嵌岩桩承载力的影响因素分析及嵌岩深度的探究

【摘要】嵌岩桩所处的土层岩层复杂、桩身混凝土质量的不稳定和施工工艺的多样，导致嵌岩桩承载性能复杂，因而也使得人们对嵌岩桩的破坏机理和承载性状的认识不能达成共识和统一。本文就简单从嵌岩桩的桩长、桩径、桩体模量、持力层性状、桩底沉渣、粗糙度等因素对嵌岩桩承载力进行分析，并对嵌岩深度做简单探究，以求对施工方面能起到一定的理论支持作用。

【关键词】嵌岩桩承载力影响因素嵌岩深度

目前在施工方面存在以下误区，即一方面不管嵌岩桩长细比的大小、上覆土层的土性、沉渣厚度等，一律将嵌岩桩视为端承桩进行设计;另一方面盲目增加嵌岩深度不考虑基岩的力学性状而采用扩底，结果延长了工期、增加了施工难度，同时由于嵌岩桩单桩承载力高，造价也较高，因此此造成的浪费是惊人的，简单从嵌岩桩的桩长、桩径、桩体模量、持力层性状、桩底沉渣、粗糙度等因素对嵌岩桩承载力进行分析，并对嵌岩深度做简单探究，以求对施工方面能起到一定的理论支持作用。

一、嵌岩桩承载力影响因素分析

1、嵌岩桩的桩长和桩径对嵌岩桩受力性状的影响

从力学稳定性上来讲，嵌岩桩的桩长和桩径主要影响嵌岩桩的长细比，长细比越小，嵌岩桩的承载能力越强，嵌岩桩的整体稳定性越好，一般情况下通过增大桩径来提高嵌岩桩的承载力。

2、嵌岩桩的桩体模量对嵌岩桩受力性状的影响

嵌岩桩桩岩模量比越大，剪切模量就越小，嵌岩桩和岩体界面的剪应力分布越均匀，当桩端分担的荷载比例不高时，桩侧岩体的破坏对桩位移的影响不大;当桩和岩界面条件不好时，端阻承担的荷载就大，嵌岩桩被破坏的可能性就大，而且岩壁破坏时桩位移明显。在其它外界条件相同的条件下， E r /E c (桩岩模量比)越大，桩侧所承担的荷载越多; E r/ E c (桩岩模量比)越小，桩端所承担的荷载越大。

3、嵌岩桩的持力层性状对嵌岩桩受力性状的影响

嵌岩桩的持力层具有成层性，这也是是沉积岩的一个重要特性。沉积岩的成层性导致岩体的承载强度降低，所以，计算嵌岩桩的持力层承载力时一定要考虑持力层的性状，比如考虑沉积岩的成层性，桩底和桩侧软岩夹层的存在。同时软岩夹层的存在也会降低嵌岩桩与岩之间的抗剪强度和桩侧岩石的模量，导致承载力的降低。但是，软岩夹层的存在对嵌岩桩承载力的影响并不总是有害的，比如，有些情况下，软岩夹层的存在，使得成桩过程中孔壁容易形成凹凸，提高了孔壁的粗糙程度，此时是有益与提高嵌岩桩的承载力的。

4、嵌岩桩的桩底沉渣对嵌岩桩受力性状的影响

桩底沉渣在施工和设计中都是一个很棘手的问题，实际操作时不可能保证桩底百分之百的干净，如何确定桩底沉渣厚度及其对嵌岩桩承载力的影响就成为一个亟待解决的问题。桩底沉渣厚度过大，在桩顶荷载作用下.桩身将产生过大的位移，桩侧阻力很容易超过其峰值进入残余强度，这也是沉渣厚度过大导致嵌岩桩承载力下降的重要原因。因此，应把桩底沉渣厚度控制在规定的范围之内，以确保桩沉降量。另外，桩底沉渣除了降低桩端阻力之外，还降低桩侧的阻力。造成这一现象的原因我们认为是：桩侧阻力是由于桩与桩侧土之间的相对位移所产生的，并且在桩顶不同荷载水平下自上而下逐渐发挥。当桩端无沉渣时，靠近桩端处桩与桩侧土之间的位移不会很大，随着作用在桩顶荷载的增加，桩侧阻力缓慢增加;而当桩端有较厚的沉渣时，随着桩顶荷载水平的增加，靠近桩端处桩与桩端土迅速滑移，出现破坏，从而降低了桩侧阻力。

5、嵌岩桩的粗糙度对嵌岩桩受力性状的影响

孔壁粗糙度对嵌岩桩承载力的影响主要是对桩侧阻力的影响。首先，孔壁粗糙时，桩和岩之间剪切峰值较大;而孔壁光滑时，桩和岩之间剪切峰值较小;其次，当孔壁粗糙时，峰值位移较大;孔壁光滑时，桩和岩之间峰值位移较小;最后，孔壁粗糙时，桩和岩问残余强度较高：孔壁光滑时，桩和岩间残余强度较低，而且，一旦超过弹性极限，其剪切强度会迅速降低。

二、嵌岩深度的探究

目前，嵌岩桩定义尚不明确，国内学者在嵌入深度研究方面存在分歧。例如：黄求顺在实验的基础上认为，3d为最佳嵌岩深度，5d 为最大嵌岩深度，并且已在规范中体现;明可前通过实验认为，4d 为最佳嵌岩深度，而刘松玉等认为泥质软岩中的嵌岩桩的最大嵌入深度为 7d。

嵌岩深度对嵌岩桩承载力的影响是多方面的。首先，嵌岩深度影响嵌岩段桩侧阻力的分布模式和嵌岩桩的破坏模式。根据 Thorne、Pells 等的研究表明，嵌岩桩的嵌岩深度对嵌岩桩的破坏模式有着显著影响。嵌岩桩的嵌岩深度较浅时，则破坏时桩端将形成一个楔形破坏面，桩身同时发生水平、垂直位移和旋转。嵌岩桩的嵌岩深度较深时，破坏时桩端将形成锥形破坏面。其次，嵌岩深度直接影响着嵌岩桩承载力的大小。根据相关文献给出的嵌岩桩桩侧阻系数随嵌岩深度变化而变化的情况。从中可以看出，当 hr/D=2 时，桩侧阻力最大，而后随着嵌岩深度的增加，桩侧阻力逐渐减小。从中也可以看出，嵌岩深度对承载力的影响是有限的。

另外大量的数据表明：在泥浆护壁的钻孔嵌岩桩中，即使嵌入中等风化岩石的深度达 8D，在较大的荷载作用下仍有端阻力的存在，并不存在端阻为零的最大嵌岩深度。近 100 多组试桩的实测资料统计表明，在以泥浆护壁的钻孔嵌岩桩中，由于桩土(石)界面光滑，桩底沉渣的存在，使得软土地基嵌岩桩的承载特性表现为端承摩擦桩的性状;在荷载施加的初期，桩侧阻力的发挥与桩顶荷载同步增长，桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担，桩端阻力几乎为零。当桩端出现小位移后，桩侧摩阻力已接近极限侧摩阻力。此时桩侧摩阻力增长缓慢，桩端阻力开始随桩顶

荷载的增长而有较大的增长，几乎与桩顶荷载同步。对于长桩，当荷载继续增长至接近极限荷载时，桩-土相对位移较大，如有滑移现象出现时，极限桩侧摩阻力因弱化效应而降低。端阻力逐渐增长;随着嵌岩深度的增加，桩端侧向约束加强，嵌岩段的侧摩阻力增加。在相同桩顶荷载水平下，端阻逐渐减小，并趋于一定值。要使入岩段桩的侧摩阻力充分发挥，必须使砼与岩石孔壁很密实地结合为一体，需要清除孔壁泥皮，目前国内施工水平尚未解决这个问题(日本在导管端部外周围安装一环状管，在比重 1.2 左右的泥浆中可喷射射程达 1.5m 以上的高压水，用此法来清渣、清淤和清洗孔壁) 。

综上所述，嵌岩深度对嵌岩桩承载力的影响是显著的，这也是在进行嵌岩桩设计和分析时必须首先引起注意的。

参考文献：

1. 刘松玉，季鹏，韦杰.大直径泥质软岩嵌岩灌注桩的荷载传递性状[J].岩土工程学报，1998， 20(4)

2. 张忠苗.软土地基超长嵌岩桩的受力性状[J]，岩土工程学报，2001，23(5)

3. 徐新跃.软土地基嵌岩桩的承载特性分析研究[J]，河海大学学报(自然科学版)Vol.33 Supplement.2005 8.