般只需进入中风化层以内2m 即可，据此也可降低施工成本。由此可见，在实际施工中，可结合实际情况选择适宜的嵌岩深度。

表1 不同桩径的桩承载力随不同嵌岩比Hr/D 的变化

随着嵌岩深度的不断增加，其极限承载力水平有所提升，如果嵌岩深度达到2m 以上，则极限承载力的增长速度会有所放缓，桩承载力可充分发挥，此时如果增加嵌岩深度，不会对桩的承载力产生较大影响。另外，在嵌岩深度的增加过程中，始终存在端阻力，当嵌岩深度达到2m 以上时，随着嵌岩深度的增加，端阻力会有所减小，最终趋于定值，对于桩承载力的提升不会产生较大作用。随着荷载的增加，侧摩阻力也会不断增加，当侧摩阻力达到极限侧摩阻力时，侧摩阻力的增长速度放缓，由此可见，测摩阻力已得到充分发挥。

表2 桩径与嵌岩深度的关系

通过对上述进行分析可见：1）嵌岩桩具有最佳入岩深度，如表2 所示，但是，没有最大入岩深度，端阻力与嵌岩界面粗糙度、桩顶荷载水平以及桩端位移均有一定的关联；2）在小荷载作用下，桩侧阻力与桩顶荷载均持续增长，桩侧摩阻力可承担桩顶荷载，此时，端阻力接近零。在桩端发生小位移时，桩侧摩阻力与极限侧摩阻力接近。桩侧摩阻力的增长速度放缓，随着桩顶荷载水平的逐渐增加。对于长桩，随着荷载的逐渐增加，当其接近极限荷载时，桩-土的相对位移比较大，如果发生滑移现象，则在弱化效应的影响下，极限侧摩阻力会逐渐降低。随着端阻力逐渐提升，如果持力层的强度达到10MPa 以上，则对于同一桩长，入岩深度2.5m 以及2.5m 以上的桩，其极限承载力水平相同。随着入岩深度的逐渐增加，端阻会不断降低，最终趋于定值，主要原因是随着入岩深度的逐渐增加，嵌岩段的侧摩阻力越来越强。