岩基中桩墩基础的端部设计

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1、岩基中桩墩基础的端部设计 要针对岩溶地区较普遍的石笋(芽)地基、风化岩石地基地质条件，结合现行设计规范及已建工程试验资料，讨论垂直荷载作用嵌岩桩、横向荷载作用下嵌岩桩、扩底桩以及桩底加设锚杆等有关桩(墩)基础的端部设计问题。关键词岩溶地区；岩基；墩端部；设计中国图书资料分类号TU470.3；TU473.1引言山区的一般岩面离地面较近，覆盖土层不厚，工程中常采用变形小承载力高的基岩为持力层的大直径灌注桩基础(桩径大于800mm，又称为墩)。为了提高单桩承载力，保证桩基的稳定性，常根据具体地质条件(如覆盖地层厚度及工程性

2、质、岩石风化程度及地下水)、荷载性质、荷载大小和施工条件，将桩端嵌入较完整基岩内一定深度(嵌岩桩)，或将桩底面积扩大(扩底桩)，或在桩底加设锚杆锚进基岩一定深度。现行各有关设计规范对上述桩端形式相应的单桩承载力的确定，虽已提出计算模式，但各规范并不完全统一，同时各计算模式也难以全面考虑不同地质条件的影响因素。因此本文针对岩溶地区石笋(芽)地基嵌岩桩、风化带中碎裂结构基岩的扩底桩承载力计算及锚杆的应用等问题进行讨论。1竖直荷载作用下嵌岩桩计算工程设计中分别根据竖直荷载、横向荷载采用相应的单桩承载力计算式确定其嵌岩深度，选

3、取其中较大值作为控制深度，并应满足构造要求。我国现行规范中对嵌岩桩竖直单桩承载力提出了两种计算模式，一种是建筑地基基础规范(GBJ7—89)的计算模式：只计算基岩端阻力，嵌岩深度按构造要求确定，不小于0.5m，要求桩底以下三倍桩径范围内无软弱夹层、断裂带、洞隙分布；在桩端应力扩散范围内无岩体临空面，当桩底直接置于基岩，其间无虚土存在时其岩石地基承载力，可采用岩基载荷试验方法确定，也可采用岩石饱和单轴抗压强度标准值乘以考虑岩石风化程度等影响因素的折减系数。第二种是建筑桩基技术规范(JGJ94—94)的计算模式：不仅考虑计

4、算嵌岩段端阻和侧阻力，而且还计算桩身周围覆盖土层侧阻力。图1两种计算模式的不同点是侧阻力是否计算。其共同点是：对岩面起伏不大的较完整基岩，均可采用岩石单轴抗压强度为计算承载力的计算参数。第二种模式是综合近十年来的大量模型与原型试验研究成果和工程应用经验提出的，比较符合实际；但是对岩溶地区石笋地基，由于岩体形状奇特多变，多为大小不等的石芽柱体，加之处于地表以下很难查明，如果桩端位于图1所示石笋部位，由于嵌入段桩侧孔壁岩体很薄，岩坡面与桩壁夹角δ小于桩侧压力扩散角θ，根据文献［1］，θ角可视为在平整岩基达到极限破坏时岩体破

5、裂角，与岩石单轴抗压强度Rc有关，根据统计分析，θ=Rc/2.1；因此嵌入段桩侧石笋不能按照岩面平整岩体一样传递荷载，主要由桩底传递荷载，故石笋地基可不计入嵌岩段侧阻力。另外，由于山区覆盖土层不厚，桩径比较小(一般不大于8～10)，桩土间相对位移很小，一般不足5mm，而粘性土发挥极限侧阻力对应的相对位移一般为5～7mm，因此，桩侧土的侧阻力不能充分发挥则可以不计。综上所述，石笋岩基的嵌岩桩竖向单桩承载力可采用第一种计算模式，即不计桩侧阻力，只计桩端阻力；还有桩底石笋体横截面很小可能与桩底面大小相近，岩体受力状态与柱体受

6、压状态相似，又根据已建工程试验结果及分析［2］，由载荷试验确定地基承载力设计值一般大于单轴抗压强度确定的地基承载力f=6000kPa，在现场载荷试验加至67900kPa，基岩未出现任何破坏迹象。因此，为安全起见，石笋地基不宜采用现场载荷试验确定地基承载力，岩石地基承载力按岩石饱和或天然湿度(泥质岩石)条件下单轴受压强度乘以折减系数计算比较安全可靠。2横向荷载作用下嵌岩桩的计算当覆盖土层很薄，横向荷载较大时，还需将桩端嵌入基岩一定深度，以保证桩基的稳定性。计算时如不考虑覆盖土层的作用，嵌入基础的深度则与嵌固处(完整岩石面

7、)的内力及岩石强度有关，根据文献［3］嵌岩深度(h)一般有两种近似计算方法，第一种方法：不考虑水平剪力Q作用，假设嵌固处的弯矩由嵌入段侧壁岩层承担，桩底不考虑抵抗弯矩，如图2所示，要求：σmax≤KCB；式中K为水平方向与竖向岩石强度之比，K=0.5～1.0；C为考虑裂隙影响的折减系数，C≈0.5；R为d=7～10cm、试件高≈d(d为桩径)，天然湿度条件下岩石单轴极限抗压强度(kPa)。由静力平衡(∑M=0)得：图2图3第二种方法是近似考虑嵌固处(完整岩石面)水平剪力Q所引起弯矩的影响，图3所示。当M和Q同时作用时，

8、可在h/2处施加一对大小相等、方向相反的水平力Q和附加力Qh/2，则总力矩为M+Qh/2。参照第一种近似法，则得：以上两种近似法均未考虑桩底作用，也未考虑剪力Q作用对嵌入段侧壁岩层产生的均匀压力，对于完整岩石，岩面较平，嵌入段侧壁较厚是安全的；但对图1石笋处的嵌岩桩，因侧壁可能很薄(不易查明)，可能不能承担弯矩M的作用，更不能承担