维普资讯 http://www.cqvip.com 第１９卷第３期 华东交通大学学报 Ｖ０１．１９ Ｎｏ．３ ２ＯＯ２年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａ ＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｅｐ．２００２ 文章编号ｌ１００５—０５２３（２００２）０３—００４９—０４ 现行嵌岩桩竖向承载力计算模式分析 陶 林 （重庆铁路分局重庆建筑段，重庆４ｏｏ０５３） 摘要：通过对ＧＢＪ７—８９、ＪＧＢ９４—９４、ＫＴＫ０２４—８５、ＴＢＪ２—８５四种规范计算嵌岩竖向承载力的分析，证明ＪＧＢ９４—９４中嵌岩桩计 算模式是比较科学合理、经济安全的． 关键词：嵌岩桩；承载力；计算；分析 中图分类号：１１Ｊ 文献标识码：Ａ 有关嵌岩桩竖向承载力计算进行分析和评价，为寻 ０前言 求较完善合理的计算模式开拓思路． 嵌岩桩竖向承载力的研究是建筑物桩基技术 １《建筑地基基础设计规范》中的方法 中的一项重要课题，虽然近年来该课题已取得了较 大进展，其成果也被有关新规范采用，但嵌岩桩作 《建筑地基基础设计规范）ＧＢＪ７—８９规定嵌岩 为新概念，其成果也被有关新规范采用，但嵌岩桩 灌注桩承载力按端承桩设计，即： 作为新概念，在理论上仍需不断完善、补充．本文就 ＲＫ＝ 。Ａ （１） 现行规范中有关嵌岩桩竖向承载力进行了分析和 式中：Ｒ。一单桩的竖向承载力标准值 讨论． 一桩端岩石承载力标准值，可按地区经 单桩竖向承载力的确定方法通常有原型试验 验确定 法、静力学计算法、原位测试法、经验法等四种．经 一验法是根据静力试桩结果与桩侧、桩端土层的物理 。桩身的截面面积 力学性能指标进行统计分析，建立桩侧阻力、桩端 此规范中，桩的承载力仅考虑端承力一项，忽 阻力与物理力学性能指标间的经验关系，利用这种 略了桩侧阻力的作用，显然不合理，同时也与目前 关系预估单桩承载力．该方法简便而经济，但由于 的嵌岩桩承载性状不同．此外，其中的端承力指标 各地区地质情况不同，加之成桩质量有一定变异 ｑ 在规范ＧＢＪ７—８９中规定应根据岩石强度及施工 性，经验法预估承载力的可靠性相对较低．然而该 条件确定，当桩底与岩石间无墟土存在时，可按规 法用于地区性规范的可靠性是较高的．所以经验法 范第３．２．５条确定，即 确定单桩承载被引入一些国家标准、行业标准或地 ，＝ （２） 区标准中，用于桩基的初步设计和非重要工程的设 式中：产桩端岩石承载力设计值（同式的ｇ ）； 计，或作为多种方法综合确定单桩承载力依据之 折减系数．根据岩石情况取值，在中风化岩 一，也有的规定在无条件进行静载试桩的情况下应 石中 ＝０．１７—０．２５； 用这种方法确定单桩承载力．现就目前现行规范中 ＾一岩石饱和单轴抗压强度标准值． 收稿日期：２００２—０１—２０ 作者简介：陶林（１９６６一），男，重庆垫江人，工程师 维普资讯 http://www.cqvip.com ５０ 华东交通大学学报 ２００２拒 就式（１）承力指标ｑ。而言，显得有文章可做，因 为．／：‘本身就是可靠度Ｐ＝９５９ｂ时的标准值，又是由 单轴试验得来的．如果桩的安全系数ｋ＝２，则一般 情况下 取０．５左右就可以了．而桩在受力时，桩 端基岩处于三向应力状态， 可以比０．５取得更高 些，即使考虑桩端沉渣算少量虚土的影响，取 ＝０． ５也不为过，所以计算值很难反映嵌岩桩桩基的实 际承载力，并且随着嵌岩深度的增加差距拉大，计 算值显得过小，有时还会出现嵌岩石的桩基承载力 计算值比不嵌岩时反而小的不合理现象．总之，上 述只考虑桩端阻力的嵌岩灌注桩承载力的计算模 式是值得进一步探讨的．式（１）只符合支承于基岩 表面的短桩的承载力性状，而与长径在较大的嵌岩 灌注桩的承载力性状差异较大． ２《建筑桩基技术规范》中的方法 （健筑桩基技术规范｝ＪＧＢＪ９４—９４采用可靠性 理论为基础的概率极限状态设计方法，以可靠指标 度量桩基的可靠度，按承载能力极限状态和正常 使用极限状态进行设计．规范给出的嵌岩桩单轴极 限承载力标准值计算模式为，承载力一般由桩周土 总侧阻力Ｑ 嵌岩段总侧阻力Ｑ 总端阻力Ｑ 三 部分组成，并分别为系数 、 、 的函数．即： Ｑ ＝Ｑ ＋Ｑ ＋Ｑ （３） ＝ｎ Ｑ，ｋ＝ ｇ越厶 （４） Ｑ ＝ ，ｌ （５） Ｑｏ＝ Ａｐ （６） 式中：Ｑ 一单桩竖向极限承载力标准值． Ｑ Ｑ 一分别为土的总极限侧阻力、嵌岩 总极限侧阻力、总极限端阻力标准值． —覆盖层第ｉ层土的侧阻力发挥系数，当桩 的长径比不大，桩端置于新鲜或微风化硬质岩中且 桩底无沉渣时，对于粘性土、粉土取时 ＝０．８，对 于砂类土及碎石类土，取 ＝０．７．对于其它情况取 ＝１． 一桩周第ｉ层土的极限侧阻力标准值，根据 成桩工艺按（３）取值． 一． 岩石饱和单轴抗压强度标准值．对于粘土 质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值． ，ｌ，一桩身嵌岩（中等风化、微风化、新鲜基岩） 深度超过５ ｄ，岩层表面倾斜时，以坡下方的嵌岩深 度为准． 、 —嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数．与嵌 岩径比ｈ，／ｄ有关，按表２—２采用． ＪＧＪ９４—９４规范所列经验法的特点是： １）关于上覆土层侧阻力问题，突破以往凡嵌岩 桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力的概 念，通过荷载传递测试，表明一般情况上下覆土层 的侧阻力是可以发挥的，从而根据不同情况计入了 土层侧阻力发挥系数 ２）关于嵌岩段侧阻力问题．当桩端嵌入基岩一 定深度，荷载先通过侧阻力传递于嵌岩段侧壁，在 产生一定变异后一部分荷载才传递到桩底，由于嵌 岩段的侧阻力是是非均匀分布的，因此引入了侧阻 力修正系数 ． ３）关于嵌岩桩端阻力问题，试验结果表明，传 递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递补减．当嵌岩 深度达到５ ｄ时，传递到桩端的应力接近于零，因 而引入端阻力修正系数 ，这说明桩端嵌岩深度一 般不必过大，超过某一界限并无助于提高竖向承载 力． ４）关于嵌岩桩单桩竖向极限承载力规范计算 式验证，为验证该计算式的可靠性．从国内外收集 到两百多桩的根破坏性桩资料中筛选６３根资料完 整的试桩进行统计计算（如表１所示），将计算式的 计算结果与实测根限承载力之比（简称计试比ｓ）作 为随机变量进行统计分析，其频数分布如图１，从图 中可看出绝大部分计试比ｓ的值落在１．０左右，经 统计分析，ｓ的平均值为０．９８５１，说明计算结果较实 测值略偏小，这也是工程必需的．统计分析的标准 差为０．１２４６．变异系数为０．１２６５，由于式（３）属首次 编入规范，为使大面积应用时有更多的安储备，在 编制规范时，人为地将嵌岩桩侧阻力端阻力修正系 数适当降低，以使计算值绝大部分小于实测值． ５）岩石单轴抗压强度的取值．我国有关岩石质 量指标自５０年代起均参照前苏联的有关技术法规和 规范，规定岩石的质量指标采用饱和条件下的单轴受 压强度．采用以概率统理论为基础的极限状态设计方 法后，所有的计算参数都要通过概率统计与分析后才 能应用．如果仍然采用饱和状态下的岩石单轴受压强 度，将给参数的统计带来麻烦．对于软质岩，岩样在饱 和过程中将可以有部分产生崩解，以致无法合理统 计．目前，国际上许多国家都采用天然湿度条件下的 抗压强度作为岩石质量指标，为了与国际接轨，也为 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 陶林：现行嵌岩桩竖向承载力计算模式分析 ５１ 了便于采用以概率统计理论为基础的极限状态设计 方法，采用天然湿度条件下的岩石单轴受压强度作为 岩石质量为指标更为合理．规范的计算式中公考虑了 软质岩的问题，尚显不足． ４ Ｑｕ／Ｑ ｕ 图ｌ 嵌岩桩极限承载办计试比 Ｑ，ｖ＇Ｑ ｔｔｌ频数分布图 表１极限侧阻力标准值 （ｋＰａ） 分一南 嫒Ｉ一黼 ９ 葫２胨５３ 一４ 一加吏 坡４ 一拿大． ４ 。函。。’０ ’００ ００ ０。＿・。－。－＿攀＿ 里＿＿＿－＿－’＿＿－＿ 兰＿＿＿－・・＿＿＿＿＿＿至＿－－ －＿＿＿－＿＿・＿＿－－＿－－一 ～侧阻修正系数ｒ，Ｏ． ０００ ０２Ｏ． ５ ０５Ｏ．５ Ｏ． ０７０ Ｏ．０６５ Ｏ．０６２ Ｏ．０５０ 丽 西 — —注：当嵌岩段为中等风化岩时，表中系数以０．折减．９ 四川 桩数１６ ３《公路桥涵地基与基础设计规范》中的方法 我国交通部部颁标准《公路桥涵地基与基础设 计规范｝ＪＴＪ０２４—８５中对于支承在基岩内的钻（挖） 孔桩、沉桩和管桩的单轴受压容许承载力［Ｐ］，可按 下式计算： ［Ｐ］＝（Ｃ。Ａ＋Ｃ２ ）Ｒ （７） 式中：［Ｐ］一单桩轴向受压容许承载力，当荷载 组合Ⅱ或组合Ⅲ或组合 作用时，可提高２５％； 兄一天然湿度的岩石单轴极限抗压强度，试件 直径为７ｅｒａ一１０ ｃｎｌ，试件高度与试件直径相等； ＾一桩嵌入基岩深度，不包括风化层； （，＿－桩嵌入基岩部分的横截面段长，对于钻孔 桩和管桩按设计直径采用； ｃ。、ｃ 一按清孔情况、岩石破碎程度等因素而 定的系数，按表４采用． 表４系数Ｃ。、Ｃ２值 条件 Ｃ。 ｃ２ 备 注 良好的０．６ ０．０５ ｌ、当ｈ≤０．５ Ｉｎ时，ｃ。采用表列数 一般的０．５ ０．０４ 值的０．７５倍，ｃ２＝０； ２、对钻孔桩，系数ｃ。、ｃ２值可降 较差的０．４ ０．０３ 低２Ｏ％采用 《公路桥梁地基与地基设计》ＪｒｒＪＯ２４—８５所系列 经验法的特点： １）公式（７）是我国交通部门嵌岩桩设计中较广 泛采用的计算式． ２）不计覆盖土层的侧阻力． ３）对嵌岩桩的性状认识不中． 总之，ｙｒｊｏ２４—８５规范在传统概念下的嵌岩桩 规范经验公式中计算结果是与实际不相符的． ４《铁路桥涵设计规范》中的方法 颁…标 、ｆ—荟１４＂ 薏‘… ’…ｉ ； ………Ｔ｝…茎萼星雯Ｔ １……口 ‘Ｔ。： ¨ 川¨厶 再ＬＬ ’ １＝ｒ 寸￣飘刀 ［Ｐ］＝尺（ＣＩＡ＋Ｃ２ ） （８） 式中：［Ｐ］一桩的容许承载力；下：Ｌ，Ｊ一位日 廿 小飘 Ｊ； 维普资讯 http://www.cqvip.com ５２ 华东交通大学学报 ２００２正 度下试件直径为７ｃｍ １９ ｃｍ，试件的高 风化岩）乘以某一折减少系数． 度与试件的直径相等； ２）只计嵌岩部分的侧阻力和桩端阻力，不计覆 Ａ一桩底面积； 盖土层的侧阻力．这类方法流行于桥基设计，主要可 一嵌入岩石层内的桩孑Ｌ周长； 能是考虑到冲刷的影响而忽略全部土层的侧阻力． 一自新鲜岩面（平均高程）算起的嵌入 ３）综合考虑了嵌岩灌注桩的长径比、覆盖土层 深度； 性状、嵌岩段岩性、施工工艺等因素，按桩周土总侧 ｃ 、ｃ 一系数，根据岩石层破碎程度和清底情况规 阻力、嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分合成单桩 定，按表２．４—１采用．注意，表４一ｌ中的ｃ 和ｃ 极限承载力．这种计算模式体现了我国９０年代嵌岩 值小于管桩设计采用值，因为钻孑Ｌ灌注桩桩底的施 桩的最新研究成果和设计思想，也代表了嵌岩规范 工条件比管桩桩底的施工条件差．挖孔灌注桩近似 方法的国际先进水平．这类规范有：《建筑桩基技术 采用表５是偏安全的． 规范｝（ＪＧＪ９４—９４）． 表５系数Ｃ，、Ｃ 值 按以上三类计算模式进行的实例计算，并与试 耋 清底情况 碎程度及Ｃｌ 备注 ～ 验成果进行了对照．相应的试桩成果参见表６． 通过试桩成果，特别是加载时桩顶及桩沉降情 良好 ０．６ ０．０５ 当ｈ≤０．５ｍ时，Ｃ 况，可以看出规范ＧＢＪ７—８９及ＪＴＪ０２４—８５的计算数 一般 ０．５ ０．０４应乘以０．７，Ｃ２应 据均与实际情况不吻合．因为这些计算结果中，桩 差 ０．４ ０．０３采用 端阻力占了设计承载的很大一部分甚至全部，但实 这里采用的计算方法基本上与《公路桥涵地基 际上桩底有２０ ｍｍ沉渣，且加载达９ ４５０ ｋＮ时，桩 与基础设计规范））ＪＴＪ０２４—８５相同，所以其特点也与 底沉降量仍为零，这足以说明这部分荷载基本上全 前者一样． 部由桩在土层段的摩阻力及及嵌岩段的侧阻力承 担．而在规范ＪＧＪ９４—９４的计算结果中，土层段的嵌 ５结论 岩段的总侧阻力为８ ７７５ ｋＮ，极限承载力为 １０ １９３ ｋＮ，这即比较符合实际，同时也留有一定富 我国现行的关于嵌岩灌注桩承载力的计算模 余量，所以说，ＪＧＪ９４—９４中嵌岩桩计算模式是比较 式大体可分成三类： 科学合理和经济安全的． １）只计算桩端阻力，其端阻力的确定方法是将 注：本试验结果来自重庆建筑大学嵌岩桩课题研究组． 岩石饱和单轴极限抗压强度（新鲜基地、微风化、中 表６静载试桩成果表 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｏｃｋ Ｐｉｌｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ’Ｓ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ ＴＡＯ Ｌｉｎ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｉｔｏｎ ｂｒａｎｃｈ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈｏｎｇｑｉ￣ｇ ４０００５３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ＧＢＪ７—８９，ＪＧＢ９４—９４，ＪＴＪ０２４—８ ａｎｄ ＴＢＪ２—８５，ｂｙ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｏｃｋ ｐｉｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｂｅａｒｉｇｎ ｃａｐａｃｉｔｙ。ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｐｉｌｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｙｔ’ｓ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ＪＧＢ９４．９４ ｉｓ ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓａｆｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋ ｐｉｌｅ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｙｔ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ