嵌岩桩介绍ppt课件
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大直径嵌岩桩承载机理与设计理论
大直径嵌岩桩承载机理与设计理论
1/56
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
2/56
1
研究背景 嵌岩桩定义：
一 、 研 究 背 景
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。
17/56
研究思路
三 、 理 论 研 究
现场测试试桩处岩层的桩侧与桩端阻力
•根据O’Neil 和Hassan(1994)提出的双曲线荷载传 递模型理论对超大直径嵌岩桩进行拟合分析；
( z) ( z) 2.5 B ( z) Em max ( z )
•对超大直径桩实测结果进行验证并结合有限元进 行比对分析。
10/56
二 、 荷 载 传 递 机 理
b） 桩－岩体系的荷载传递分析
“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。
11/56
τ
岩体发挥极限侧阻的相对位移
岩石名 称
δ δ δ
破碎砂质粘 土岩和细砂 岩 4
完整细 砂岩 3
完整石灰岩和 花岗岩 ≤2
δ岩(mm)
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。
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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
2/56
1
研究背景 嵌岩桩定义：
一 、 研 究 背 景
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。
17/56
研究思路
三 、 理 论 研 究
现场测试试桩处岩层的桩侧与桩端阻力
•根据O’Neil 和Hassan(1994)提出的双曲线荷载传 递模型理论对超大直径嵌岩桩进行拟合分析；
( z) ( z) 2.5 B ( z) Em max ( z )
•对超大直径桩实测结果进行验证并结合有限元进 行比对分析。
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二 、 荷 载 传 递 机 理
b） 桩－岩体系的荷载传递分析
“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。
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τ
岩体发挥极限侧阻的相对位移
岩石名 称
δ δ δ
破碎砂质粘 土岩和细砂 岩 4
完整细 砂岩 3
完整石灰岩和 花岗岩 ≤2
δ岩(mm)
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。
规范讲课嵌岩桩9讲义
2020/8/1
3.嵌岩桩承载力的现行计算方法
1)只计桩端阻力 《建筑地基基础设计规范》规定当桩端嵌入“完整
及较完整的硬质岩”中时，按下式估算承载力：
规定“桩周边嵌岩最小深度为0.5m”以确保桩端 与岩体面接触。 对于嵌入破碎岩和软质岩石中的桩，单桩竖向承 载力按摩擦桩计算。
2020/8/1
2）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力 《公路桥涵地基与基础设计规范》对单桩容许承载 力按下式计算：
依据硬岩嵌岩桩7根试桩，可求得具有95%保证率 的土层侧阻系数
2020/8/1
由上述计算结果，可以保守估计覆盖土层的侧阻 力发挥系数；
当Ra≤15MPa时， ζs=0.8； 当Ra＝15～30时， ζs=0.5； 当Ra >30MPa时， ζs=0.2。
2020/8/1
2）嵌岩段侧阻和端阻系数分析 参照《公路桥涵地基与基础设计规范》采用相同
• c2i —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩 层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；
• u —各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；
• hi —桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层
和全风化层； • m —岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；
• s —覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 frk 确定：当
2020/8/1
1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认 识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽视，有时甚至成为 平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩 擦桩或端承摩擦桩。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚， 导致了设计人员设计过于保守。
2020/8/1
2.嵌岩桩的定义
岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。 岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、 全风化5个等级。
3.嵌岩桩承载力的现行计算方法
1)只计桩端阻力 《建筑地基基础设计规范》规定当桩端嵌入“完整
及较完整的硬质岩”中时，按下式估算承载力：
规定“桩周边嵌岩最小深度为0.5m”以确保桩端 与岩体面接触。 对于嵌入破碎岩和软质岩石中的桩，单桩竖向承 载力按摩擦桩计算。
2020/8/1
2）只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力 《公路桥涵地基与基础设计规范》对单桩容许承载 力按下式计算：
依据硬岩嵌岩桩7根试桩，可求得具有95%保证率 的土层侧阻系数
2020/8/1
由上述计算结果，可以保守估计覆盖土层的侧阻 力发挥系数；
当Ra≤15MPa时， ζs=0.8； 当Ra＝15～30时， ζs=0.5； 当Ra >30MPa时， ζs=0.2。
2020/8/1
2）嵌岩段侧阻和端阻系数分析 参照《公路桥涵地基与基础设计规范》采用相同
• c2i —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩 层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；
• u —各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；
• hi —桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层
和全风化层； • m —岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；
• s —覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 frk 确定：当
2020/8/1
1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认 识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽视，有时甚至成为 平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩 擦桩或端承摩擦桩。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚， 导致了设计人员设计过于保守。
2020/8/1
2.嵌岩桩的定义
岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。 岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、 全风化5个等级。
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2/23/2019
• 计算公式
1 n R c A f u c h u l q a 1pr k 2 i if r k i s i i k • 2 i i = 1 = 1
m
• 上述公式中参数取值如下： • c 1 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而 定的端阻发挥系数，查表取 c 2 i ×0.6×0.8=0.36 。 0.75 • 为根据清孔情况、岩石破碎程度等因 素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，查表 取 • 0.75×0.05×0.8=0.03 。
1 [ R ] c A f u c h u l q a 1 pr k 2 i if r k i s i i k 2 i i 1 1 Ra
通过151根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法 m n
•
—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（ kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度 标准值，当小于 2MPa时按摩擦桩计算； c 2i • —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素 u 而定的第 i层岩层的侧阻发挥系数，按表 h i 5.3.4 采用； • —各土层或各岩层部分的桩身周长（m ）； s f rk f rk s 0.8 f r km），不 • —桩嵌入各岩层部分的厚度（ s 0.5 s 0.2 包括强风化层和全风化层； • m —岩层的层数，不包括强风化层和全风 化层； 2/23/2019
2/23/2019
• 1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽 视，有时甚至成为平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩擦桩或端承 摩擦桩。
2/23/2019
2.嵌岩桩的定义
• 岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节 理裂隙的岩体。岩石的风化程度分为未风 化、微风化、中等风化、强风化、全风化5 个等级。 国外认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩 体的风化程度如何、坚硬性如何，都称为 嵌岩桩。 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就
• 计算公式
1 n R c A f u c h u l q a 1pr k 2 i if r k i s i i k • 2 i i = 1 = 1
m
• 上述公式中参数取值如下： • c 1 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而 定的端阻发挥系数，查表取 c 2 i ×0.6×0.8=0.36 。 0.75 • 为根据清孔情况、岩石破碎程度等因 素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，查表 取 • 0.75×0.05×0.8=0.03 。
1 [ R ] c A f u c h u l q a 1 pr k 2 i if r k i s i i k 2 i i 1 1 Ra
通过151根试桩，提出嵌岩桩承载力计算方法 m n
•
—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（ kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度 标准值，当小于 2MPa时按摩擦桩计算； c 2i • —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素 u 而定的第 i层岩层的侧阻发挥系数，按表 h i 5.3.4 采用； • —各土层或各岩层部分的桩身周长（m ）； s f rk f rk s 0.8 f r km），不 • —桩嵌入各岩层部分的厚度（ s 0.5 s 0.2 包括强风化层和全风化层； • m —岩层的层数，不包括强风化层和全风 化层； 2/23/2019
2/23/2019
• 1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽 视，有时甚至成为平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩擦桩或端承 摩擦桩。
2/23/2019
2.嵌岩桩的定义
• 岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节 理裂隙的岩体。岩石的风化程度分为未风 化、微风化、中等风化、强风化、全风化5 个等级。 国外认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩 体的风化程度如何、坚硬性如何，都称为 嵌岩桩。 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就
嵌岩桩
2019/11/12
4.结论
1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。
2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。
2019/11/12
二、支承在基岩上或嵌入基岩内桩 的受压承载力容许值计算
• li —各土层的厚度（m）； • qik —桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采
用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻 （挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按 本规范表5.3.3-4选用； • n —土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考 虑。
2019/11/12
1）土层侧阻系数分析 嵌岩桩上覆土层侧阻力值Qs采用下式表示：
•
frk ＝10MPa<15MPa，取0.8。
• li 为各土层的厚度，本例分别取39.7m,20.9m；
实际工程中应严格取承台底面或局部冲刷线以下
的土层厚度。
2019/11/12
• qik 为桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采 用单桩摩阻力试验值。由于无试验条件时，钻 （挖）孔桩按表选用，①土层取20 kPa，②土层 取55kPa。
2019/11/12
• 计算公式
Ra
c1 Ap
f rk
u
m i=1
c2i hi
f rki
1 2
su
n i=1
li qik
上述公式中参数取值如下：
c1 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻
发挥系数，查表取 0.75×0.6×0.8=0.36 。
4.结论
1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。
2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。
2019/11/12
二、支承在基岩上或嵌入基岩内桩 的受压承载力容许值计算
• li —各土层的厚度（m）； • qik —桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采
用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻 （挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按 本规范表5.3.3-4选用； • n —土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考 虑。
2019/11/12
1）土层侧阻系数分析 嵌岩桩上覆土层侧阻力值Qs采用下式表示：
•
frk ＝10MPa<15MPa，取0.8。
• li 为各土层的厚度，本例分别取39.7m,20.9m；
实际工程中应严格取承台底面或局部冲刷线以下
的土层厚度。
2019/11/12
• qik 为桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采 用单桩摩阻力试验值。由于无试验条件时，钻 （挖）孔桩按表选用，①土层取20 kPa，②土层 取55kPa。
2019/11/12
• 计算公式
Ra
c1 Ap
f rk
u
m i=1
c2i hi
f rki
1 2
su
n i=1
li qik
上述公式中参数取值如下：
c1 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻
发挥系数，查表取 0.75×0.6×0.8=0.36 。
桩基础知识PPT课件
桩径大小无关。
• 一般粘性土中打入桩的临界位移 1~7mm • 砂土中打入桩的临界位移 4~10mm • 非挤土桩的临界位移大于挤土桩的临界位移
因为非挤土作用桩与 周边土体的摩擦作用
较小
桩侧极限摩阻力
✓ 按库仑强度理论表示的桩侧极限摩阻力：
u ca x tana
ca、φa——桩侧表面与桩周土之间的附着力和摩擦角，与土的性质、桩身材料、桩的设置效应
2、单桩竖向承载力的确定原则
按11《建筑地基基础设计规范》，确定单桩竖向极限承载力标准值需满足下列规定： ✓ 单桩竖向承载力特征值 Ra 应通过单桩竖向静载荷试验确定； ✓ 地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯
试验参数确定 Ra 值； ✓ 初步设计时，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：
✓设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定； ✓设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩 资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试 验确定； ✓设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。
静载荷试验是确定单桩竖向承载力的基本标准，其他方法是静载试验的补充。
✓由于Nγ与Nq接近，q且p桩u径b远小cc于N桩c深* h，故桩端1b阻N力的* 理论表q达h式N可q*简化为：
q pu
ccNc*
qhN
* q
桩端阻力深度效应（临界深度）
与桩侧阻深度效应一样，桩端阻也存在深度效应现象。
即当桩端入土深度小于某一临界值hcp时，极限端阻
随深度线性增加，而大于该深度后则保持不变，这一 深度称为端阻的临界深度。
2、按单桩竖向抗压静载试验法确定 ✓ 静载试验装置及方法
• 一般粘性土中打入桩的临界位移 1~7mm • 砂土中打入桩的临界位移 4~10mm • 非挤土桩的临界位移大于挤土桩的临界位移
因为非挤土作用桩与 周边土体的摩擦作用
较小
桩侧极限摩阻力
✓ 按库仑强度理论表示的桩侧极限摩阻力：
u ca x tana
ca、φa——桩侧表面与桩周土之间的附着力和摩擦角，与土的性质、桩身材料、桩的设置效应
2、单桩竖向承载力的确定原则
按11《建筑地基基础设计规范》，确定单桩竖向极限承载力标准值需满足下列规定： ✓ 单桩竖向承载力特征值 Ra 应通过单桩竖向静载荷试验确定； ✓ 地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯
试验参数确定 Ra 值； ✓ 初步设计时，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：
✓设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定； ✓设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩 资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试 验确定； ✓设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。
静载荷试验是确定单桩竖向承载力的基本标准，其他方法是静载试验的补充。
✓由于Nγ与Nq接近，q且p桩u径b远小cc于N桩c深* h，故桩端1b阻N力的* 理论表q达h式N可q*简化为：
q pu
ccNc*
qhN
* q
桩端阻力深度效应（临界深度）
与桩侧阻深度效应一样，桩端阻也存在深度效应现象。
即当桩端入土深度小于某一临界值hcp时，极限端阻
随深度线性增加，而大于该深度后则保持不变，这一 深度称为端阻的临界深度。
2、按单桩竖向抗压静载试验法确定 ✓ 静载试验装置及方法
[管理]嵌岩桩
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• n —土层的层数，强风化和全风化岩层按 土层考虑。
5/23/2019
1）土层侧阻系数分析
• 嵌岩桩上覆土层侧阻力值Qs采用下式表示 ：
qsk—土层极限侧阻力标准值的加权平均值；qsik—第i层土的极限侧阻力标准值 ；
hs—土层厚度； U—嵌岩桩穿越土层部分的截面周长。
5/23/2019
• 上覆土层发挥系数ζs采用下式计算：
• 结合上述参数可以求解嵌岩钻孔桩单桩承 载力如下：
Ra 0.36 3.1421.02 / 4 10000 3.1421.0 0.031.5 10000 0.5 0.8 3.1421.0
(20 39.7 55 20.9) 6684.29kN
2lMi Pa≤
•
＝10MPa<15MPa，取0.8。
• 为各土层的厚度，本例分别取 39.7m,20.9m；实际工程中应严格取承台底 面或局部冲刷线以下的土层厚度。
5/23/2019
• qik 为桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa） ，宜采用单桩摩阻力试验值。由于无试验 条件时，钻（挖）孔桩按表选用，①土层 取20 kPa，②土层取55kPa。
5/23/2019
• 计算公式
• Ra
c1 Ap
f rk
u
m i=1
c2i hi
f rki
1 2
su
n i=1
li qik
• 上述公式中参数取值如下：
• c1 为清孔情况、岩石破碎程度等因素而 定的端阻发挥系数，查表取 0c2.i75×0.6×0.8=0.36 。
• 为根据清孔情况、岩石破碎程度等因 素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，查表 取
浅析嵌岩桩设计
嵌岩桩设计一、概述嵌岩桩以其桩端嵌入岩层而得名。
其在我国已广泛应用与建筑、市政、桥梁工程，港口码头工程等工程领域。
由于嵌岩桩的承载现状及设计施工方法的特殊性，近年来备受我国工程界和学术界的高度关注，纷纷立题进行研究。
人们传统的观念和国内外许多教科书及规范（如《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002）都曾把嵌岩桩作为端承桩的典型。
许多国家规范规定当桩端嵌入完整的硬质岩层时，按桩端岩石的承载力计算单桩承载力，而不考虑其桩侧阻力。
然而大量的试验研究工作表明，很多情况下增加嵌岩深度及扩大端承面积无助于而作为建筑工程中广泛采用的为等直径的人工挖孔或钻孔灌注桩以及带扩大头的人工挖孔桩。
三、嵌岩桩受力基本特性国外嵌岩桩的应用与研究开展的比较早。
Reese等于1668年发表了世界上比较早的一根埋设量测元件的嵌岩桩桩顶荷载随深度变化的试验报告，该报告中桩长5.5米，桩径0.76米，长径比L/d=11.7，嵌岩深度hr=4.2d(d为桩径)，持力层为岩土页岩，实测结果表明：桩端反力约占总荷载的15 ~25%。
美国自由广场一号楼下的一根L=8.8m，L/d=3.4，嵌岩深度hr=1.65d的嵌岩桩，从成桩至上部结构竣工后持续两年多的观测表明：在不同的荷载水平下，桩顶始终有60%~70%的荷由桩侧承担，国内对嵌岩桩承载性能的研究开始于上个世纪七十年代，在四川某桥梁工地实测的一根桩径0.6m，桩嵌入砂质粉土页岩3米，无覆盖层的荷载传递曲线表明，该桩侧阻在总荷载中所占比例为88%，而桩端阻力仅为12%。
80年代广东洛溪大桥嵌岩桩进入泥质砂岩3.0米，桩长28.5米，桩径1米，实际测得桩端荷载在总荷载中所占比例为11%。
嵌岩桩的承载和变形性状受到许多因素的影响，十分复杂，通过国内外大量试桩资料的分析，可以将嵌岩桩的承载性能的基本特征归纳为如下几个方面：1)在通常情况下，当L/d<20时，Q端/Q总自100%减少到30%；当20<L/d<64时，Q端/Q总一般不超过20%，不少桩在L/d=10~15之间开始起作用。
嵌岩桩介绍
桩芯确认
潜孔锤法施工流程
潜孔锤法适用范围
1、各类房建及桥梁工程桩； 2、各类支护桩； 3、各类地基改良； 4、山体滑坡防治，等工程领域。
潜孔锤法优缺点
优点：工作母机的选择性强，对场地的要求低；地 层适用范围广，能提供强大而又具柔性的钻 孔能力。 缺点：排渣能力完全依赖空压机的气流量，要加强 排渣能力，就必须配置较大的空压机，从 而大大使成本上升；排渣方式仅为气举正循 环量的土渣或岩渣会给施工周边环境造成 的影响。
缺点
①动力功率大耗电 ①对粗卵石层和岩 率高；②移动不便；石层施工进度慢有 ③冲击振动有噪音 可能无法钻进（需 影响周围环境；④ 更改换钻机底盘或 需设泥浆池、沉淀 大功率配置）。 池。
①前期投入比较大；①排渣能力完全依 ②自重大，对场地 赖空压机的气流量， 要求严格；③孔壁 要加强排渣能力， 护壁差；④需要许 就必须配置较大的 多机械配合作业； 空压机，从而使成 ⑤软土中孔内容易 本上升；②排渣方 产生负压；⑥施工 式仅为气举正循环， 过程短期投入费用 大量的土渣或岩渣 大。 会给施工周边环境 造成极大的影响。
潜孔锤法
由空压机提供的具有一定压力的空气，带动潜 孔锤缸体内的活塞作轴向反复运动，使潜孔锤体 端部的刀头在旋转的同时，产生冲击效能，从而 对岩土施以粉粹破坏，达到入岩功能。
施工准备
核对桩位 机器就位 凿岩钻进 钻进结束 提钻
桩位确认
垂直度确认
深度确认
泥浆注入
放入芯材 浇注混凝土
泥浆配比确认
嵌岩桩施工技术及其原理的研究
小组成员：
端承桩 端承型桩 摩擦端承桩 基桩 摩擦桩
摩擦型桩
端承摩擦桩
嵌岩桩施工技术及其原理的研究
1 2 3 4 冲孔法 回旋钻法
嵌岩桩
土木工程学院1月7日 年 月 日
2011-1-7
1.前言 1.前言
大量的实测资料表明， 嵌岩桩即使是在无覆盖层条 大量的实测资料表明 ， 件下或长径比L/d< 的短桩，也并非一律是端承桩。 L/d<5 件下或长径比L/d<5的短桩，也并非一律是端承桩。 忽视上覆土层侧摩阻力和嵌岩段岩层侧摩阻力， 忽视上覆土层侧摩阻力和嵌岩段岩层侧摩阻力 ， 把 桩端嵌入微风化程度以上的基岩， 桩端嵌入微风化程度以上的基岩 ， 套用规范盲目加 深嵌岩深度或扩大桩端尺寸， 无助于调动基岩的承 深嵌岩深度或扩大桩端尺寸 ， 载能力，却造成浪费并增加施工的难度。 载能力，却造成浪费并增加施工的难度。
* 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时， 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时， 置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。 置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。
2011-1-7
2011-1-7
4.结论
桩端支承于中等风化 中等风化程度以上岩层的桩就可称为 1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。
2011-1-7
• 计算公式
[ Ra ] = c1 Ap f rk + u ∑ c2i hi f rki
i=1
m
n 1 + ζ s u ∑ li qik 2 i=1
上述公式中参数取值如下：
2011-1-7
1.前言 1.前言
大量的实测资料表明， 嵌岩桩即使是在无覆盖层条 大量的实测资料表明 ， 件下或长径比L/d< 的短桩，也并非一律是端承桩。 L/d<5 件下或长径比L/d<5的短桩，也并非一律是端承桩。 忽视上覆土层侧摩阻力和嵌岩段岩层侧摩阻力， 忽视上覆土层侧摩阻力和嵌岩段岩层侧摩阻力 ， 把 桩端嵌入微风化程度以上的基岩， 桩端嵌入微风化程度以上的基岩 ， 套用规范盲目加 深嵌岩深度或扩大桩端尺寸， 无助于调动基岩的承 深嵌岩深度或扩大桩端尺寸 ， 载能力，却造成浪费并增加施工的难度。 载能力，却造成浪费并增加施工的难度。
* 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时， 桩身自重标准值与置换土重标准值（当桩重计入浮力时， 置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。 置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。
2011-1-7
2011-1-7
4.结论
桩端支承于中等风化 中等风化程度以上岩层的桩就可称为 1 桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可称为 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 2 非嵌岩部分的侧摩阻力不可忽视。 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 3 不同成孔方式的嵌岩桩，其承载性能也有差异。 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。 4 按基岩性质将桩分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。
2011-1-7
• 计算公式
[ Ra ] = c1 Ap f rk + u ∑ c2i hi f rki
i=1
m
n 1 + ζ s u ∑ li qik 2 i=1
上述公式中参数取值如下：
规范讲课嵌岩桩927页PPT
• 和h 全i —风桩化嵌层入；各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层
• m —岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；
• s —覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 f r k 确定：当
2MPa≤ f r<k 15MPa时， s 0.8；当15MPa≤ f <r k 30MPa
时， s 0.5 ；当>30MPa时， s 0.2 ；
国外学者多认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩体的风化 程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩。
国内：《建筑桩基技术规范》规定桩端嵌入中等风化程度 以上岩层的桩称之为嵌岩桩。
《公路桥涵地基与基础设计规范》隐含的定义是：桩端嵌入 微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。
本研究认为：桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可 称其为嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。
面积
11.04.2020
• f r k —桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土 质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当小于2MPa时按 摩擦桩计算；
• c 2 i —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩 层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；
• u —各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；
11.04.2020
1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认 识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽视，有时甚至成为 平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩 擦桩或端承摩擦桩。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚， 导致了设计人员设计过于保守。
11.04.2020
2.嵌岩桩的定义
岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。 岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、 全风化5个等级。
• m —岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；
• s —覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 f r k 确定：当
2MPa≤ f r<k 15MPa时， s 0.8；当15MPa≤ f <r k 30MPa
时， s 0.5 ；当>30MPa时， s 0.2 ；
国外学者多认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩体的风化 程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩。
国内：《建筑桩基技术规范》规定桩端嵌入中等风化程度 以上岩层的桩称之为嵌岩桩。
《公路桥涵地基与基础设计规范》隐含的定义是：桩端嵌入 微风化岩或新鲜基岩中的桩称之为嵌岩桩。
本研究认为：桩端支承于中等风化程度以上岩层的桩就可 称其为嵌岩桩,不包括嵌入全风化、强风化岩情况。
面积
11.04.2020
• f r k —桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土 质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当小于2MPa时按 摩擦桩计算；
• c 2 i —根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩 层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；
• u —各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；
11.04.2020
1.前言
随着对嵌岩桩承载性状的深入研究，人们逐渐认 识到，嵌岩桩的侧阻力不可忽视，有时甚至成为 平衡外荷载的主要反力，即嵌岩桩也可能成为摩 擦桩或端承摩擦桩。 由于嵌岩桩受力机制复杂，现阶段尚未认识清楚， 导致了设计人员设计过于保守。
11.04.2020
2.嵌岩桩的定义
岩石为颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。 岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、 全风化5个等级。
浅析嵌岩桩设计
嵌岩桩设计一、概述嵌岩桩以其桩端嵌入岩层而得名。
其在我国已广泛应用与建筑、市政、桥梁工程，港口码头工程等工程领域。
由于嵌岩桩的承载现状及设计施工方法的特殊性，近年来备受我国工程界和学术界的高度关注，纷纷立题进行研究。
人们传统的观念和国内外许多教科书及规范（如《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002）都曾把嵌岩桩作为端承桩的典型。
许多国家规范规定当桩端嵌入完整的硬质岩层时，按桩端岩石的承载力计算单桩承载力，而不考虑其桩侧阻力。
然而大量的试验研究工作表明，很多情况下增加嵌岩深度及扩大端承面积无助于而作为建筑工程中广泛采用的为等直径的人工挖孔或钻孔灌注桩以及带扩大头的人工挖孔桩。
三、嵌岩桩受力基本特性国外嵌岩桩的应用与研究开展的比较早。
Reese等于1668年发表了世界上比较早的一根埋设量测元件的嵌岩桩桩顶荷载随深度变化的试验报告，该报告中桩长5.5米，桩径0.76米，长径比L/d=11.7，嵌岩深度hr=4.2d(d为桩径)，持力层为岩土页岩，实测结果表明：桩端反力约占总荷载的15 ~25%。
美国自由广场一号楼下的一根L=8.8m，L/d=3.4，嵌岩深度hr=1.65d的嵌岩桩，从成桩至上部结构竣工后持续两年多的观测表明：在不同的荷载水平下，桩顶始终有60%~70%的荷由桩侧承担，国内对嵌岩桩承载性能的研究开始于上个世纪七十年代，在四川某桥梁工地实测的一根桩径0.6m，桩嵌入砂质粉土页岩3米，无覆盖层的荷载传递曲线表明，该桩侧阻在总荷载中所占比例为88%，而桩端阻力仅为12%。
80年代广东洛溪大桥嵌岩桩进入泥质砂岩3.0米，桩长28.5米，桩径1米，实际测得桩端荷载在总荷载中所占比例为11%。
嵌岩桩的承载和变形性状受到许多因素的影响，十分复杂，通过国内外大量试桩资料的分析，可以将嵌岩桩的承载性能的基本特征归纳为如下几个方面：1)在通常情况下，当L/d<20时，Q端/Q总自100%减少到30%；当20<L/d<64时，Q端/Q总一般不超过20%，不少桩在L/d=10~15之间开始起作用。
大直径嵌岩桩承载机理与设计理论共70页
III Fair rock
III 1 week for span
IV Poor rock
V Very poor rock
IV
V
10 hrs 30 min for span
for span
岩块的粘聚力Cohesion of rock mass (kPa)
> 400
300 - 400
200 - 300
100 - < 100
40←21 ＜21
Class number Description
I Very good rock
D. 岩石类别的涵义D. MEANING OF ROCK CLASSES
Class number
I
Average stand-up time
20 yrs for span
II Good rock
II 1 year for span
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) 。
2020/6/7
二 c） 桩端阻力研究
、
P
P
P
P
荷
现有：仅与单轴 抗压强度有关
载
传
qu frc
Flowing
评分Rating
15
10
7
4
B.节理走向调整值（见F）B. RATING ADJUSTMENT FOR DISCONTINUITY ORIENTATIONS (See F)
Strike and dip orientations
Very favourable Favourable
岩土工程资料：嵌岩桩有哪些特点.doc
岩土工程资料：嵌岩桩有哪些特点
1）嵌岩桩端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力。
2）桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径比、桩底沉渣厚度等因素有关。
3）传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而减小
4）嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力，其单桩承载力往往超过相同截面的土中摩擦桩，桩身压应力值很高。
因此，桩身强度同桩侧土、桩端土层强度一样，也是控制单桩承载力的重要因素。
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工①作母机的选择 性强，②对场地的 要求低；③地层适 用范围广，能提供 强大而又具柔性的 钻孔能力。
缺点
①动力功率大耗电 ①对粗卵石层和岩 率高；②移动不便；石层施工进度慢有 ③冲击振动有噪音 可能无法钻进（需 影响周围环境；④ 更改换钻机底盘或 需设泥浆池、沉淀 大功率配置）。 池。
①前期投入比较大；①排渣能力完全依
.
粘土层单底钻斗
凝灰岩单底钻斗
旋挖钻法适用范围
❖ 适用范围 适用于铁路、公路桥梁、市政高架桥和 房建等直径小于 3.0m 的嵌岩钻孔灌注桩施工， 最大 钻孔深度 100m。
.
旋挖钻法优缺点
优点：施工速度快；施工精度比较高；噪声小；有利于环 保；可自行行走，移动方便；机械化程度比较高； 适用地层广泛。
⑦ 硬质合金和牙轮钻头则既可钻进小口径，又可钻进
大
❖
口径水井、工程施工孔和浅井。
.
回旋钻孔施工工艺流程图
回旋钻法适用范围
❖ 回旋钻机一般适用粘土，粉土、砂土、淤泥质土、 人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。
.
回旋钻法优缺点
❖ 优点：回旋钻机施工进度比较快施工噪音较小
❖
对周边建筑物和构造物影响比较小，也
嵌岩桩施工技术及其原理的研究
小组成员：
.
嵌岩桩定义： 桩端嵌入岩体中的桩。
.
嵌岩桩施工技术及其原理的研究
1
冲孔法
2 回旋钻法
3 旋挖钻法
4 潜孔锤法
.
冲孔法
❖ 冲孔法从原理分为正循环和反循环两种。 ❖ 正循环桩机的循环过程为：采用泥浆泵将泥浆从浆池通过
泥浆管直接泵送到桩尖，泥浆带上渣从桩口往上涌出，通 过泥浆沟流进泥浆池，过滤后再泵进桩尖； ❖ 反循环过程相反，泥浆泵的泥浆入口在桩尖，出口在泥浆 池，过滤后通过泥浆沟进入桩口。
.
优点
冲孔法
回旋钻法
旋挖钻法
潜孔锤法
①适应于各种地质，①回旋钻机施工进
尤其可用于地基承 度比较快；②施工
载力较大的地质情 噪音较小；③对周
况。
边建筑物和构造物
影响比较小，也可
用泥浆护壁且效果
很好。
①施工速度快；② 施工精度比较高； ③噪声小；④有利 于环保；⑤可自行 行走，移动方便； ⑥机械化程度比较 高；⑦适用地层广 泛。
.
施工准备
桩位确认
核对桩位
机器就位
凿岩钻进
垂直度确认
钻进结束
深度确认
提钻 泥浆注入
泥浆配比确认
放入芯材 浇注混凝土
桩芯确认
潜孔锤法施工流程
.
潜孔锤法适用范围
1、各类房建及桥梁工程桩； 2、各类支护桩； 3、各类地基改良； 4、山体滑坡防治，等工程领域。
.
潜孔锤法优缺点
优点：工作母机的选择性强，对场地的要求低；地 层适用范围广，能提供强大而又具柔性的钻 孔能力。
缺点：排渣能力完全依赖空压机的气流量，要加强 排渣能力，就必须配置较大的空压机，从 而大大使成本上升；排渣方式仅为气举正循 环量的土渣或岩渣会给施工周边环境造成 的影响。
.
❖RCD（旋挖钻机配置集束式潜 孔锤）工法。在旋挖钻机完成土层开孔后，
CRI潜孔锤开始就位作业，1米直径的嵌岩桩，微风化岩 层，入岩深度达4米，入岩破碎在1个小时内即可完成， 其入岩效率在传统工法上提升达数十倍，RCD工法体现 出的优异性能获得了现场工程商和业界同行的一致好评。
检 验 泥 浆 各 项 指 标
清 孔 换 浆
钢 筋 笼 制 作 加 工 及 验 收 、 存 放 运 输 及 下 放 钢 筋 笼
原 材 料 检 测 砼 拌 制
下 放 导 管 导 管 水 密 试 验
砼 运 输
灌 注 水 下 砼 及 灌 注 记 录
砼 试 件 制 作 、 养 生 及 试 验 桩 基 检 测
.
❖ 回转钻进选择钻头的一般原则是：
① 在软岩和中硬岩层中用硬质合金回转钻头；
② 在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头；
③ 在硬岩中采用金刚石钻头或钢粒钻头；
④ 在硬脆岩层中采用镶齿牙轮钻头。
⑤ 金刚石钻头主要用于59、76（75）、91 mm的
小口
❖
径；
⑥ 钢粒钻头主要用于91mm以上的口径；
.
自动冲击钻
手动拉杆式冲击钻
钻 机 就 位
优 质 膨 润 土 和 粘 土
开 始 造 浆
优 质 膨 润 土 和 粘 土
检 验 孔 径 和 垂 直 度 、 检 验 机 械 设 备 钻 进 泥 浆 循 环 和 泥 浆 指 标
岩 样 判 定 ， 终 孔 前 检 验 孔 底 赖空压机的气流量，
要求严格；③孔壁 要加强排渣能力，
护壁差；④需要许 就必须配置较大的
多机械配合作业； 空压机，从而使成
⑤软土中孔内容易 本上升；②排渣方
产生负压；⑥施工 式仅为气举正循环，
过程短期投入费用 大量的土渣或岩渣
大。
会给施工周边环境
造成极大的影响。
缺点：前期投入比较大；自重大，对场地要求严格；孔壁 护壁差；需要许多机械配合作业；软土中孔内容易 产生负压；施工过程短期投入费用大；
.
潜孔锤法
❖ 由空压机提供的具有一定压力的空气，带动潜 孔锤缸体内的活塞作轴向反复运动，使潜孔锤体 端部的刀头在旋转的同时，产生冲击效能，从而 对岩土施以粉粹破坏，达到入岩功能。
冲孔法适用范围
❖ 粘性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、软硬岩层 及各种复杂地质。
.
冲孔法优缺点
❖ 优点：适应于各种地质，尤其可用于地基承载力 较大的地质情况。
❖ 缺点：动力功率大耗电率高，移动不便，冲击振 动有噪音影响周围环境。需设泥浆池、沉淀池。
.
回旋钻法
❖ 将压缩空气转换成机械能量来破碎岩石的一种机 械，压缩空气经过气水分离、油雾器、气动控制 阀后，钻具推进（或提升），冲击凿岩工作。
❖
可用泥浆护壁且效果很好
❖ 缺点：但对粗卵石层和岩石层施工进度慢有可能
❖ 配
无法钻进（需更改换钻机底盘或大功率
❖
置）。
.
旋挖钻法
❖ 旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破 碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置 和伸缩转杆将钻斗提出孔外卸土，直至钻至设计深度。对 粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥 浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁 不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护 壁泥浆或稳定液进行护壁。