桥梁嵌岩桩覆盖岩增厚时的终孔分析

苏贵玉

（山西省公路局太原分局，山西 太原 030012）

桥梁嵌岩桩覆盖岩增厚时的终孔分析

苏贵玉

（山西省公路局太原分局，山西 太原 030012）

通过对钻孔桩基岩覆盖岩增厚时的两种不同地质情况，从单桩轴向承载力、嵌岩深度两方面所作的对比计算说明：在微风化花岗岩上，其上覆弱风化花岗岩的岩层增厚时，可以减少微风化花岗岩的嵌岩深度，以利现场对桩基终孔控制和监理监控。

嵌岩桩；覆盖岩增厚；终孔；单桩轴向受压承载力；嵌岩深度

桥梁嵌岩桩桩基的工程质量取决于两方面：一是嵌入基岩的深度与持力层的厚度；二是桩基本身的施工质量。前者对于桥梁的整体稳定性影响较大，当设计与设计依据的地质条件不符时，一般应该根据终孔原则由监理工程师、业主、设计单位及施工单位四方联席会议现场确定。工程技术人员可以通过必要的计算达到心中有数，较为灵活地处理比较棘手的终孔问题。

在桥梁嵌岩桩施工中，基桩嵌入基岩之岩性、基岩的风化程度以及桩端嵌岩深度都应该满足设计要求，必要时可以根据结构形式、桩长、地质情况等作相应的调整。若设计要求的基岩为微风化岩，基岩覆盖岩增厚指微风化岩顶部具有一定厚度的弱风化岩层。西部沿海高速公路虎跳门特大桥，主墩桩基设计要求嵌入微风化花岗岩2.5倍桩径（5 m），主墩桩径为2 m。施工中实际地质情况与设计不相符，如24＃-1桩分别经12.64 m弱风化花岗岩,以下再嵌入微风化花岗岩3.3 m（小于2.5倍桩径）时，达到设计标高。是否满足设计要求，能否终孔，成为现场桥梁工程技术人员共同关心的问题。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》的有关内容，从单桩轴向受压承载力及嵌岩深度两方面进行计算，可以在确定桩基终孔标高时起到借鉴和指导作用。

图1 实际地质柱状图

1 数学模型

（1）支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩和管柱的单桩轴向受压容许承载力[P]可按下式计算：

[P]=(c1A+c2Uh)Ra

式中：[P]：单桩轴向受压容许承载力，kN；

Ra：天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（kPa），试件直径为7～10 cm，试件高度与试件直径相等；

h：桩嵌入基岩深度，m，不包括风化层；

U：桩嵌入基岩部分的横截面周长（m），对于钻孔桩和管柱按设计直径采用；

A：桩底横截面面积，m2，对于钻孔桩和管柱按设计直径采用；

c1、c2:根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数，见表1。

表 1 系数 c1、c2值

验算时，可根据实际地质情况，求出各岩层的单桩轴向受压承载力计算值P，然后再加以比较判别。

判别式：当P≥[P]时，满足设计要求。

（2）当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，按桩底嵌固设计，桩基应嵌入基岩中的深度，可参照下式计算：

式中：MH：在基岩顶面处的弯矩，kN·m；

D：钻（挖）孔桩或管柱的设计直径，m；

β：系数，β＝0.5～1.0，根据岩层侧面构造而定、节理发育的取小值；节理不发育的取大值。其余符号的意义同前。

2 P的计算值与设计容许值的比较

本例中，设计给定[P]=23 000 kN。桩径为2.0 m。

计算参数；Ra、c1、c2的确定：

Ra：按设计要求取值：

微风化花岗岩Ra1=15 MPa；

弱风化花岗岩Ra2=10 MPa；

按最不利情况取：c1=0.4，c2=0.03；

A=（2.0×2.0×π/4）=π（m2）；

U=πd=2π（m）

2.1 对于微风化花岗岩

2.1.1 按嵌岩深度的设计值

h=2.5×2=5（m）时，有：

P1=15×1 000×(c1A+c2Uh)=15 000×(0.4×π+0.03×2×π×5)=32 987(kN)

有：P1>23 000 kN=[P]，满足单桩轴向受压容许承载力的设计要求。

2.1.2 对于桩底嵌入3.3 m微风化花岗岩

由图1知：嵌入的弱风化花岗岩的厚度:ha=-29.06-（-41.7）=12.64（m）。按设计标高计算，嵌入微风化花岗岩的深度：hb=-41.7-（-45）=3.3（m）。

P3.3=15×1 000×（c1A+c2U×3.3）=15 000×(0.4×π+0.03×2×π×3.3)=28 180（kN）。

有：P3.3>[P]=23 000 kN，满足单桩轴向受压承载力的设计要求。

2.2 对于弱风化花岗岩

其嵌岩深度暂按设计h=2.5×2=5 m取值，有：

P2=10×1 000×（c1A+c2Uh）=10 000×（0.4×π+0.03×2×π×5）=21 991（kN）

P2<[P]=23 000(kN)，不满足单桩轴向受压容许承载力及嵌入微风化花岗岩的设计要求。

在嵌入12.64 m弱风化花岗岩及下层3.3 m微风化花岗岩达到设计标高的情况下，基桩受弱风化花岗岩与微风化花岗岩的两个桩周摩阻力、及微风化花岗岩的一个桩底支承力，共计3个力的作用。

有：Aa=0（m2），Ab=π（m2）.

∵P3.3>[P]，设三个力的和为P3

又 ∵P3＝P3.3+10 000×（Aa×c1+c2Uha）>P3.3

∴P3>[P]，满足单桩轴向受压容许承载力的设计要求。

3 嵌岩深度的比较

嵌入弱风化花岗岩取β2=0.5，Ra2=10 MPa；

（1）求商比较计算：

由式（3）、式（4）有：hk/hl=1.73，即：

因此，得出结论：

应该嵌入节理发育的弱风化花岗岩的折算深度是嵌入节理不发育的微风化花岗岩深度的1.73倍。

（2）设计要求桩基嵌入微风化花岗岩不少于2.5倍桩径，在桩底嵌入3.3 m微风化花岗岩的情况下，嵌入上覆层弱风化花岗岩的最小厚度折算值为：

h=(2.5×2-3.3)×1.73=2.94≈3(m)

所以，上覆弱风化花岗岩的层厚大于等于3.0 m,且嵌入微风化花岗岩3.3 m时，满足嵌固深度的规范要求，即组合嵌固深度的折算值满足设计要求。

4 拟定终孔原则

若桩底嵌入微风化花岗岩3 m，试确定其上覆弱风化花岗岩的最小层厚hk；

（1）由式（5）得：hk=（2.5×2-3）×1.73=3.46≈4（m），取 hk=4 m.

（2）验算承载力：设桩底嵌入微风化花岗岩3 m的单桩轴向受压承载力为P3.0有：

p3.0=15×1 000×(c1A+c2U×3.0)=15 000×(0.4×π+0.03×2×π×3.0)=27 332（kN）

p3.0>[P]=23 000 kN

当桩底嵌入微风化花岗岩3 m，其上覆弱风化花岗岩hk=4 m时，设单桩轴向受压承载力的和为p4

∵p4＝p3.0+10 000×（Aa×c1+c2Uha）>p3.0>[P]

∴p4>[P]，满足单桩轴向受压承载力的设计要求。

5 小结

（1）由以上对比计算知，嵌岩桩覆盖岩增厚时,嵌入3.3 m微风化花岗岩,且上覆3 m的弱风化花岗岩时，满足该桩基单桩轴向受压容许承载力与嵌岩深度的要求。为此，特制定出本项目的桩基终孔原则之一：“上覆弱风化花岗岩的层厚大于等于4 m时，微风化花岗岩按嵌岩深度大于等于3 m计”。

（2）对于嵌岩桩重要的是满足嵌岩深度的终孔原则与设计要求，覆盖岩增厚时单桩轴向受压承载力由桩周摩阻力与桩底支撑力共同承担，比较容易满足设计要求。

6 结束语

综上所述，桥梁施工的桩基终孔，可以结合不同的地质情况，通过分析计算确定基岩覆盖岩增厚时的嵌岩深度，在满足持力层厚度要求的前提下确定终孔标高，以控制桩基的终孔质量，进而为桥梁提供安全、稳定的基础。同时，合理地控制变更费用与施工进度。

Analysis the Bridge Inlays When the Crag Pile Duplicate Roof Rock Accumulation Hole Finally

Su Guiyu

Through to time the drill hole pile bedrock duplicate roof rock accumulation’s two different geological situation，from the single pile axial supporting capacity，inlays the contrast computation which the crag depth two aspects do to explain：When micro decency granite，above duplicate weak decency granite rock layer accumulation，may reduce the micro decency granite to inlay the crag depth，In order to help the scene to pile foundation finally hole control and overseeing monitoring.

inlays the cragpile；duplicate roof rock accumulation；finally hole；single pile axial bearing supporting capacity；inlays the crag depth

U445

A

1000-8136(2010)35-0069-02

式（2），应嵌入基岩中的深度为便于求商比较，按最不利情况选取β值：嵌入微风化花岗岩取β1=1.0，Ra1=15 MPa；