南宁市大型嵌岩灌注桩承载力研究及工程事例分析 |
| 2012-10-20 19:15 作者：黄武诚 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网10月20日讯】据《科技与生活》杂志2012年第16期刊文称，现在南宁市的高层建筑犹如雨后春笋拔地而起，嵌入桩的应用越来越普遍，超高层建筑桩基主要选用桩长大于50m的超长桩，但目前有一种倾向令人不安，因对超长桩承载机理研究不成熟，不少工程盲目增长桩长，以致浪费资金。对于多层和高层建筑来讲，基础尤为重要，基础造价占到了工程总造价的25%左右，因此，降低基础造价，挖掘基础潜力一直是建筑业的重要课题。
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）提出了设计及桩侧阻力的嵌岩桩承载力计算方法，但还远不能解释嵌岩桩桩侧阻力的作用机制和嵌岩桩的承载力变形性状。故此，现在对南宁市的六座大桥（各桥地理位置见附录和附表）岩土性质进行统计分析，旨在提高对嵌岩桩机理的认识。
1工程地质情况
1.1各土层的特点及物理性质
要提高对嵌入岩桩机理的认识，优化其设计，节约工程投资，首先要求对研究区域的工程地质情况有一个比较全面系统的认识。
南宁市区位于南宁向斜构造盆地中部，整个市区展布于邕江多级阶地上，组成邕江各阶地的冲积地层自下而上为圆砾、砂土、亚砂土及粘性土层，具典型的二元结构；阶地的基底为第三系内陆湖相沉积的半成岩软质岩类地层，由泥岩、粉质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩、泥灰岩互层夹褐煤、钙质泥岩等组成。
经过对南宁市的可利江大桥、可利江大道K1+220桥梁工程、南宁大桥、凌铁大桥、葫芦顶大桥、桃源大桥的土层统计分析，南宁市的土层大致可分为：素填土，流塑状淤泥，软塑状亚粘土，硬塑状粘土，密实状亚砂土，软塑状粘土，稍密圆砾，强风化泥岩，弱风化泥岩，共计九层。对上述土层的物理指数，力学性质进行分析，对一些土层可以得出下列的一些结论。
1.1.1素填土
此层土在南宁市都有分布，厚度0.4m—5m，按照桩基荷载传递理论，桩上部土层的侧阻最先发挥，实际的安全储备最小，因此，低估了此层土的承载能力，必然导致计算桩长的偏大。
1.1.2粘土
本层土在南宁市是大面积的分布，2m—8m，厚度也较大，该土层α0.1-0.2
=0.16MPa-1属于中压缩性土层。它们的孔隙比e=0.742，局部坚硬状，夹亚粘土。对于该土层的认识，提高其相应的侧阻力是完全可能和必要的。
1.1.3圆砾
南宁市的持力层一般不考虑圆砾作为桩基的持力层，圆砾呈中密状态，强度高，压缩性低，但在南宁市土层中分布不均匀，厚度小，不宜作为基础持力层。
1.1.4泥岩
南宁市地下卧基岩为第三系湖相沉积泥岩，作为南宁市大型桩基的持力层，分布稳定，厚度大，但局部面埋深变化较大。认为其承载能力尚有潜力可挖，进入泥岩的桩深可以大大减少。可以将其视作嵌入软岩的“嵌入桩”。
1.2各土层桩侧摩阻力及桩端承载力大小统计
桩侧阻力的是桩基础设计的重要参数，根据对南宁市土层的物理性质，力学指数的统计分析，结合研究的六座大桥的具体地质情况，得出各桥的桩周极限摩阻力及桩端极限承载力为：
可利江大道桥梁工程，桩周土极限摩阻力：亚粘土为25KPa，粘土为73KPa，圆砾层为160KPa，强风化岩层为120KPa，弱风化岩层为140KPa，桩端极限承载力：强风化岩层为1600（16m—20m）KPa，2300（22m—25m）KPa，弱风化岩层为2900（25m—28m）KPa，3400（30m—34m）KPa。
可利江大桥，桩周土极限摩阻力：亚粘土为50KPa，粘土为70KPa，圆砾层为165KPa，强风化岩层为110KPa，弱风化岩层为150KPa，桩端极限承载力：强风化岩层为1450KPa，弱风化岩层为3250KPa。
桃源桥，桩周土极限摩阻力：亚粘土为50KPa，粘土为80KPa，圆砾层为150KPa，弱风化岩层为120KPa，桩端极限承载力：圆砾层为1800KPa，强风化岩层为1600KPa。
南宁大桥，桩周土极限摩阻力：亚粘土为40KPa，粘土为85KPa，圆砾层为130KPa，强风化岩层为100KPa，弱风化岩层为120KPa，桩端极限承载力：圆砾层为1800KPa，强风化岩层为1250（11m-14m）KPa，1950（20.0m）KPa，2400（21.0m—25.0m）KPa，3150（28.0m—33.0m）KPa。
2单桩承载力的讨论
桩端承载力是桩基础设计不可缺少的参数之一，合理确定桩端承载力对优化桩基础设计与施工，节约工程造价具有重大意义。
2.1桩端阻力分析
现将六座大桥桩的桩长m，桩径mm，桩长与桩径之比，桩端土性，单桩承载力KPa，桩端极限承载力与单桩承载力之比%统计分析如下：
1#可利江大桥：15.7，1500，10.5，强风化泥岩，5904，24.5；2#可利江大道：31，1000，31，弱风化泥岩，6216.89，54.7；3#凌铁大桥：27.4，1800，15.2，强风化泥岩，8543，29.3；4#南宁大桥12，1500，8，强风化泥岩，3059.74，40.8。
从上述可以看出来，对于一般嵌岩桩，桩端极限承载力在单桩极限承载力所占的比例都不是很大，与桩端土层的性质以及桩端嵌入岩石的深度h有关。
史佩栋、梁晋渝等人通过对国内外150根嵌岩桩的实测资料进行统计分析，指出：当1<l/d（长径比）<20时，随l/d的增大，端阻力分担荷载比Q1/Q自100%递减至大约20%；当20<l/d<63.7时，Q1/Q一般不超过30%，其中大部分桩在20%以下，不少桩在5%以下。与此相应，桩的侧阻大约在l/d≥10—15时开始起主要作用，Q1/Q随l/d增大而增大，一般保持在70%以上，大部分桩在80%以上，不少桩在95%以上。上述规律的形成，其实质主要是覆盖层的侧阻作用得到了发挥，它与桩土体系荷载传递机理相吻合。
由以上规律对各桥进行对比检查可知，2#桩还有很大的优化空间。其他的桩基本和上规律吻合。
2.2有关嵌岩深度问题
嵌岩桩荷载传递以桩侧摩阻力为主的端摩擦桩。硬质岩为持力层的嵌岩桩，其承载力受桩身混凝土强度控制，为使岩层摩阻力和端阻力充分发挥作用，嵌岩深度一般选用0.5d-1.0d，最大不超过1.5m，上述表明：当上部荷载一定时，存在一个最佳嵌岩深度。确定适当合理的嵌岩深度，既可充分利用基岩的承载能力，从而提高单桩的承载力，又可减少施工难度，降低施工成本。
3优化设计参数建议取值
南宁市各土层建议的桩基础设计参数为桩周土极限摩阻力（KPa），亚粘土取45，粘土1取70，亚砂土取45，粘土2取25，圆砾取150，强风化泥岩取120，弱风化泥岩取150；桩尖土的极限承载力（KPa），圆砾取1800，强风化泥岩取1250（桩长11.0m—14.0m），1600（桩长16.0m—20.0m），2300（桩长22.0m—25.0m）；弱风化泥岩取2900（桩长25.0m—28.0m）3400（桩长30.0m—34.0m）4400（桩长37.0m—43.0m）。
强风化泥岩的容许承载力[σ]（KPa）取值：450，弱风化泥岩的容许承载力[σ]（KPa）取值：650。
表4.1南宁市的桩基优化参数建议取值基本上都在规范所建议的桩基设计参数范围之内，其合理性和正确性是可以得到保证的。
4结论与建议
4.1做大型桩载荷试验
经过统计分析建议做大型桩载荷试验，以获得桩基极限承载力，优化设计。从而减少施工难度，降低施工成本。
另外还应综合分析岩土层物理力学性质、沉积环境特征、成桩工艺、
土层埋深及地下水等影响因素，根据桩土荷载传递机理和实际土体中应力分布变化特征，按莫尔-库仑定律的极限侧阻力标准值qnk，也不宜凭单一的土性指标试验值简单机械地套用规范。
4.2有关部门设置数据库
现在及未来几年内，有关部门有计划地收集南宁地区个大工程中所用到的地质勘察报告，以及工程中所遇到的特殊地质的解决办法，根据工程地点及报告中勘察的地质情况，请专家分析，把南宁地区各独立点的地质情况逐渐地连接成面，并给出比规范中更合理、更贴近南宁实际情况的设计参数，以完善南宁地区地地层质料，使嵌岩桩在应用上更加合理、更加经济。
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