基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析_王开源.pdf

第 40 卷第 5 期2023 年 5 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.5May 2023收稿日期:20220823作者简介:王开源(1987)，男，北京人，硕士，高级工程师.(568814725 )*通讯作者:赵晓林(1992)，男，河北邯郸人，博士.(928461535 )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.05.015基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析王开源1，申波1，赵晓林*2(1.中交公路规划设计院有限公司，北京100010;2.北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要:桩侧摩阻力是嵌岩桩承载力的重要组成部分，在提高嵌岩桩的竖向承载力中发挥着重要作用。为研究嵌岩桩的承载机理，以贵金古高速公路清池特大桥嵌岩桩承载力的现场监测为研究背景，分析了施工荷载作用下桩侧摩阻力的发展机理。基于嵌岩桩的桩岩接触面的剪切特性，并经理论分析，推导了桩侧摩阻力与剪切位移的表达式。通过荷载传递理论，建立了嵌岩桩的荷载传递模型，利用 Python 实现四阶 unge-Kutta 法求解该模型。工程桩的现场监测数据与计算结果吻合，表明了所建立的荷载传递模型的正确性以及计算方法的合理性，可用于研究嵌岩桩桩侧摩阻力的发挥机理。根据监测数据与荷载传递模型分析了不同施工荷载作用下剪切滑移阶段桩基截面轴力和剪切位移的特点。结果表明:施工荷载作用下，嵌岩桩的桩侧摩阻力由上到下逐渐发挥，承担了大部分施工荷载;当剪切位移达到极限剪切位移后，桩侧摩阻力逐渐保持稳定，施工荷载逐渐由桩端阻力承担;利用荷载传递模型计算的嵌岩桩截面轴力与和监测结果吻合，因此建立的荷载传递模型和计算方法具有实际的工程意义;计算的极限桩端阻力明显小于 公路桥涵地基与基础设计规范(JTG 33632019)计算的极限桩端阻力，这说明原设计的极限桩端阻力偏安全，需要进行合理的修正。关键词:桥梁工程;桩侧摩阻力;荷载传递理论;嵌岩桩;剪胀机理;桩岩接触面中图分类号:TU312文献标识码:A文章编号:10020268(2023)05010610Analysis on Bearing Capacity of Socketed Pile in Mountainous Area Based onLoad Transfer TheoryWANG Kai-yuan1，SHEN Bo1，ZHAO Xiao-lin*2(1 CCCC Highway Consultants Co.，Ltd.，Beijing 100010，China;2 School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)Abstract:Pile side friction is an important component of the bearing capacity of socketed piles，and plays acrucial role in improving the vertical bearing capacity of socketed piles.In order to study the load-bearingmechanism of socketed piles，on the study background of on-site monitoring of the bearing capacity ofsocketed piles of Qingchi Grand Bridge on GuiyangJinshaGulin Expressway，the development mechanismof pile side friction under construction loads is analyzed.Based on the shear characteristics of the pile-rockinterface of socketed pile and theoretical analysis，the expressions of pile side friction and shear displacementare derived.A load transfer model of socketed pile is established based on the load transfer theory，and themodel is solved by using the 4th-order unge-Kutta method through Python.The on-site monitoring data ofengineering piles are in accordance with the calculation result，indicating the correctness of the establishedload transfer model and the rationality of the calculation method，which can be used for study the mechanismof side friction of socketed piles.According to the monitoring data and the load transfer model，thecharacteristics of the axial force and shear displacement of the pile foundation section in the shear slip stage第 5 期王开源，等:基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析under different construction loads are analyzed.The result shows that(1)Under construction loads，the pileside friction of socketed pile plays a role from top to bottom gradually and bears most of the constructionloads.(2)When the shear displacement reaches the ultimate shear displacement，the pile side frictionremains stable gradually，and the construction loads are borne by the pile end resistance gradually.(3)Thesectional axial force of socketed pile calculated by using the load transfer model is in accordance with themonitoring result，upon that the established load transfer model and calculation method have practicalengineering significance.(4)The calculated ultimate pile end resistance is significantly smaller than thatcalculated according to the Design Specification for Highway Bridges and Culverts Foundations(JTG 33632019)This indicates that the original design of the ultimate pile end resistance is overly conservative andneeds to be reasonably revised.Key words:bridge engineering;pile side friction;load transfer theory;socketed pile;shear dilationmechanism;pile-rock interface0引言贵州和云南的山区地质条件比较复杂，为满足设计要求，上述地区的嵌岩桩直径和长度都会增大，导致嵌岩桩的承载机理变得复杂。由于开展山区嵌岩桩承载力监测试验比较困难，且与嵌岩桩相关的设计规范未能考虑桩岩接触性能，只是采用岩石饱和单轴抗压强度计算桩侧摩阻力，这与嵌岩桩的桩侧摩阻力的发挥机理严重不符，因此有必要开展山区嵌岩桩承载力的研究。嵌岩桩可将荷载传递到更深、更坚固的岩层中。在较小沉降下，桩侧摩阻力即可充分发挥1。了解桩侧摩阻力的发展机理是评价荷载作用下嵌岩桩承载力的关键。关于嵌岩桩承载力的问题，国内外学者进行了大量的相关研究。在室内试验方面，周德泉等2 研究了嵌岩桩穿过不同高度溶洞时，桩身轴力的传递规律和桩侧摩阻力的变化规律，发现了桩顶的沉降与溶洞高度成正比，嵌岩桩的承载力与溶洞的高度成反比;赵明华等3 利用桩岩接触面的直剪模型试验研究了不同工况下桩岩接触行为，认为忽略桩岩接触面剪胀角的非线性变化，会过高地估计桩侧摩阻力，导致嵌岩桩偏于不安全;在嵌岩桩轴力发展机理方面，赵明华等4 建立了基于荷载传递理论的桩侧摩阻力的计算模型，用于研究岩溶区嵌岩桩的承载力问题，发现嵌岩段的桩侧摩阻力是嵌岩桩承载力的重要组成部分，在实际工程中应加以考虑;Zhang等5 利用荷载传递理论计算了嵌岩桩轴力的分布规律，并通过剪胀效应和滑移线场理论确定了混凝土岩石剪切破坏面的形状和桩岩接触面的临界剪切位移;Hou 等6研究了桩岩接触面的剪切行为，认为在法向刚度不变的条件下，接触面粗糙度和岩石强度明显地影响桩侧摩阻力的发挥，进而会导致嵌岩桩的轴力发生变化;在现场监测方面，王广兵等7发现随着荷载的增大，桩侧摩阻力逐渐发挥，设计时不应将嵌岩桩按照端承桩进行设计;Wang 等8通过现场监测发现，桩侧摩阻力与桩端阻力不是同时发挥，嵌岩桩的单桩承载力应考虑上部土层与嵌岩段 2 部分的桩侧摩阻力;在数值模拟方面，Gutirrez-Ch 等9利用离散元法建立了三维桩岩接触模型，分析了接触面不同粗糙度对桩侧摩阻力的影响规律，提出了估计嵌岩桩桩侧摩阻力的经验参数，该经验参数考虑了嵌岩段接触面粗糙程度和岩石的单轴抗压强度;Xing 等10建立嵌岩桩的有限元模型，其中岩石模型采用应变软化模型，桩岩接触模型采用库伦摩擦模型，发现嵌岩桩的承载力随嵌岩深度、桩径和桩间距的增大而增大。上述研究成果表明:桩侧摩阻力和桩端阻力是嵌岩桩承载力的重要组成部分，而桩侧摩阻力的计算方法将对嵌岩桩的设计和工程规模会产生重大影响。为此，基于剪胀机理和清池特大桥嵌岩桩承载力的监测试验，开展山区嵌岩桩承载力的研究，更好地提升山区嵌岩桩的设计水平，为今后的类似工程提供理论依据。1工程概况与现场监测1.1工程概况清池特大桥位于黔北高原北部，左线桥梁全长821.5 m，右线桥梁全长 861.5 m。主桥采用预应力混凝土悬臂浇注连续刚构，桥墩采用空心薄壁墩，基础采用桩基础。地勘报告显示桥位区覆盖层主要701公路交通科技第 40 卷为碎石土，下伏基岩主要为灰岩。地层力学参数如表 1 所示。表 1地层力学参数Tab.1Mechanical parameters of stratum地层密度/(kgm3)弹性模量/MPa泊松比黏聚力/kPa内摩擦角/()碎石土1 750800.32022强风化灰岩1 8000.071040.48030中风化灰岩2 6900.981040.370040嵌岩桩为人工挖孔灌注桩，采用混凝土护壁，嵌岩深度为 36.3640.61 m。嵌岩桩按端承桩设计，桩端持力层为中风化灰岩，桩底清渣良好。嵌岩桩属性如表 2 所示。表 2嵌岩桩属性Tab.2Properties of socketed pile项目数值桩长/m43截面直径/m2.5混凝土等级C30受力钢筋型号HB500护壁钢筋型号HB400受力钢筋直径/mm28护壁钢筋直径/mm16预估单桩轴向受压承载力特征值/kN35 0001.2现场监测1.2.1钢筋应力计为监测不同等级施工荷载作用下嵌岩桩的截面轴力、桩侧摩阻力以及桩端阻力，在受力钢筋的不同深度处焊接钢筋应力计。根据采集到的钢筋应力，计算嵌岩桩不同深度处的轴力，进而求得桩侧摩阻力及其分布。本研究现场监测采用的是 JMZX-416AT智能弦式钢筋应力计，适用于钢筋混凝土结构中受力钢筋的自动化监测和长期监测。JMZX-416AT 智能弦式钢筋应力计性能指标如表 3 所示。表 3JMZX-416AT 智能弦式钢筋应力计性能指标Tab.3Performance indicators of JMZX-416AT intelligentstring-type rebar stress meter型号JMZX-416AT安装方式靠焊量程/MPa200灵敏度/MPa0.1直径/MPa28精度/(%FS)1试验选取 4 根嵌岩桩进行承载力监测，如图 1所示。钢筋计的焊接位置如图 2 所示。图 1右幅 5#墩嵌岩桩平面布置Fig.1Plane layout of socketed piles on pier No.5 in rightbreadth图 2钢筋应力计安装位置(单位:m)Fig.2Installing positions of steel bar stress meters(unit:m)1.2.2应力采集系统监测采用 32 通道的综合采集模块 JMZX-32A，如图 3 所示。钢筋应力计连接采集系统如图 4 所示。1.2.3施加荷载混凝土的重度为 25 kN/m3，根据每一级施工阶段浇注的混凝土体积求出该级施工阶段的荷载，作为试验荷载。各级施工荷载如表 4 所示。随着施工不断地推进，作用在桩顶的施工荷载不断地增大。801第 5 期王开源，等:基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析图 3JMZX-32A 综合采集模块Fig.3IMZX-32A integrated acquisition module图 4钢筋应力计连接采集系统Fig.4Steel bar stress meter connecting acquisition system表 4各级施工荷载Tab.4Weights of construction load at all levels施工等级施工荷载/(kNm2)第 5 级5 356.335第 10 级7 341.285第 15 级9 326.235第 20 级11 311.185第 25 级12 585.695第 30 级13 086.935第 35 级13 504.6351.3监测结果分析图 5 是各级施工荷载作用下嵌岩桩 52 的截面轴力。由图 5 可知，随着施工等级增加，桩基截面轴力逐渐增大，沿桩基深度，截面轴力逐渐减小。图 6 是各级施工荷载作用下嵌岩桩 52 的桩侧摩阻力。由图 6 可知，在各级施工荷载地作用下，强风化灰岩段和中风化灰岩段的桩侧摩阻力均发生明显的变化。随着施工等级增加，强风化灰岩段的桩侧摩阻力由 13.41 kPa 增加到 44.53 kPa，中风化灰岩段的桩侧摩阻力由 9.59 kPa 增加到 28.78 kPa。图 5各级施工荷载作用下桩基截面轴力Fig.5Axial forces of pile foundation section under variousconstruction loads图 6各级施工荷载作用下桩侧摩阻力Fig.6Pile side frictions of socketed piles under variousconstruction loads但当施工等级达到一定程度后，桩侧摩阻力的增加幅度变小，桩侧摩阻力表现出缓慢增加。同时，在施工荷载的作用下，嵌岩段的桩侧摩阻力由上到下依次发挥，且强风化灰岩段的桩侧摩阻力明显高于中风化灰岩段。这是由于嵌岩桩上部的施工荷载比较大，嵌岩桩上部的压缩变形比较大，因此嵌岩桩与围岩的剪切位移较大，所以强风化灰岩段的桩侧摩阻力的发挥程度比较明显。图 7 为各级施工荷载作用下桩端阻力承担比和嵌岩段桩侧摩阻力承担比。由图 7 可知，随着施工等级不断增加，嵌岩段的桩侧摩阻力承担比不断地降低，桩端阻力承担比不断增加。这表明在施工荷载作用下，嵌岩段的桩侧摩阻力先发挥，桩端阻力后发挥。在加载初期，嵌岩桩与围岩的剪切位移变化明显，所以桩侧摩阻力的承担比非常大。当施工荷载到达一定程度后，嵌岩桩与围岩的剪切位移达到极限，桩侧摩阻力也达到极限，因此桩侧摩阻力901公路交通科技第 40 卷图 7各级施工荷载作用下桩端阻力承担比和嵌岩段桩侧摩阻力承担比Fig.7Bearing ratio of pile end resistance and bearingratio of pile side friction of socketed segment undervarious construction loads承担比开始逐渐下降，桩端阻力承担比开始上升，表明桩端阻力开始承担桩顶的施工荷载。桩侧摩阻力是由于嵌岩桩与围岩产生剪切位移所导致的结果。嵌岩桩第 j 段的相对位移 可由下式进行计算:i=sdij=1Li2(j+j+1)，(1)式中，j和 j+1分别为第 j 个监测断面和第 j+1 个监测断面的钢筋应变，由钢筋应力计采集得到;Li为第 i 段嵌岩桩的长度;sd为嵌岩桩的桩顶沉降，与桩身压缩有关，可采用胡敏云等11 给出的计算公式进行求解。利用式(1)对采集到的数据进行整理，可得到嵌岩段的桩侧摩阻力与剪切位移的关系，如图 8所示。由图 8 可知，嵌岩桩的桩侧摩阻力随着剪切位移的增加而逐渐增加，并在达到一定的剪切位移后均趋于稳定。当施工荷载达到第 18 级时，强风化灰岩段的桩侧摩阻力不再随着剪切位移发生变化;当施工荷载达到第 21 级时，中风化灰岩段的桩侧摩阻力不再随着剪切位移发生变化。这表明当桩岩剪切位移达到极限剪切位移时，桩侧摩阻力不再随着剪切位移的增加而增加，桩侧摩阻力趋于恒定值，该值与岩石性质、桩岩接触状态等因素有关。另外，由图 8(a)和图 8(b)对比可知，强风化灰岩段的桩侧摩阻力发挥得较为充分。2桩侧摩阻力的剪胀机理嵌岩桩与围岩的接触面是粗糙不平的，存在大图 8桩侧摩阻力与剪切位移的关系Fig.8elationships between pile side friction andshear displacement量形状各异的楔形体12。大量研究表明，可将形状各异的楔形体简化为规则的楔形体，从而明确嵌岩桩桩侧摩阻力的发展机理。在满足计算精度的要求下适当简化计算，如图 9 所示。图 9桩岩接触面示意图Fig.9Schematic diagram of pile-rock interface011第 5 期王开源，等:基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析荷载作用下，桩岩接触面的楔形体发生错动，嵌岩桩沿围岩侧壁产生向下的剪切位移，桩岩接触面的剪切位移随着荷载的增大而逐渐增大。同时，嵌岩桩产生径向的膨胀变形，导致桩岩接触面的法向应力增大，剪应力也因此增大，这就是滑动剪胀阶段。当桩岩接触面的剪切位移达到极限剪切位移时，桩岩接触面的楔形体无法承受更大的剪应力，楔形体被剪断，此时剪应力达到接触面的极限剪切强度，嵌岩桩的运动状态由滑动剪胀转化为剪切滑移，桩岩接触面的剪应力衰减至残余剪切强度，这就是剪切滑移阶段。不同阶段的桩岩接触面剪切行为如图 10 所示。图 10不同阶段的桩岩接触面剪切行为Fig.10Shear behaviors of pile-rock interface at differentstages上述不同阶段的桩岩接触面剪切行为可完整地描述嵌岩桩与围岩的共同工作状态，与 规范采用岩石饱和单轴抗压强度计算桩侧摩阻力相比13，其物理意义更加明确。为推导桩岩接触面桩侧摩阻力与剪切位移的表达式，将桩岩接触面进行如下假定:(1)楔形体为规则的三角形，其剪胀角为;(2)桩岩接触面法向刚度为常数;(3)接触面与剪切位移平行，嵌岩桩的破坏位置在桩岩接触面上。2.1滑动剪胀阶段荷载作用下，嵌岩桩产生径向膨胀，如图 11 所示。由厚壁圆筒理论可知14，法向应力增量为n=Kr，(2)式中，n为接触面法向应力增量;K 为接触面法向刚度;r 为接触面法向位移增量。接触面法向刚度的计算公式如下:K=nr=Er(1+r)r，(3)式中，Er为岩石弹性模量;r为岩石泊松比;r 为嵌岩桩截面半径。由图 11 中的几何关系可知:r=tan s，(4)式中，为岩石剪胀角;s 为剪切位移。因此:n=Ktan s。(5)图 11滑动剪胀阶段Fig.11Sliding dilatancy stage2.2剪切滑移阶段荷载继续增大，桩岩接触面的法向位移增量、法向应力增量以及剪应力均增大，而嵌岩桩与围岩的接触面积不断减小。当剪切力超过楔形体的抗剪强度时，楔形体被剪断1516，如图 12 所示。此时接触面法向位移不再增加，法向应力增量为:n=Ktan su，(6)式中 su为极限剪切位移。图 12剪切滑移阶段Fig.12Shearing slip stage111公路交通科技第 40 卷2.3考虑剪胀机理的桩侧摩阻力Zhao 等17 提出，当法向应力较低时，岩石结构面抗剪强度表达式为:=ntan(v+)，(7)式中 v为岩石结构面摩擦角。对于钻孔灌注桩，初始应力 n对桩侧摩阻力的影响较小，因此可以忽略初始法向应力，只考虑法向应力增量 n对桩侧摩阻力的影响。将式(4)代入式(7)，并将岩石结构面摩擦角 v替换为桩岩接触面摩擦角 u，可得:=Ktan tan(u+)s。(8)当荷载不断增加，n到达一定值后，桩侧摩阻力超过岩石楔形体的抗剪强度，岩石楔形体被剪断。此时，岩石结构面抗剪强度表达式为:=c+ntan，(9)式中，c 为岩石黏聚力;为岩石内摩擦角。将式(6)代入式(9)可得:=c+Ktan tan su。(10)同时，在滑动剪胀段和剪切滑移段的交界位置满足:c+Ktan tan su=Ktan tan(u+)su。(11)因此，整理可得 su的表达式为:su=cKtan tan(u+)tan。(12)楔形体被剪断后，形成新的桩岩接触面，嵌岩桩沿新的接触面继续运动，此时接触面摩擦角为残余摩擦角 r。综上所述，嵌岩桩的桩侧摩阻力表达式如下:(z)=Ktan tan(u+)s(z)Ktan tan rsu，s(z)sus(z)su。(13)2.4考虑剪胀机理的截面轴力2.4.1荷载传递微分方程任意嵌岩桩的荷载传递微分方程为:d2s(z)dz2UEpAp(z)=0，(14)式中，U 为嵌岩桩截面周长;Ap为嵌岩桩截面面积;Ep为嵌岩桩弹性模量。将式(13)代入式(14)，得到二阶常微分方程。滑动剪胀阶段:d2s(z)dz2=UKtan tan(u+)EpAps(z)。(15)剪切滑移阶段:d2s(z)dz2=UKtan tan rsuEpAp。(16)2.4.2计算方法已知嵌岩桩的桩顶荷载和桩顶剪切位移，上述问题即为二阶常微分方程初值问题。本研究采用四阶 unge-Kutta 法求解。当桩顶荷载较小时，尚未达到剪胀滑移阶段，嵌岩桩处于滑动剪胀阶段，则:=UKtan tan(u+)EpAp。(17)将式(15)整理成一阶方程组:s=f(z，s，s)=s。(18)边界条件如下:s(z0)=sd，s(z0)=PdEpAp。(19)设高阶微分方程初值问题具有如下表达式18:s(m)=f(x，s，s，s(m1)。(20)边界条件如下:s(x0)=s0，s(x0)=s0，s(m1)(x0)=s(m1)0。(21)引入新变量:s0=s，s1=s，sm2=s(m2)，sm1=s(m1)。(22)因此，式(20)化简为:s0=s1y1=s2sm2=sm1sm1=f(x，s0，s1，sm1)。(23)用矩阵描述上述一阶微分方程组(23)，整理可得:s=s1s2sm1f(x，s)，(24)式中 s 为 m 维列向量。式(21)整理为:s0(x0)=s0，s1(x0)=s0，sm1(x0)=s(m1)0。(25)因此，式(15)可整理为:211第 5 期王开源，等:基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析s0s1 =s1s0 ，(26)s0(z0)=sd，s1(z0)=s(z0)=PdEpAp，(27)则:=UKtan tan rsuEpAp。(28)当嵌岩桩处于剪切滑移阶段时，式(14)整理为:s0s1 =s1，(29)s0(z0)=sd，s1(z0)=s(z0)=PdEpAp。(30)利用 Python 编制相应的求解程序计算上述嵌岩桩的荷载传递方程，可便捷地求出嵌岩桩截面轴力和剪切位移的分布。2.5结果对比2.5.1对比监测结果与计算结果由现场监测结果可知，当施工荷载达到第 18 级时，强风化灰岩段进入剪切滑移阶段。当施工荷载达到第 21 级时，中风化灰岩段进入剪切滑移阶段。将地层力学参数代入式(13)，可以求得极限剪切位移。极限剪切位移的对比如图 13 所示。图 13极限剪切位移对比Fig.13Comparison of ultimate shear displacements由图 13 可知，计算得到的强风化灰岩段的极限剪切位移与第 18 级监测位移相比，误差为 0.883%，计算得到的中风化灰岩段的极限剪切位移与第 21 级监测位移相比，误差为 1.807%。将第 22 级和第 35 级的剪切位移和桩基截面轴力的监测结果与计算结果进行对比，2 个施工等级的监测数据如表 5 所示。表 5监测结果Tab.5Monitoring result施工等级桩顶轴力/kN桩顶剪切位移/mm第 22 级8 287.2431.866第 35 级9 260.4942.113将表 6 的监测结果分别代入式(29)和式(30)进行计算，计算结果和监测结果的对比如图 14所示。图 14第 22 级和第 35 级施工荷载作用下桩基截面轴力和剪切位移Fig.14Axial forces and shear displacements under22nd and 35th construction loads由图 14 可知，计算结果与监测结果吻合，表明所采用的计算方法和计算原理具有一定的实用意义。2.5.2对比其他工程监测结果利用本研究提出的方法计算参考文献 19中的嵌岩桩的截面轴力并与参考文献的监测结果进行对比，进一步验证本研究的方法。参考文献中，嵌岩桩的围岩是泥岩，弹性模量 Er为 232 MPa，泊松比 为 0.25，黏聚力 c 为 1 200 kPa，内摩擦角 为24.8。参考文献中的嵌岩桩的属性见表 6。桩岩接触面的摩擦角 u为 30，残余摩擦角 r为 24，剪胀角 为 10。结果对比见图 15。311公路交通科技第 40 卷表 6参考文献中的嵌岩桩属性Tab.6Properties of socketed piles in references项目数值桩基础嵌岩深度/m6.1截面直径/m0.61桩基础弹性模量/MPa2.761桩基础泊松比0.3图 15计算结果与监测结果对比Fig.15Comparison of calculated result and monitoring result由图 15 可知，本研究的计算结果与参考文献的监测结果吻合，表明本研究的计算方法可用于分析嵌岩桩的承载机理。2.6基岩桩端阻力由 规范可知，支撑在基岩上或嵌入基岩中的钻(挖)孔桩、沉桩，其基岩的桩端阻力的计算公式为:rp=c1Apfrk，(31)式中，c1为根据岩石强度、岩石破碎程度等因素而确定的端阻力发挥系数，由 规范14 中表 6.3.71 确定;Ap为桩端截面面积;frk为桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值。由地勘报告可知，中风化灰岩饱和抗压强度标准值为 30 MPa，代入式(31)可以求得中风化灰岩段的桩端阻力。原设计中，嵌岩桩的极限承载力为35 000 kN，利用本研究的计算方法也可以求得在极限承载力作用下的中风化灰岩段的桩端阻力。规范计算结果和本研究的计算结果对比如图 16 所示。由图 16 可知，规范计算结果比本研究计算结果高 30.49%，规范的计算结果偏保守。3讨论本研究利用剪胀机理描述了嵌岩桩的桩侧摩阻力的发挥特性，推导了考虑剪胀效应的嵌岩桩截面轴力的计算公式。该理论的计算结果与监测结果吻合，与图 16桩端阻力对比Fig.16Comparison of pile end resistances其他工程的监测结果同样吻合，表明剪胀机理可用于描述嵌岩桩的承载力问题。但是未能考虑桩岩接触面的初始法向应力对剪切应力的影响。在后续的相关研究中，以桩岩接触面剪胀机理为基础，引入桩岩接触面初始法向应力对剪切应力的影响，对影响桩岩接触状态的参数，如剪胀角、接触面摩擦角等，进行敏感性分析，完善嵌岩桩承载力的计算理论。4结论(1)现场监测数据表明，嵌岩桩的桩侧摩阻力与桩岩剪切位移紧密相关。竖向荷载以剪应力的形式传递到围岩。竖向荷载沿嵌岩桩向下传递的过程是不断克服桩侧摩阻力的过程，因而嵌岩桩截面轴力沿嵌岩桩深度逐渐减小。(2)在桩端处，嵌岩桩截面轴力与桩端基岩的反力平衡。桩端基岩在桩端阻力的作用下产生压缩使嵌岩桩下沉，桩与围岩的剪切位移进一步加大，使桩侧摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载不断地增加，荷载传递过程周而复始，直到桩岩剪切位移达到极限剪切位移，桩侧摩阻力保持稳定，桩端阻力逐渐增大，桩顶荷载逐渐由桩端阻力承担，桩端阻力的荷载承担比也越来越高。(3)应该采用合理的方法计算嵌岩桩桩侧摩阻力。由监测结果和计算结果的对比可知，嵌岩桩桩侧摩阻力的剪胀机理完整地描述了嵌岩桩的受力过程。嵌岩段的桩侧摩阻力是桩基础承载力的重要组成部分，在设计和施工中不容忽视。参考文献:eferences:1SEIDELJP，COLLINGWOODBANewSocketoughness Factor for Prediction of ock Socket Shaftesistance J Canadian Geotechnical Journal，2001，411第 5 期王开源，等:基于荷载传递理论的山区嵌岩桩承载力分析38(1):138153 2周德泉，张杨龙，曹勇，等 溶洞高度影响嵌岩桩轴力传递及桩侧超载响应试验 J 湖南大学学报(自然科学版)，2022，49(7):8393ZHOU De-quan，ZHANG Yang-long，CAO Yong，et alTest on Influence Law of Karst Cave Height on Axial ForceTransfer and Lateral Overload esponse of ock-socketedPile J JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)，2022，49(7):8393 3赵明华，夏柏杨，赵衡 考虑锯齿状节理的桩岩界面模型试验研究 J 湖南大学学报(自然科学版)，2020，47(1):123129ZHAO Ming-hua，XIA Bo-yang，ZHAO Heng LaboratoryTesting Study on Concrete-rock Interface with SawtoothJoin J JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)，2020，47(1):123129 4赵明华，吴文，陈言章 考虑嵌岩段侧摩阻力的溶洞顶板稳定性研究 J 公路交通科技，2018，35(8):7379ZHAO Ming-hua，WU Wen，CHEN Yan-zhang Study onStability of Karst Cave oof Considering Side Frictionesistance of ock-socketed Section J Journal ofHighway and Transportation esearch and Development，2018，35(8):7379 5ZHANG Q，MA B，LIU S，et al Behaviour Analysis onthe Vertically Loaded Bored Pile Socketed into Weakocks Using Slip-line Theory Arc Failure Surface J Computers and Geotechnics，2020，128:110 6HOU J，ZHAO H，PENG W，et al A Limit Solution forPredicting Side esistance on ock-socketed Piles J Journal of Engineering Mechanics，2022，148(1):114 7王广兵，卢红前，张源，等 嵌岩灌注桩单桩竖向静载试验研究 J 武汉大学学报(工学版)，2021(增2):247251WANG Guang-bing，LU Hong-qian，ZHANG Yuan，et alesearch 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