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嵌岩灌注桩岩体极限侧阻力及极限端阻力确定的实用技术研究

2025-04-14 43 上传者：管理员

摘要：通过研究现行相关规范、规程、标准所给嵌岩灌注桩极限侧阻力、极限端阻力的实验值、经验值，结合工程类比法，通过统计分析、拟合得出确定各类岩体嵌岩灌注桩极限侧阻力、极限端阻力关于岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性系数、峰值抗剪强度指标（凝聚力、摩擦角）的统计经验公式。在没有实测单桩静载荷试验值的情况下，为勘察、设计确定嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力提供了一种有效途径。实现了从拍脑袋到量化的转化，解决了工程技术人员拍脑袋时的苦恼。

关键词：
峰值抗剪强度指标
嵌岩灌注桩
摩尔库伦定理
极限侧阻力
极限端阻力
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嵌岩灌注桩是指桩身下部嵌入中等风化､微风化岩石一定深度的挖孔､冲孔､钻孔形成的钢筋混凝土灌注桩,嵌岩桩极限承载力是指桩端置于完整､较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力,由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成[1],但工程实际中,一般将第四系覆盖层､全风化基岩按相应土类考虑,桩位于土类中一般称为摩擦桩､端承摩擦桩,但当桩位于强风化~新鲜岩石中的极破碎~完整岩体时,均应称为嵌岩桩(或入岩桩)比较符合工程实际,本文所称嵌岩灌注桩是指桩端置于强风化~新鲜岩体一定深度的桩,亦即桩的岩体极限侧阻力是指桩周岩体的极限侧阻力,桩的岩体极限端阻力是指桩端岩体的极限端阻力｡本文根据岩体的单轴饱和抗压强度､岩体的完整性系数､岩体的峰值抗剪断凝聚力和峰值抗剪断摩擦角,依据摩尔库伦定律推算嵌岩灌注桩的极限侧阻力和极限端阻力,目的是为工程技术人员确定嵌岩灌注桩的极限侧阻力和极限端阻力提供一种思路和方法,避免拍脑袋时的苦恼｡

1、嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力确定现状

嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的确定目前主要是通过单桩静载荷试验确定,但此方法一般是在施工设计阶段才能实现,但是在勘察阶段(初步勘察阶段､详细勘察阶段)为设计提供的嵌岩桩极限侧阻力､极限端阻力一般是根据相关规范､规程､标准所给经验值拍脑袋确定,原因是规范､规程､标准所给经验值区间太大,具体如何确定不同岩体的桩的极限侧阻力和极限端阻力规范､规程､标准并没有明确,给技术人员带来很大困难,只能凭经验拍脑袋确定｡嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的确定现状,笔者在《嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的估算方法研究》[2]已做了详细的说明,此处不再赘述｡

2、嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力确定的经验公式

笔者在《嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的估算方法研究》研究的基础上,通过具体实际工程单桩静载荷试验成果对比发现,在确定嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力的方法还存在一些不足:①确定嵌岩桩极限侧阻力按岩石单轴饱和抗压强度σc<30MPa和σc≥30MPa分别根据岩体的完整性系数Kv确定侧阻力系数ζs不妥;②确定嵌岩桩极限端阻力根据岩石单轴饱和抗压强度和岩体完整性系数Kv根据摩尔库伦定理推算σ′3时修正系数λ不妥｡本文在研究前人研究成果[3]~[9]及相关规范､规程､标准所给的经验值和具体工程单桩静载荷试验成果,通过分析､统计､研究认为,按下列方法确定嵌岩灌注桩的极限侧阻力和极限端阻力比较合理｡

3、嵌岩灌注桩极限侧阻力的估算

根据岩体完整性系数Kv､单轴饱和抗压强度σc估算嵌岩灌注桩入岩段极限侧阻力的修正公式推导如表1｡

表1根据岩体完整性系数Kv推算极限侧阻力修正系数ζ

根据表1拟合得嵌岩灌注桩入岩段极限侧阻力修正系数ζs经验公式如式(1):

式中:Kv为岩体的完整性系数;σc为岩块的单轴饱和抗压强度(MPa)｡

根据岩块单轴饱和抗压强度估算嵌岩灌注桩极限侧阻力的经验公式为[2]:

4、根据摩尔库伦定理估算嵌岩灌注桩极限端阻力

根据摩尔库伦定理估算嵌岩灌注桩极限端阻力qpr公式如下[2]:

式中:σ′3为岩体所受最小主应力;σcm为岩体的饱和单轴抗压强度;k为增大系数;c′为岩体的峰值抗剪断凝聚力;φ′为岩体的峰值抗剪断内摩擦角;λ为确定σ′3的修正系数,修正系数的确定见表2｡

表2根据岩体完整性系数Kv推算修正系数λ

根据表2拟合得修正系数经验公式如下:

为此将式(7)带入式(4)得估算出嵌岩灌注桩的极限端阻力qpr的经验公式如下:

式中:C′为岩体的峰值抗剪断凝聚力(kPa);φ′为岩体的峰值抗剪断摩擦角(°);其它符号意义同前｡

5、岩土峰值抗剪断强度的确定

根据《工程岩体质量分级标准》(GB/T20218-2014)表D.0.1岩体物理力学参数经验取值,依据岩体基本质量指标BQ与岩体峰值抗剪断强度参数的关系拟合得岩体抗剪断强度参数估算公式如下:

式中:φ′为岩体的峰值抗剪断摩擦角(°);C′为岩体抗剪断凝聚力(kPa);BQ为岩体基本质量指标｡

6、工程运用

某工程地层岩性为粉砂质泥岩,强风化~中风化,岩体节理裂隙极发育~发育,岩体极破碎~破碎,以破碎为主,天然状态下:①强风化岩石单轴抗压强度标准值为2.56MPa,极软岩,岩体完整性系数平均值0.14;②中风化岩石单轴抗压强度标准值为5.12MPa,极软岩,岩体完整性系数平均值0.28,按本文方法估算的嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力见表3､表4｡

表3强风化粉砂质泥岩嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力估算值

表4中风化粉砂质泥岩嵌岩灌注桩极限侧阻力和极限端阻力估算值

根据本项目岩体的单轴抗压强度､完整性系数,式(9)和式(10)估算得:①强风化岩体的峰值抗剪断凝聚力和抗剪断摩擦角分别为22°和146kPa,嵌岩灌注桩极限侧阻力为280kPa,嵌岩灌注桩极限端阻力为1800kPa;②中风化风化岩体的峰值抗剪断凝聚力和抗剪断摩擦角分别为25°和204kPa,嵌岩灌注桩极限侧阻力为490kPa,嵌岩灌注桩极限端阻力为3110kPa｡根据规范､规程经验取值､单桩静载荷试验成果比较,其误差较小,符合工程实际｡

7、结论

①根据岩体完整性系数Kv､单轴饱和抗压强度σc估算嵌岩灌注桩入岩段极限侧阻力的经验公式是符合工程实际的｡②根据摩尔库伦定理估算嵌岩灌注桩极限端阻力的经验公式是符合工程实际的｡③只要确定了岩体的单轴饱和抗压强度､岩体的完整性系数就可按本文经验公式确定嵌岩灌注桩桩岩体的极限侧阻力和极限端阻力｡④本文研究提出的估算嵌岩灌注桩岩体的极限侧阻力和极限端阻力可能还存在不足,还需要结合具体工程单桩静载荷试验不断修正完善｡⑤实现了从拍脑袋到量化的转化,解决了工程技术人员拍脑袋时的苦恼｡

参考文献:

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文章来源:菊存全.嵌岩灌注桩岩体极限侧阻力及极限端阻力确定的实用技术研究[J].价值工程,2025,44(10):103-105.