较破碎中等风化岩体桩的极限端阻力标准值

第26卷2012年第6期12月岩土工程技术GeotechnicalEngineeringTechniqueV01．26No．6Dec。2012文章编号：1007—2993(2012)06-0297∞3较破碎中等风化岩体桩的极限端阻力标准值湛铠瑜(中国煤炭科工集团重庆研究院，重庆400016)【摘要】针对将桩基置于较破碎中等风化岩体时需要提供其极限端阻力标准值两柱基规范中无中等风化岩体援限媸阻力标准值的取值建议，结合重庆地标和桩基规范通过理论推导获得了中等风化岩体的极限端阻力标准值计算；通过理论计算结合桩基规范提出了较破碎中等风化岩体极限端阻力标准值的取值范围；结合工程实际分析了较破碎中等风化岩体极限端阻力标准值取值范围的合理性。研究结果表明，采用人工挖孔桩时，较破碎中等风化软质岩的取值范围为l400一5400kPa，较破碎中等风化硬质岩的取值范围为5400～z1700婢a；采用机械成孔桩时，较破碎中等风化软质岩的取值范围为1200～4600kPa，较破碎中等风化硬质岩的取值范围为4600～18500kPa；较破碎中等风化极软岩与强风化软质岩的工程性质相似，较破碎中等风化软岩好予强风化硬质岩的工程性质但不如密实状态卵(碎)石的工程性质，较破碎中等风亿较软岩与密实状态卵(碎)石的工程性质相似，较破碎中等风化较硬岩好于密实状态卵(碎)石的工程性质。【关键词】桩基；极限端阻力；承载力；较破碎中等风化岩体【中图分类号】TU473【文献标识码】Adoi：10．3969／j．issn1007—2993．2012．06．006R昭earchonSt舳dardValueofUltimateShaftR鼯istanceforFr醒iIeIntem嫩liaryWeatheredBedrockZhanKaiyu(ChongqingDesign＆Researchhstitute，chinaCoalTechnology&E119ineerillgGroup，ChollgqiI堰400016，ChiIm)【Absh鼍ct】Thispaperpresentsacalculationfomulaandputsforwardthevaluerallgeofs蛐rdvalueofshaftresist—anceforfragileinte彻ediaryweatheredbedrockbecauseitneedstobeprovidedwhenthepilewasplacedatthefragileintenne．diaryweatheredbedrock，buttherewasnovaluerecoImendedofitintechmcalcodeofbuildillgpilefb岫tionS．AmdⅥ糖、，alueraIlgeofstandardvalueofshaftresistanceforfragile洫tennediaryw白theredbedrockwasvalidatedbyengineeringpracti豫TheresultsshowthtthevaIuerar冰ofstandardvalueofshaftresistaIlce、张s1400～5400kPaforsoftrockanditwas5400～21700kPaforhardmckunderdrydrillillg，anditwas1200～4600kPaforsoftrockanditwas4600～18500kPaforl州rockundermechanicalholebuildirlg．Andtheengineerirlgpropertyoffra【gileintenTlediaryweatheredextrernelyso“rockissiIl小lartostrongweatheredsoftrock，thefragileintem捌iaryweatheredsoftrockisiIlfedortoconlpactinggravel，thefrag如in钯r-mediary嗍theredrelativelysoftrockissimilartocompactinggravel，thefragileintem矧iaryweatheredrelativelyhard∞ckisbetterthancorrlpactirlggravel．【Keywords】pilefourldation；ultimatetipresistance；bearingcapacity；f她ileintermediaryw篦theredsarldstoneO引言桩基础已被广泛应用于建筑、桥梁等工程领域，而桩基础的单桩竖向承载力直接影响着建筑物(构筑物)的安全性和经济性。当单桩竖向承载力实测值小于计算值时影响着建筑物的安全性，而实测值远大于计算值时，则严重增大了成本造价，因此合理的计算单桩竖向承载力尤为重要，与之相对应的计算单桩竖向承载力所需参数的取值也就显得尤为重要。目前，已有了大量学者对单桩竖向承载力进行了研究，例如孔垂烛[1]对桩基规范中嵌岩桩单桩竖向极限承载力的计算方法及原理进行了深入分析；陈如连[2]对桩基规范中桩端承载力特征值存在的问题进行了分析并提出了解决方法；李家奇等[3]对国内外不同地区砂土的桩端承载力的计算方法进行了比较分析并探讨了非常密实砂土中的桩端承载力取值。但对于较破碎中等风化岩体桩的端阻力标准值作者简介：湛铠瑜，1984年生，男，汉族，重庆市丰都县人，硕士，工程师，主要从事工程地质和岩土工程工作。E-mail：zh趿_kai”@163．com万方数据298岩土工程技术2012年第6期相关的研究尚未见国内外公开发表。国家规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)(以下简称“桩基规范”)中关于嵌岩桩的单桩竖向承载力计算式只适用于完整、较完整岩体，而对于构造较发育地区(如重庆奉节等地区)的中等风化岩体往往较破碎，从而导致以较破碎中等风化岩体为持力层时无法采用嵌岩桩计算公式进行单桩竖向承载力计算。因此，对于较破碎中等风化岩体应提供桩的极限端阻力标准值，而桩基规范中并无取值建议。本文结合重庆地区规范《建筑地基基础设计规范》(ⅨⅪ50—047—2006)(以下简称“重庆地标”)中关于单桩竖向承载力的计算公式推导出中等风化岩体的极限端阻力标准值计算式，同时提出了较破碎中等风化岩体的极限端阻力标准值的取值范围，并结合工程实际对其取值范围的合理性进行了分析。1单桩竖向承载力特征值计算方法1．1桩基规范计算方法桩基规范中的嵌岩桩单桩竖向承载力只适用于桩端置于完整、较完整岩体，因此将桩端置于较破碎的中等风化岩体时计算单桩极限承载力标准值不能采用嵌岩桩计算式，只能采用桩基规范中5．3．6章节中的计算式，单桩竖向极限承载力标准值计算式[4]如下：瓯一瓯+瓯一“∑啦g哦厶+机强A，(1)则单桩竖向承载力特征值计算式[4]为：11—1R。一专Qk一专“∑拓q。盘厶+寺咖qpkAp(2)1．2重庆地标计算方法重庆地标中单桩竖向承载力特征值计算式在规范中第8．3．7～8．3．10中有所阐述[5|，得出单桩竖向承载力特征值计算式如下：R。一∑如9《，妇甜izt+幽啦厂aA，(3)根据《建筑地基基础设计规范》(DBJ50—047—2006)[5]和《工程地质勘察规范》(DBJ50—043—2005)[6]可知，地基承载力特征值计算式如下：^一yf九=yfA竹、(4)由式(3)和(4)得出：单桩竖向承载力特征值计算式为：R。一∑妒酊9√嘲鳓zf+亿识弧九孔Ap(5)2较破碎中等风化岩体的极限端阻力标准值2．1基本假设基于本次主要探讨较破碎中等风化岩体桩的极限端阻力标准值取值范围，且为了便于理解和计算，本文基本假设如下：1)在同一地质条件下，桩基规范和重庆地标计算所得的单桩竖向承载力特征值相等。2)桩基规范中的总极限侧阻力标准值除以安全系数为桩侧土总侧阻力特征值，且与重庆地标中的桩侧土总摩阻力特征值相等。3)桩基规范的端阻力尺寸效应系数与重庆地标中的端阻力尺寸效应系数相等(桩基规范中的端阻力尺寸效应系数没有持力层为岩体时的取值建议，且桩端持力层为土层时桩基规范的端阻力尺寸效应系数与重庆地标中的端阻力尺寸效应系数取值相同)。2．2中等风化岩体的极限端阻力标准值计算式根据本文2．1章节中的基本假设，由式(2)和式(5)得出：1专亿gpkAp一办证竹A孔A，(6)整理式(6)得：gpk一2仳竹A孔(7)式(1)～式(7)中，R。为单桩竖向承载力特征值；瓯为单桩极限承载力标准值；瓯为总极限侧阻力标准值；Qpk为极限端阻力标准值；“为桩身周长；以为桩侧阻力尺寸效应系数；q哦为第i层土极限侧阻力标准值；Zt为桩周第i层土的厚度；佴为端阻力尺寸效应系数；qpk为极限端阻力标准值；A，为桩端面积；‰为第i层土的桩侧土摩阻力折减系数；厶为第i层土的摩阻力特征值；地为第i层土层中的桩身周长；戗为工作条件系数，人工挖孔桩取1．o，机械成孔桩取o．8；^为桩端地基承载力特征值；竹为地基极限承载力分项系数，岩质地基取o．33；^为岩石抗压强度标准值；孔为地基条件系数，岩体较破碎时取0．85～o．55。式(7)即为根据岩石抗压强度标准值计算中等风化岩体极限端阻力标准值的计算式。2．3较破碎中等风化岩体的极限端阻力标准值取值结合岩石坚硬程度划分表按照式(7)分别计算较破碎中等风化极软岩、软岩、较软岩、较硬岩的极限端阻力标准值的取值范围(结合工程实际中很少有中等风化坚硬岩较破碎，因此不计算较破碎中等风化坚硬岩的极限端阻力标准值的取值范围；工程实际中绝大多数岩石的抗压强度标准值均大于2500kPa，因此计算较破碎中等风化极软岩时岩石抗压强度标准值最低值取2500kPa)。计算结果见表1。万方数据湛铠瑜：较破碎中等风化岩体桩的极限端阻力标准值299一表l较破碎中等风化岩体极限端阻力标准值kPa岩石类别人工挖孔桩机械成孔桩yt=0．55孔=0．85n=0．55孔=0．85极软岩907～18151∞2～28057713～1542119Z～2384软岩1815～5“52805～84151542～46282384～7152较软岩5445～108908415～16830、4628～92567152～14305较硬岩10890～2178016830～336609256～1851314305～28611考虑到与桩基规范一致，因此参考桩基规范将岩石分为软质岩和硬质岩，即将极软岩和软岩归为软质岩，较软岩和较硬岩归为硬质岩。综合分析桩基规范表5．3．5—2中桩的极限端阻力标准值取值范围并结合工程实际，桩的极限端阻力标准值建议取值范围的最小值取孔一o．85时的计算值，最大值取孔一o．55时的计算值，从而得出较破碎中等风化岩体极限端阻力标准值取值建议表见表2。衰2较破碎中等风化岩体缸取值建议裹kPa说明：根据岩石抗压强度标准值采用插值法取值或根据地区经验取值；采用插值法取值时，软质岩播值区间为2．5～15MPa，硬质岩插值区间为15～60MPa。2．4极限端阻力标准值取值范围合理性分析按照表2采用插值法计算得出，岩石抗压强度标准值为5MPa时，较破碎中等风化岩体在人工挖孔桩时的极限端阻力标准值为2200kPa；岩石抗压强度标准值为30MPa时，较破碎中等风化岩体在人工挖孔桩时的极限端阻力标准值为lo$33kPa。即桩的极限端阻力标准值取值范围分别是，较破碎中等风化极软岩为1400～22∞kPa，较破碎中等风化软岩为2200～5400kPa，较破碎中等风化较软岩为5400～10833kPa，较破碎中等风化较硬岩为10833～21700kPa。由桩基规范表5．3．5—2和表5．3．6—1中关于各地层的极限端阻力标准值取值范围可知，强风化软质岩为1600～2600kPa，强风化硬质岩为2000～3000kPa，密实状态卵(碎)石为7000～11000kPa。综合对比分析本文和桩基规范的取值范围得出，较破碎中等风化极软岩的工程性质与强风化软质岩的工程性质相似；较破碎中等风化软岩的工程性质好于强风化硬质岩的工程性质但不如密实状态卵(碎)石的工程性质；较破碎中等风化较软岩的工程性质与密实状态卵(碎)石的工程性质相似；较破碎中等风化较硬岩的工程性质好于密实状态卵(碎)石的工程性质。结合工程实际，较破碎中等风化极软岩与强风化软质岩的工程性质相似是合理的；卵(碎)石包含物的主要成分为石灰岩，而石灰岩的岩石抗压强度标准值一般在30MPa左右，密实状态的卵(碎)石也就类似于天然抗压强度30MPa左右的中等风化岩石较破碎，所以较破碎中等风化较软岩与密实状态卵(碎)石的工程性质相似是合理的；同时也就说明了较破碎中等风化软岩的工程性质介于强风化硬质岩的工程性质与密实状态卵(碎)石之间的合理性，以及较破碎中等风化较硬岩的工程性质好于密实状态卵(碎)石的合理性。结合本文表2的取值范围可知，岩石天然抗压强度标准值30Ⅷa时桩的极限端阻力标准值为10833kPa，而桩基规范中密实状态卵(碎)石的极限端阻力标准值最大值可取11oookPa，由此可知较破碎中等风化较软岩的极限端阻力标准值与密实状态卵石的极限端阻力标准值基本相等。前文已分析了较破碎中等风化较软岩的工程性质与密实状态卵石的工程性质相似的合理性，所以较破碎中等风化较软岩的极限端阻力标准值与密实状态卵石的极限端阻力标准值基本相等是合理的，由此说明本文较破碎中等风化岩体qpk的取值范围是合理的。3本文存在的不足之处1)本文研究成果仅为理论推导，还没有深层载荷板试验对表2中的取值建议进行验证，这也将是作者下一步深入研究的方向。2)撰写本文的目的在于提出这个想法，从而引起同行对较破碎中等风化岩体极限端阻力标准值取值相关研究内容的重视，甚至于达到丰富和完善桩基规范中关于极限端阻力标准值取值建议表的相关内容。在有深层载荷板试验数据对本文进行验证前还无法应用于工程实践中。4结论1)结合重庆地标和桩基规范，通过理论推导获得了根据岩石抗压强度标准值计算中等风化岩体极限端阻力标准值的计算公式。2)根据推导获得的计算式，计算并提出了较破碎中等风化岩体的极限端阻力标准值的取值范围。采用人工挖孔桩时，较破碎中等风化软质岩的取值范围为1400～5400kPa，较破碎中等风化硬质岩的取值范围为5400～21700kPa；采用机械成孔桩时，较破碎中等风化软质岩的取值范围为1200～4600kPa，较破碎中等风化硬质岩的取值范围为4600～18500kPa。(下转第305页)万方数据王涛等：复合土钉支护基坑的力学研究305(上接第299页)3)综合对比分析本文极限端阻力标准值的取值范围与桩基规范中极限端阻力标准值的取值范围得出，较破碎中等风化极软岩的工程性质与强风化软质岩的工程性质相似；较破碎中等风化软岩的工程性质好于强风化硬质岩的工程性质但不如密实状态卵(碎)石的工程性质；较破碎中等风化较软岩的工程性质与密实状态卵(碎)石的工程性质相似；较破碎中等风化较硬岩的工程性质好于密实状态卵(碎)石的工程性质。同时分析了本文较破碎中等风化岩体qpk取值范围的合理性。[1][2]参考文献孔垂烛．桩基规范中嵌岩桩竖向承载力计算方法[J]．平顶山工学院学报，2005，14(6)：12_15．陈如连．对桩基规范中gpk的探讨口]．岩土工程学[3][4][5][6]报，201l，33(5)：83l一832．李家奇，赵晓豹，李晓昭，等．不同地区砂土中桩端承载力计算方法比较[J]．地下空间与工程学报，2009，5(5)：1007—1012，1043．中华人民共和国住房和城乡建设部．JGJ94—2008．建筑桩基技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．重庆市建设委员会．D聪50—047—2006．建筑地基基础设计规范[S]．重庆：重庆市建设接求发展中心，2006．重庆市建设委员会．D耐50—043—2005．工程地质勘察规范[s]．重庆：重庆市建设技术发展中心，z005．收稿日期：2012一08—22万方数据较破碎中等风化岩体桩的极限端阻力标准值作者：湛铠瑜，ZhanKaiyu作者单位：中国煤炭科工集团重庆设计研究院,重庆,400016刊名：岩土工程技术英文刊名：GeotechnicalEngineeringTechnique年，卷(期)：2012,26(6)本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ytgcjs201206006.aspx