桩基设计研究

一、 端承桩嵌岩深度确定的原则

端承桩嵌岩深度与桩基所承受的荷载有关。桥梁桩基荷载主要分为竖向荷载和水平荷载。竖向荷载，主要是桥梁上、下部结构自重及活载作用，采用规范公式“[]1211

12m n a p rk i i rki

s i ik i i R c A f u c h f u l q ζ===++∑∑”进行验算。在桩端所处持力层的岩石单轴极限抗压强度较高的情况下，竖向荷载对桩基的嵌岩深度一般不会起决定性的作用，嵌岩深度主要受水平荷载的影响。

1、端承桩持力层的选择

根据端承桩的定义，其承载力主要由桩端阻力来提供。因此，要求桩端伸入一个足够强度的持力层。部分设汁人员认为，端承桩就须嵌入新鲜、完整的基岩或者是微风化岩层上，完全忽视了岩石的强度。岩石按强度分为硬质岩、软质岩、极软岩三种。岩石类型不同，其强度就不同，其不同风化程度的产物强度也有所不同。对于一些硬质岩，即使是中风化层，其强度也可达2OMPa ～60MPa ，是可以满足端承桩基底强度的要求的。因此对中风化层厚度在5m 以上，甚至十几米，还要求穿过中风化层而嵌入微风化岩层上，是不合理的，势必会增加施工难度和工程造价，造成不必要的浪费。因此，在端承桩设计中，对桩端持力层的岩石强度需区别对待，不仅要考虑岩石的风化程度，更要考虑岩石的完整情况(裂隙是否发育)，岩石的强度等细节，只要可以满足桩基所需的竖向力要求，即使是中风化层、甚至是强风化层都可以作为端承桩的持力层。

2、柔性桩的嵌岩深度

当岩层以上土体较厚，桩基的弯矩值最大区段一般落在覆盖土层中，由覆盖土层承担了大部分弯矩和剪力，对基底端承桩的握裹作用就降低了很多，其受力形态为柔性桩，见图2(a)。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）第5.3.9条规定，桩基内力计算主要采用“m ”法计算，根据刚性桩与弹性桩的判别式，当桩的入

土深度h 满足下式条件时，将桩按刚性基础计算，反之按弹性基础计算。

2.5

h α≤

式中：α－土中基础的变形系数，α= b 1－桩基计算宽度，对于单桩：b 1 =0.9(D+1)，D 为桩径；

EI －基础的计算刚度，对于基桩按弹性地基梁计算，EI=0.67E C I C ，其中

4

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c D I =π，E C 为桩基混凝土的弹性模量，按《桥规》取值。 m －地基土的比例系数，与地基土的性质有关，也与桩在地面或冲刷线处的水平位移有关；

图2 弹性桩与刚性桩的弯矩图

因此，当覆盖层厚度 2.5

h α≥时，在满足竖向承载力的前提下，理论上桩端

支承在基岩表面即可；考虑到基岩表面可能存在斜面，应预留一定的安全度，在实际设计中嵌岩深度一般取1.0D ～3.0D(D 为桩基直径)。

3、刚性桩的嵌岩深度

当覆盖层很薄，基岩埋深很浅或者是水中桩受冲刷影响，此时所有水平荷载全部靠嵌岩深度提供，受力模式为刚性桩，见图2(b)。

《公路桥涵地基与基础设计规范》的第5.3.5条，明确了此类桩基嵌岩深度

h 的计算公式：

h =式中：M H －基岩顶面处桩身的弯矩（KN ·m ）；

f rk －天然岩石的单轴极限抗压强度（KPa ）；

D －基桩设计直径（m ）；

β－根据岩层侧面构造，节理是否发育而定的系数；

根据以往工程的经验，此类桩基嵌岩深度一般取 3.0D ～5.0D ，建议小桩径取大值，大桩径取小值。同时需注意，此类桩基嵌岩深度受岩石强度和完整程度影响较大，在某些特殊情况须单独计算。

4、嵌岩深度原则在高速项目中的应用

根据上文所述，当桩的入土深度 2.5

h α≤时，将桩按刚性基础计算，反之按

弹性基础计算。表4中是高速项目常规的装配式桥梁桩基对应不同m 值的2.5/α值。

2.5/α值计算表 表4

通过对表4所列2.5/α值进行统计分析可看出，其值大多分布在对应桩径的5～7倍左右。根据高速项目的地勘资料，其地基土的“m ”值大多在5000～10000之间。为了方便实际工程中应用，并保证一定的安全度，在通过计算满足承载力要求的前提下，对于跨径不大于50m 的中、小跨径桥梁，建议在高速项目

实际应用中按如下原则设计:

桩径不大于1.5m的桩，其2.5/α的值按6D(D为桩径)控制。当覆盖层厚度h≤4D时，按刚性桩设计，嵌岩深度取4.0D～5.0D（小桩径取大值，大桩径取小值）；当覆盖层厚度4D8D时，按柔性桩设计，嵌岩深度取1.0D～2.0D。

桩径大于1.5m的桩，其2.5/α的值按5.5D(D为桩径)控制。当覆盖层厚度h≤3.5D时，按刚性桩设计，嵌岩深度取4.0D～5.0D（小桩径取大值，大桩径取小值）；当覆盖层厚度3.57.5D时，按柔性桩设计，嵌岩深度取1.0D～2.0D。

以上刚性桩的嵌岩深度控制原则，是根据持力层岩石的单轴极限抗压强度＝22.5Mpa 的情况统计分析而来的。当持力层岩石的单轴极限抗压强度不等于f

rk

22.5Mpa时，应相应调整嵌岩深度。具体调整方式为：将按上述原则算出的嵌岩深度值，乘以一个调整系数g，g的值可根据持力层岩石的单轴极限抗压强度的不同，由表5中的值内插得出。

刚性桩嵌岩深度调整系数g值表5

按以上原则确定嵌岩深度时，需注意桩长需同时满足凌空面安全距离的要求。