嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的估算方法研究.pdf
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1、科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的估算方法研究菊存全(建研地基基础工程有限责任公司 北京 100161)摘要:嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的大小受岩体强度、完整程度、成桩工艺、嵌岩深度等因素的影响,本文根据岩体强度、完整程度,提出根据广义Hoek-Brown准则法和Mohr-Coulomb定理法两种方法来估算嵌岩桩的极限侧阻力和极限端阻力。通过岩石质量指标RQD与岩体完整性系数kv
2、的关系、地质强度指标GSI与岩体质量指标BQ的关系,通过试算法指出估算嵌岩桩极限侧阻力,应按岩石的饱和单轴抗压强度小于30MPa和大于等于30MPa两种情况进行拟合估算,并推导出修正的极限侧阻力估算公式。通过试算法指出利用Mohr-Coulomb定理法估算嵌岩桩嵌岩段极限端阻力时,关键是3的确定,本文根据岩石的饱和单轴抗压强度和岩体的完整性系数的关系,通过试算比较拟合得3的估算公式。通过试算与相关标准、规程所给定的经验值、实验值及工程实例检验,证明利用广义Hoek-Brown强度准则估算嵌岩桩极限侧阻力存在的缺陷与不足,利用广义Hoek-Brown强度准则估算极限端阻力较利用Mohr-Coul
3、omb定理更可靠、更实用,更符合工程实际。关键词:嵌岩桩 饱和单轴抗压强度 岩体的抗压强度 完整性系数 Hoek-Brown强度准则 Mohr-Coulomb定理 极限侧阻力 极限端阻力中图分类号:TU473.1文献标识码:A文章编号:1674-098X(2022)10(c)-0039-11Study on Estimation Method of Ultimate Lateral Resistance and Ultimate End Resistance of Rock-Socketed PileJU Cunquan(Cabr Foundation Eengineering Co.,Ltd
4、.,Beijing,100020 China)Abstract:The magnitude of ultimate lateral resistance and ultimate end resistance of rock-socketed piles are affected by rock mass strength,integrity,pile-forming technology and rock-socketed depth,two methods,the generalized Hoek-Brown criterion method and Mohr-Coulomb theore
5、m method,are proposed to estimate the ultimate lateral resistance and ultimate end resistance of rock-socketed piles.Based on the relationship between Rock Quality Index RQD and rock integrity coefficient kv,and the relationship between geological strength index GSI and Rock Quality Index BQ,the pap
6、er points out the estimation of ultimate lateral resistance of rock-socketed piles by trial calculation,the saturated uniaxial compressive strength of rock should be estimated according to the conditions of less than 30 MPa and more than or equal to 30MPa.It is pointed out that the key is to determi
7、ne the ultimate end resistance of rock-socketed pile by using Mohr-Coulomb theorem.According to the relationship between the saturated uniaxial compressive strength of rock and the integrity coefficient of rock mass,the estimation DOI:10.16660/ki.1674-098X.2212-5640-5412作者简介:菊存全(1973),男,本科,高级工程师,研究方
8、向为岩土体力学参数的确定与取值研究。39科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新formula obtained by trial calculation and comparison.Based on the test calculation and the experience value,experimental value and engineering example given by the releva
9、nt standards and regulations,it is proved that there are defects and deficiencies in the estimation of the ultimate lateral resistance of rock-socketed piles by using the generalized Hoek-Brown strength criterion,compared with Mohr-Coulomb theorem,the generalized Hoek-Brown strength criterion is mor
10、e reliable and practical in estimating the ultimate resistance,which is more in line with the engineering practice.Key Words:Rock-socketed pile;Saturated uniaxial compressive strength;Rock mass compressive strength;Integrity coefficient;Hoek-Brown strength criterion;Mohr-Coulomb theorem;Ultimate lat
11、eral resistance;Ultimate end resistance1 嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的确定现状根据 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力的确定,一般是在施工现场根据现场试桩试验确定。实际工程中也有采用旁压试验估算单桩极限承载力和静力触探试验估算单桩极限承载力,其估算精度两种方法相当,与试桩结果比较,其相对误差一般小于15%,接近试桩的实测值。但是在勘察阶段一般是依据相关规范、规程所给的经验值并依据工程师的经验确定。1.1 建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)嵌岩桩极限端阻力和极限侧阻力的确定(1)通过直径为0.3m岩基平板载荷试验确
12、定极限端阻力标准值,也可通过直径为0.3m嵌岩短墩载荷试验确定极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值。(2)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。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时,可按下列公式计算:Quk=Qsk+Qrk(1)Qsk=uqsikli(2)Qrk=rfrkAp=sfrkdhr+pfrk4d2=(s4hrd+rp)frk4d2(3)Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+qpkAP(4)式中:Qsk、Qrk为分别为土的总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限阻力标准值;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力,可根据成桩工
13、艺取值(见表1);qpk为对于岩石极限端阻力标准值(见表2);frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值,黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值;r为桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数,与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关(见表3),其中,s为侧表2全风化、强风化岩极限端阻力标准值qpk岩石名称全风化软质岩全风化硬质岩强风化软质岩强风化硬质岩岩石状态/击30N5030N50N63.510N63.510混凝土预制桩/kPa400060005000800060009000700011000泥浆护壁钻(冲)孔桩/kPa10001600120020001400220018002800干作业钻孔桩/kPa120
14、02000140024001600260020003000表1全风化、强风化岩极限侧阻力标准值qsik岩石名称全风化软质岩全风化硬质岩强风化软质岩强风化硬质岩岩石状态/击30N5030N50N63.510N63.510混凝土预制桩/kPa100120140160160240220300泥浆护壁钻(冲)孔桩/kPa80100120140140200160240干作业钻孔桩/kPa80100120150140220160260注:表中,N为标准贯入试验锤击数;N63.5为重型圆锥动力触探试验锤击数;全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩分别为frk15MPa、frk30MPa的岩石;预制桩的岩
15、石极限端阻力指桩端支撑于中、微风化基岩表面或进入强风化岩、软质岩一定深度条件下的极限端阻力。40科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科学研究创新阻力系数,p为端阻力系数,表中数值适用于泥浆护壁成桩,对于干作业成桩(清底干净)和泥浆护壁成桩后注浆,r应取表列数值的1.2倍;Ap为桩端截面积。1.2 高层建筑岩土工程勘察标准(JGJ/T72-2017)嵌岩桩极限侧阻力和极限端阻力经验值对嵌入中等风化和微风化岩石中的嵌岩灌注桩,可
16、根据岩石的坚硬程度、单轴抗压强度和岩体完整程度,按下式估算单桩极限承载力:Qu=usqsisli+urqsirhr+qprQAP(5)式中:Qu为嵌入中等风化、微风化岩石中的灌注桩单桩竖向极限承载力(kN);us、ur分别为桩身在土、全风化、强风化岩石和中等、微风化岩石中的周长(m);qsis、qsir分别为第i层土、岩的极限侧阻力(kPa),qsis可按现行行业标准 建筑桩基技术规范 JGJ 94确定,qsir可经地区经验验证后确定(见表4);qpr为岩石极限端阻力(kPa),应按本标准附录E大直径桩端阻力载荷试验要点确定,岩石极限侧阻力宜用载荷试验确定,当无条件进行载荷试验时,可经地区经验
17、验证后确定(见表4);hri为桩身全断面嵌入第i层中风化、微风化岩石内长度(m);Ap为桩底端面积(m2)。根据 高层建筑岩土工程勘察规程(GJG72-2004)(以下简称高层规程)条文说明8.3.12嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力和极限端阻力主要是依据各地区实验值和地区经验值确定的(见表5、表6)。高层建筑岩土工程勘察规程(GJG72-2004)表8.3.12(本文表4)嵌岩灌注桩岩石极限侧阻力、极限端表3桩嵌岩段侧阻力系数s、端阻力系数p及侧阻和端阻力综合系数r嵌岩深径比hr/d00.512345678极软岩、软岩s0.00.0520.0560.0560.0540.0510.0480.0450.0
18、420.040p0.600.700.730.730.700.660.610.550.480.42r0.600.800.951.181.351.481.571.631.661.70较硬岩、坚硬岩s0.00.0500.0520.0500.0450.040-p0.450.550.600.500.460.40-r0.450.650.810.901.001.04-注:极软岩、软岩指frk15MPa,较硬岩、坚硬岩指frk30MPa,介于二者之间可内插取值;hr为桩身嵌岩深度,当岩面倾斜时,以坡下方嵌岩深度为准;当hr/d为非表列值时,r可内插取值。表4嵌岩灌注桩岩石极限侧阻力、极限端阻力经验值岩石风化程
19、度中风化微风化新鲜岩石饱和单轴极限抗压强度frk/MPa5frk15(软岩)15frk30(较软岩)30frk60(较硬岩)60frk90(坚硬岩)岩体完整程度破碎较破碎较完整完整岩石极限侧阻力qsis/kPa30080080012001200200020002800岩石极限端阻力qpr/kPa3000900090001800018000360003600050000注:(1)表中极限侧阻力和极限端阻力适用于孔底残渣厚度为50100mm的钻孔、冲孔灌注桩;对于残渣厚度小于50mm的钻孔、冲孔灌注桩和无残渣挖孔桩,其极限端阻力可按表中数值乘以1.11.2取值;(2)对于扩底桩,扩大头斜面及斜面以
20、上直桩部分1.02.0不计侧阻(扩底直径大者取大值,反之取小值);(3)风化程度愈弱、抗压强度愈高、完整程度愈好、嵌入深度愈大,其侧阻力、端阻力可取较高值,反之取较低值;(4)对于软质岩,单轴极限抗压强度可采用天然湿度试样进行,不经饱和处理。41科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新阻力经验值是依据表5、表6进行了一定的折减后确定,尤其是硬质岩折减较多(见表7),偏于安全。1.3 根据岩石的饱和单轴抗压强度确定嵌岩
21、桩极限侧力许多学者研究表明嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力与岩石的抗压强度有较好的相关关系,多采用qsr=b(c)0.5拟合嵌岩桩的极限则阻力qsr与岩石饱和单轴抗压强度c之间的关系,但不同学者系数 b 的取值不同1(如表8)。2 关于规范标准法及岩石强度法确定嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力和极限端阻力存在的缺陷与不足目前规范、标准、规程法及岩石强度法确定嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力和极限端阻力的缺陷与不足是:(1)建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)根据现场表5 深圳地区建筑地基基础设计试行规程 SJ规定基岩极限端阻力qpr(单位:kPa)岩性中风化微风化花岗岩10000120001600020000花岗片麻岩
22、10000120001600020000硅化凝灰岩9000100001500018000硅化千枚岩9000110001500017000表6合肥地区中风化微风化软质岩极限端阻力qpr(单位:kPa)嵌岩深度hr/m0.51.01.01.51.52.02.03.0侏罗系石英细砂岩frk=7151000012000120001500015000180001800020000白垩系下统细砂岩frk=3750005500550060006000650065007000白垩系上统泥质砂岩及泥岩frk=1245005000500055005500600060006500表7广东标准与高层规程中风化微风化基
23、岩极限侧阻力、极限端阻力对比岩石单轴极限抗压强度frk/MPa515153030606090极限端阻力/kPa广东省标准3200960096001920019200384003840057600高层规程3000900090001800018000360003600050000极限侧阻力/kPa广东省标准4001200120024002400480048007200高层规程30080080012001200200020002800表8根据岩石的强度确定嵌岩桩嵌岩段极限侧阻力文献作者与年代Rosenberg and Joumeaux(1976)2Horvath,et al(1983)3Rowe a
24、nd Annitage(1987)4Reese and Oneill(1988)5Zhang and Einstein(1998)6Carrubba(1997)7鲁先龙、乾增珍、杨文智、郑卫锋(2018)8极限侧阻力qs/MPaqsr=0.375(c)0.515qsr=b(c)0.50,b=0.200.30qsr=0.45(c)0.50(侧壁光滑)qsr=0.60(c)0.50(侧壁粗糙)qsr=0.15c(c1.90MPa)qsr=0.20(c)0.50(c1.90MPa)qsr=0.40(c)0.50(侧壁光滑)qsr=0.80(c)0.50(侧壁粗糙)qsr=b(c)0.50,b=0.1
25、30.25qsr=0.436(c)0.3242科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科学研究创新标准贯入试验锤击数和重型圆锥动力触探试验锤击数只能依据表1分别粗略估算全风化、强风化岩体的极限侧阻力和极限端阻力,高层建筑建筑岩土工程勘察标准(JGJ/T72-2017)只能根据工程师工作经验结合表7经验值粗略给出嵌岩桩嵌岩段中风化破碎软岩、较破碎较软岩、微风化新鲜较完整较硬岩、完整坚硬岩极限侧阻力和极限端阻力,而对于微风化新鲜软质
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