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較破碎巖石地基嵌巖樁承載性狀研究

2015-11-19 2048 0

王田龍,黃質(zhì)宏*,張飛,劉豪,莊錦亮
(貴州大學土木工程學院,貴陽550025 )
  摘 要:由于嵌巖樁的單樁承載力高,抗震性能好,沉降小等特點,目前在基礎(chǔ)工程中被廣泛使用。在貴陽地區(qū),很多嵌巖樁嵌入中等風化、巖石較破碎的巖層中。由于國家現(xiàn)行規(guī)范未對如何在此類巖體上進行嵌巖樁的設(shè)計作詳盡的說明,這給樁基的設(shè)計帶來了一些問題。本文主要在前人的理論研究和工程實踐的基礎(chǔ)上,通過相關(guān)規(guī)范的學習與研究,將各種計算方法進行對比分析,并結(jié)合現(xiàn)場樁基載荷試驗結(jié)果,對較破碎巖石地基上的嵌巖樁承載性狀進行研究和探討,給出一種改進的計算方法。
  關(guān) 鍵 詞:嵌巖樁;較破碎;承載性狀
  1 引 言
  嵌巖樁,即樁端嵌入巖體的樁。由于其單樁承載力高,群樁效應小,抗震性能好,沉降小等特點被廣泛應用。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)(以下簡稱樁基規(guī)范2008版)第5.3.9條的規(guī)定,嵌巖樁的樁端需嵌入完整、較完整的基巖。然而在貴陽地區(qū),中風化較破碎的巖層分布很廣,許多建筑工程樁基礎(chǔ)的樁端就是嵌入這一類的巖層。對于嵌入較破碎巖層情況下如何計算其單樁豎向極限承載力,在樁基規(guī)范(2008版)中并未給出詳盡的說明,這給樁基礎(chǔ)的設(shè)計帶來了困擾。目前在貴陽地區(qū),許多工程就是將嵌巖樁樁端嵌入較破碎的巖層,且經(jīng)過多年的運行,并未發(fā)現(xiàn)異常。
  在國內(nèi),很多學者對于此問題進行了深入地研究。關(guān)于巖石風化程度與巖石完整性程度的關(guān)系,巖土學者袁玩提出巖體的風化程度與完整程度可以一一對應,即全風化對應極破碎,強風化對應破碎,中風化對應較破碎,微風化對應較完整,未風化對應完整等。劉興遠、鄭穎人[7]以BP網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ),對影響嵌巖樁嵌巖段極限承載力的參數(shù)進行分析,他們認為風化程度是影響嵌巖段極限承載力的主要因素,樁徑對極限承載力的影響呈非線性關(guān)系,巖石強度、嵌巖深度對極限承載力的影響基本上呈線性關(guān)系,且他們認為存在影響極限承載力的最優(yōu)樁長。董平、秦然[8]基于剪脹理論建立了適用于弱質(zhì)巖石嵌巖樁嵌巖段的荷載傳遞函數(shù)及相應的解析解。他們還指出樁端阻力分擔比隨嵌巖比的增加而減小。張建新、吳東云、杜海金[9]對嵌巖樁的承載特性與破壞方式進行了試驗研究。他們指出嵌巖樁的破壞模式與樁巖相對剛度有關(guān),破壞可能發(fā)生在樁巖界面、樁周巖體、樁體本身。王勇剛、 李鏡培[10]引入Hoek-Brown強度準則,求解出了嵌巖段樁側(cè)阻力的表達式。王勇強[11]對軟巖嵌巖段的側(cè)阻力進行了研究,他認為側(cè)阻力的發(fā)揮受剪切機理和膨脹滑移機理的影響,且其大小受樁表面的法向剛度所控制。他還指出,巖石強度、模量、界面粗糙程度、巖石初始應力等也會對樁側(cè)阻力產(chǎn)生一定的影響。宋強輝、劉東升、趙燕明[12]通過ANSYS建立嵌巖樁單樁模型,采用隨機有限元法對軟巖中的嵌巖樁變形和等效應力進行了可靠度分析。該方法是有限元理論與可靠度理論的有機結(jié)合,可以為特別復雜的結(jié)構(gòu)的可靠度分析與設(shè)計提供了新的發(fā)展及研究方向。劉利民、張洪文、張建新[13]通過不同場地五根嵌巖樁載荷試驗結(jié)果的灰色關(guān)聯(lián)分析,指出嵌巖樁的實際承載性狀與人們的傳統(tǒng)認識有著很大差別,從而為嵌巖樁的設(shè)計和承載力的計算提供了新的思路。
  國內(nèi)的學者對于嵌巖樁的研究取得了豐富的理論成果。但是,對于較破碎嵌巖樁承載機理的研究尚不夠深入。本文在前人理論研究、工程實踐的基礎(chǔ)上,通過對相關(guān)規(guī)范的學習與研究,并結(jié)合現(xiàn)場樁基載荷試驗結(jié)果,對折減系數(shù) 、側(cè)阻和端阻影響系數(shù)及嵌巖樁單樁豎向極限承載力計算方法的適用性進行探討與研究,并給出一種改進的計算方法。
  2 樁基靜載試驗
  以貴陽市三組樁基工程為例,三組試驗基樁樁端均置入較破碎巖層。通過樁基靜載試驗得到嵌巖段的樁端極限承載力、樁側(cè)極限承載力及單樁承載力特征值。
  (1)工程1的試樁參數(shù)如表1所示:
表1 工程1試樁參數(shù)
嵌入巖層類型
平均樁長(m
  
深度(m
試樁直徑 (m)
飽和單軸抗壓強度Mpa
完整   性系 數(shù)
完整
程度
  
白云巖
16
4
1.0
36.4
0.42
較破碎
 
 ?。?)工程2的試樁參數(shù)如表2所示:
表2 工程2試樁參數(shù)
    • 嵌入巖層類型
      平均樁長(m
        
      深度(m
      試樁直徑 (m)
      飽和單軸抗壓強度Mpa
      完整   性系 數(shù)
      完整
      程度
        
      泥質(zhì)灰?guī)r
      10
      3.6
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