大直径嵌岩桩承载机理与设计理论

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1、1/56大直径嵌岩桩承载机理与设计理论第四界“深基础”会议东南大学汇报人：龚维明13801598300东南大学土木学院2/56目录一、研究背景二、荷载传递机理分析三、理论研究四、室内实验研究五、现场原位试验六、嵌岩桩承载力计算七、工程应用八、取得成果东南大学土木学院3/56嵌岩桩是指桩身一部分或全部埋设于岩石中的桩基础。与其它桩基相比，嵌岩桩具有明显的优点，逐渐被广泛地应用到各种重要的建筑、水利、桥梁工程中。由于岩层种类繁多，岩石强度差异较大，嵌岩桩特别是大直径深长嵌岩桩承载机理复杂，且很难进行破坏试验，诸多原因制约了人们对其承载性能认识。嵌岩桩定义：一、研究背景1研究背

2、景东南大学土木学院4/56国内大部分规范如建筑桩基08规范，公路桥涵07规范(铁路)，都规定把嵌入中风化（未分化）岩层以上的桩称之为嵌岩桩，全风化和强风化（中风化）按土层考虑，这一点相对于国外规范还有一定保守，国外规范一般规范都认为只要嵌入岩层的桩都是嵌岩桩，不管是嵌入强风化还是全风化岩层。国内外对嵌岩桩定义的区别一、研究背景东南大学土木学院5重庆寸滩码头在土木工程基础中，桩基础的使用占70%以上。每年使用量约300万根以上。嵌岩桩是桩基础的两种形式之一。广泛地应用到桥梁、建筑、港口、铁路、水利工程中。南京德基广场一、研究背景东南大学土木学院6/56部分重点工程青岛海湾大桥

3、重庆码头二期工程荆岳长江大桥润扬长江大桥南京长江三桥西堠门跨海大桥重庆乌江特大桥南京紫峰大厦贵州坝陵河大桥黑瞎子岛乌苏大桥哈大客运专线南水北调中线润扬长江大桥荆岳长江大桥一、研究背景东南大学土木学院7/56工业与民用建筑港口工程公路工程铁路工程其他应用领域地铁工程水利工程一、研究背景东南大学土木学院8/56随着桥梁跨径增大、房屋向超高发展，嵌岩桩直径及嵌岩深度越来越大。嵌岩桩发展趋势乌江特大桥桩径4.0m椒江二桥桩长136m紫峰大厦桩径2.0m一、研究背景东南大学土木学院9/56超大直径嵌岩桩的主要技术难题缺乏对超大直径（d≥2m）嵌岩桩承载机理的研究。尺寸效应对桩基承载力

4、的影响研究不足。虽对嵌岩桩的嵌岩深度做了必要的探讨，但对目前采用的深嵌岩桩的承载特性缺乏分析。现有桩基规范不足。一、研究背景东南大学土木学院10/56a）桩－土体系的荷载传递分析当竖向荷载施加于桩顶，桩身的上部首先受到压缩而发生桩－土相对位移，使桩周土产生剪切变形，于是桩周土在桩侧界面产生向上的摩阻力,桩顶荷载通过摩擦力传递到周边土层，荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。二、荷载传递机理2荷载传递机理东南大学土木学院11/56现有：仅与岩石单轴抗压强度有关破坏机理：粘结-滑移-膨胀b）桩－岩体系的荷载传递分析自重引起法向应力径向约束＋考虑

5、：二、荷载传递机理东南大学土木学院12/56“滑移-剪胀机理”桩岩界面的粘聚力先发挥作用,桩岩之间将发生相对滑移。桩身在孔壁方向发生侧向剪胀，提高桩岩的侧阻力。随着外荷载的增加，滑移机制变为剪切机制，此时孔径不再膨胀。在桩岩界面发生剪切破坏前，桩侧阻力达到峰值；发生剪切后的桩侧阻力会有不同程度的降低。b）桩－岩体系的荷载传递分析二、荷载传递机理东南大学土木学院2021/8/5岩石名称破碎砂质粘土岩和细砂岩完整细砂岩完整石灰岩和花岗岩δ岩(mm)43≤2相对位移τ－δ曲线中风化以上的岩层提供的侧阻力要比土层高十几倍，甚至几十倍，达到极限所需的相对位移却比土体要小的多。破碎岩体

6、的δ约为粘性土的1/2，完整岩体约为粘性土的1/4。τ－δ曲线具有如下特征：1：τ达到极限值所需的相对位移δ小于土层所需的δ；2：完整基岩中，摩阻力呈脆性破坏，τ由峰值减小到某一残余强度。岩体发挥极限侧阻的相对位移14/56基于Hoek-Brown嵌岩段桩-岩侧阻力计算方法小孔扩张理论＋自重应力的算法桩侧摩阻力分析模型二、荷载传递机理东南大学土木学院基于Hoek-Brown嵌岩段桩-岩侧阻力计算方法通用Hoek-Brown准则σ1和σ2为破坏时大、小主应力，m和s为与岩体类型、完整性、风化程度等因素有关的常数GSI=RMR-5；mi(见附录2)；RMR(%)(见附录4)D(

7、见附录1)为岩块的扰动系数，σc为完整岩石的无侧限抗压强度，n与岩破碎程度有关的参数(n=0.5～0.65)(σ2=σ3)2021/8/5嵌岩桩桩端基岩的破坏模式桩直接支撑在基岩上，当基岩达到极限承载力时，桩端形成楔形体的破坏模式，图中符号（1）类似于主动区，图中符号(2)区为被动区,桩端产生滑移和偏转。当嵌岩比(HR/D)大于2时，当基岩达到极限承载力时，桩端产生冲切破坏,桩端下岩体破裂形成截锥塞(b)。(a)桩端直接支承在基岩上（b）嵌岩比大于217/56P破坏过程：分四个阶段提出：基于三维Hoek-Brown