【2017年整理】人工挖孔嵌岩桩基础的设计研究

人工挖孔嵌岩桩基础的设计研究--DTPT 2008.02

作者：禹光关磊陈艺菲薄伟杰邮电设计技术2009-2-20 11:53:04

工挖孔桩是一种采用洛阳铲、风镐等小型工具人工挖掘成孔后现场浇灌混凝土形成的一般情况下，为了充分利用桩端阻力、增大单桩竖向承载力，通常在桩底持力层顶面形成锅底状的桩端扩大头，即为人工挖孔扩底桩。

工挖孔嵌岩桩是指桩的端部必须进入基岩一定深度的人工挖孔桩。因此，其具有较强力，稳定性方面优于其他桩型。特别当上部结构传至基础的竖向荷载很大而基岩埋藏定倾斜角度、其他桩型较难满足设计要求时适合采用。当桩端为比较完整的硬质岩石时，为保证承载能力不下降，也可以通过在基岩内扩大桩径形成圆柱体扩大头的方式阻力，从而可以减少入岩深度，形成人工挖孔扩底嵌岩桩。

工挖孔扩底桩基础技术成熟、设计施工及验收规范完善、积累的工程经验亦相当丰富。挖孔嵌岩桩作为人工挖孔桩的另外一个分支，它的工程应用还相对较少，笔者认为有程实例，进行进一步的探讨和应用研究。

况

结构概况

苏新华图书配送中心生产主楼地上2层，一层层高8 m，二层层高6.5~12.8 m，东西，南北宽约185 m。在南北宽度方向的中部设置了一条宽12 m的消防通道，沿该消防主楼分为北楼和南楼两个部分。一层柱网尺寸基本为9.6 m×9.6 m，二层柱网尺寸基×19.2 m，中柱最大荷载约6 500 kN。一层顶楼盖采用现浇钢筋混凝土井字梁结构，3.2 m，楼板厚度为120 mm。二层屋盖采用多柱点下弦支撑正放四角锥螺栓球网架结用三层压型钢板双层保温的复合板。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，框为三级。

地质及水文地质条件

工程场地为岗地和岗前冲积地貌单元，经人工推填改造而成。土层可划分为：①素填质粘土；②2粉土夹粉质粘土；②3粉质粘土；③1～③3粉质粘土；④1强风化粉砂岩；粉砂岩。各岩土层承载力特征值及桩基础设计参数见表1。

下水主要为上层滞水和基岩裂隙水。上层滞水主要在雨期分布在填土层空隙中，接受补给，以蒸发方式排泄。基岩裂隙多被风化矿物充填，裂隙水贫乏。勘探区域揭露土下水位，据区域水文地质资料，雨季最小地下水位埋深0.5 m。

工程拟建场地附近无活动断裂带通过，基底岩层分布稳定，适宜本工程建设。拟建场

利地段，20 m以浅无液化土层。建筑场地的类别为Ⅱ类，特征周期为0.35 s。

案的论证分析

地基浅基础

工程拟建场地为岗地和岗前冲积地貌单元，场地土分布很不均匀，并且大部分上层土及②粉质粘土为厚薄严重不均的回填土和软弱土，仅局部有适合浅基础的地基持力层。基础等浅基础方案不能成立，需要考虑桩基础方案。

打入桩和静压桩

应力混凝土管桩是一种比较经济的桩型，并且在江苏省的应用也比较广泛。本工程为冲积地貌单元，第④1层强风化粉砂岩埋藏深度从地面下3~17 m不等，很不均匀且岩较大，预应力混凝土管桩无论是打入式还是静压式，进入基岩的深度有限且可能发生入岩深度不能满足1d的要求，对抗滑移稳定性亦会产生一定的影响。即使放宽规范的求至0.5 d，预应力混凝土管桩的承载力主要来源于侧摩阻力，由于桩端持力层第④1岩埋深很不均匀，桩长将长短不一且差别很大，单桩竖向承载力也将相差很大，以至设计或无法指导施工。其他预制打入桩和静压桩与预应力混凝土管桩的适用范围、施本相同，因此亦不能满足设计要求。

灌注桩

孔灌注桩的适用范围最广，通常适用于持力层层面起伏较大，桩身穿越各类土层以及化不均、软硬变化大的岩层，如持力层为硬质岩层或地层中夹有大块石等，则需采用。但其造价相对较高，只能作为备选方案。当其他桩型的技术经济指标不合适、施工时再考虑使用。

挖孔扩底桩

工挖孔桩具有承载力高，传力直接，持力层检查直观，施工快速，节省造价，设备简量有保证，对环境污染小，更适宜于狭窄场地上施工等优点。尤其对于大跨度柱网工合适时，采用一柱一桩是经济合理、安全适用的基础方案之一。

挖孔嵌岩桩

工挖孔嵌岩桩除具有人工挖孔桩如上所述的优点之外，桩的端部必须嵌入基岩一定的桩的单桩竖向极限承载力标准值是由桩间土总侧阻力、嵌岩段总侧阻力（嵌固力）和力三部分组成。由于嵌岩段嵌固力的作用，人工挖孔嵌岩桩相对扩底桩具有更强的抗稳定性更好。当桩端持力层的基岩顶面有一定的倾斜角度时，更加适合采用。本工程岗地和岗前冲积地貌单元，第④2层中风化粉砂岩埋藏深度从地面下4.5~22 m，岩层度较大，因此，人工挖孔嵌岩桩是适合本工程采用的最佳基础方案。

孔嵌岩桩的设计研究

件

）单桩竖向承载力特征值Ra≥3 000 kN。

）桩端应有中硬以上的粘土、中密以上砂土、卵石层、岩层等作持力层，并且埋藏较过25 m。

）桩端持力层在地下水位以上或地下水降水不很困难，当土层中存在有承压水和有害采用。

）所穿越的土层有良好的成孔条件，如不含淤泥层、流砂层，或淤泥层、流砂层厚度水后挖进中不会造成垮塌。

）建筑场地狭小、不宜进行机械化施工或者周围环境不允许有振动、挤压、噪音污染

）基岩面有较大倾斜角度，需要嵌入岩体一定深度来加强抗滑移稳定性。

规范之间的差异及选用

照南京地区规范计算

南京地区地基基础设计规范》（DB 32/112-95）（下称南京地区规范）第9.9.4条,当轴极限抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下式计算：

勘探孔J11附近的某工程桩（下称J11桩），桩径d=1 m不扩底，有效桩长L=20.12 m，2层中风化粉砂岩hr=2 m，桩身长径比L/d=20.12。

（0.065-0.07）×（20.12-10）/（30-10）=0.067 5

0.25-0.4）×（20.12-10）/（30-10）=0.325

rkhr=3.14×0.067 5×13.84×103×2=5 866 kN

frkAp=0.7×0.325×13.84×103×3.14×0.52=2 471 kN

不考虑上层土桩周摩阻力时，单桩竖向极限标准值为：

k=5 866+2 471=8 337 kN

）位于勘探孔B39附近的某工程桩（下称B39桩），桩径d=1 m不扩底，有效桩长L=6.02 入④2层中风化粉砂岩hr=2 m，桩身长径比L/d=6。

（0.07-0.08）×（6-5）/（10-5）=0.078

（0.4-0.7）×（6-5）/（10-5）=0.64

rkhr=3.14×0.078×13.84×103×2=6 778 kN

frkAp=0.7×0.64×13.84×103×3.14×0.52=4 867 kN

不考虑上层土桩周摩阻力时，单桩竖向极限标准值为：

k=6 778+4 867=11 645 kN

照建设部桩基规范计算

建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）（下称桩基规范）第5.2.11条，当根据室内试验桩竖向极限承载力标准值时，可按下式计算：

桩、B39桩为例进行计算，桩身直径d＝1 m，桩端进入④2层中风化粉砂的深度hr=2 长分别为20.12、6.02 m。

/d=2查表3：ξs＝0.070，ξp＝0.300。

rchr=3.14×1×0.07×0.9×13.84×103×2=5 475 kN

cAp=0.3×0.9×13.84×103×3.14×0.52=2 933 kN

不考虑上层土桩周侧摩阻力时，上述两工程桩的单桩竖向极限标准值均为：

k=5 475+2 933＝8 408 kN

范之间的差异及选用

1桩与B39桩的入岩深度一致，J11桩比B39桩的有效桩长长约14 m，按照南京地区规，嵌岩段侧阻力修正系数ξs和端阻力修正系数ξp与桩的长径比L/d存在折线形线性长径比越大亦即直径不变的情况下桩越长则嵌岩段侧阻力修正系数ξs和端阻力修正系。计算后结果显示：当不考虑上层土桩周侧摩阻力时，J11桩比B39桩的单桩竖向极限值小了约3 000 kN，反之，J11桩的单桩竖向极限承载力标准值与B39桩基本一致。照桩基规范计算，嵌岩段侧阻修正系数ξs和端阻修正系数ξp与嵌岩深径比hr/D存性对应关系，当不考虑上层土桩周侧摩阻力时，J11桩的单桩竖向极限承载力标准值与一致。