深嵌巖樁承載特性及其荷載傳遞法應用

摘要：為了彌補大直徑深嵌巖樁（嵌巖比hr/b≥5）承載特性研究領域的不足，利用青島海灣大橋試樁zh12的自平衡測試結果，對大直徑深嵌巖樁的承載特性進行了分析。研究了深嵌巖樁嵌巖段實測的樁側摩阻力與位移關系以及樁端阻力與位移關系，并與采用雙曲線分布模式的荷載傳遞法進行了比較。研究結果表明：在軟巖地區，大直徑深嵌巖樁基樁頂處的荷載位移曲線為緩變型，近似為直線分布形態。從實測曲線的擬合結果來看，巖層處的側摩阻力與位移關系采用雙曲線擬合是可行的，參數1/b也能反映出樁側極限摩阻力的數值；樁端巖層實測的荷載位移曲線也與雙曲線形態比較相似；利用擬合曲線所得到的參數a、b反演計算所得到樁頂荷載位移曲線也與自平衡測試方法的實測結果接近。最后，根據實測結果分析了在不同單軸抗壓強度狀態下，樁側極限摩阻力經驗公式中參數α的取值范圍。

關鍵詞：橋梁工程；深嵌巖樁；荷載傳遞法；承載特性；樁側摩阻力

中圖分類號：U443.15

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2013）04-0084-05

由于大直徑嵌巖樁能夠將上部結構的荷載傳遞到深層穩定的基巖中去，從而大大提高樁基礎的承載力并能減少基礎的沉降，所以大直徑嵌巖樁基礎在橋梁工程有著廣泛的應用^[1-3]。研究表明，當嵌巖深度為2～3倍樁徑時，巖層的地基承載力發揮比較充分，嵌巖深度比較合理。但是隨著大跨度橋梁工程的建設和上部結構荷載的增大，在一些地區已出現嵌巖深度超過5倍樁徑的深長嵌巖樁基（嵌巖比hr/b≥5 ）。如浙江西堠門大橋^[4]、青島海灣大橋^[5]、貴州北盤江大橋^[6]等，本文所說的深嵌巖樁，主要是指此類樁型。由于該類樁基嵌巖深度較大，傳統的靜載荷試驗難以加載至破壞狀態且費用較高，采用自平衡試樁法可較好地解決此類問題，有關自平衡測試方法的優點可參見文獻[7-8]。目前，對深嵌巖樁的相關理論研究和現場測試數據還比較缺乏^[9-10]。在工程實踐中如何利用已有的一些測試數據來預測該地區其他類似樁基的承載力就顯得尤為必要。荷載傳遞法是一種概念明確、計算簡單、實用性強的方法^[11]。本文依托青島海灣大橋zh12號樁的自平衡靜載荷試驗結果，對軟巖地區深嵌巖樁的承載特性進行了分析，并利用實測樁端、樁側摩阻力荷載位移曲線與雙曲線位移模式的荷載傳遞法進行了對比分析，驗證了該法在深嵌巖樁承載特性分析中應用可靠性。

龔成中，等：深嵌巖樁承載特性及其荷載傳遞法應用

1荷載傳遞函數形式及參數的確定

研究表明，對于一般粘土和砂土，樁側摩阻力與樁身位移之間的雙曲線關系是存在的，而對于軟巖地區的深嵌巖樁，嵌巖段巖層的樁側摩阻力與位移關系是否滿足雙曲線關系，文獻卻鮮有介紹。本文采用Reese采用的雙曲線傳遞函數來擬合大直徑深嵌巖樁的樁側摩阻力、樁端阻力及其位移的關系。雙曲線模型公式如下所示：

3實測阻力及荷載傳遞法擬合分析

3.1樁側摩阻力及擬合分析

通過預先埋設在樁身的應變計可以比較方便的測出不同樁身截面處的軸力，進而計算出樁身的側摩阻力。本文主要討論深嵌巖樁嵌巖段樁側摩阻力與位移關系雙曲線函數形式的a、b值。

實測的各嵌巖段樁側摩阻力與位移關系曲線如圖4所示。從圖4（a）中可以看出強風化粉砂質泥巖樁側摩阻力與位移關系的雙曲線特性并不明顯。可能的原因是由于該土（巖）層的位置距離荷載箱的位置較遠，樁側摩阻力的發揮較小，且實測的數據存在一定程度的離散性所導致。對于弱風化粉砂質泥巖而言（標高分布范圍為-4.41～ -11.21 m，如圖4（b）所示），采用雙曲線來擬合實測曲線，兩者非常接近，說明該樁側范圍樁側摩阻力與位移關系用雙曲線模擬式是可行的。對于中風化角礫巖同樣如此。

對于弱風化角礫巖，從曲線的擬合來看，盡管a、b取值略有不同，但擬合曲線與實測曲線的相關性還是比較理想的。

經對比分析可以看出，采用雙曲線來擬合深嵌巖樁的樁側摩阻力與位移關系與實測結果較為吻合，說明采用該法是可行的。

樁側極限摩阻力與位移關系經過雙曲線擬合后，各巖層處對應的a、b平均值結果如表3所示。

從表中可以看出，當單軸抗壓強度采用天然單軸抗壓強度時，α的數值一般介于0.2～0.3左右；采用飽和單軸抗壓強度時，α的數值一般介于0.3～0.5左右；采用干燥單軸抗壓強度時，α的數值一般介于0.05～0.1左右。本工程采用天然單軸抗壓強度狀態下所得到的α數值范圍與Carter 和Kulhawy等的研究結果比較接近。

4結論

利用自平衡試樁法對軟巖地區大直徑深嵌巖樁承載特性進行了測試與分析，并把測試結果與荷載傳遞法進行了擬合分析。

從實測的結果來看，深嵌巖樁基在大噸位荷載作用下采用自平衡測試方法是可行的。實測結果表明，在軟巖地區深嵌巖樁樁頂荷載位移曲線沒有明顯的陡降段，呈現為近似直線的分布形態，這與普通樁基受力形態明顯不同。從勘察報告提供的極限側摩阻力數據來看，實測的弱風化粉砂質泥巖、中等風化角礫巖數值與之相比，兩者相差不大。而弱風化角礫巖極限摩阻力與勘探報告的預估值相差懸殊，在設計中應引起注意。

從擬合的結果來看，在軟巖地區，深嵌巖樁樁側摩阻力與樁身位移關系以及樁端阻力與位移關系是比較符合雙曲線分布形態的。按照雙曲線模型這種荷載傳遞函數進行模擬所得到的荷載位移關系同自平衡測試方法的實測結果比較吻合。證實了利用雙曲線荷載傳遞函數對大直徑深嵌巖樁進行模擬分析是完全可行的。在工程實踐中如能利用測試數據得到相關巖層的a、b值，就可以利用荷載傳遞法預估其承載力，這對深嵌巖樁的設計是非常有利的。

研究結果表明：當樁側極限摩阻力經驗公式中，巖石強度如采用飽和單軸抗壓強度時，α的數值一般介于0.3～0.5左右。

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（編輯胡玲）