桥梁嵌岩桩设计实用计算方法

!""# 年第 # 期
7B"—#""*<2，风化情况较弱时取小值；/—桩嵌入 风化岩层的深度；其他符号同前。 当 12:C7";<2，= 8 9#!" 时，按下式计算
〔%〕’（>73+>!-0）12+(,*…………………（D） 符号同公式（#） 当 12:C7";<2，= 8 9A!" 时，按公式（!）计算。
在实际应用中应注意，嵌岩深度可包含岩石 单 轴 极 限 抗 压 强 度 大 于 等 于 !&>?5 部 分 的 所 有 风化层，但对于特大跨径和重要大跨径桥的嵌岩 桩 ，应 避 免 将 桩 底 设 在 强 风 化 层 上 ；对 于 存 在 冲 刷 作 用 的 桥 梁 桩 基 ，6（桩 长 ）指 最 大 冲 刷 线 以 下 的 桩 长；当桩的嵌岩深度达到 % 倍的桩径时，传递到桩
? 工程实例
?47 例一 某上部构造为跨径 7BE 的预应力空心板桥，
柱式桥墩，桩径 F’74!E，桩长 75E。其中一桥墩单 桩轴向受压承载力 <’!56D*G，按嵌岩桩设计，岩 石埋置深度为 7BE，桩底岩石极限抗压强度 12’ ?4";<2，计算该桥桥墩桩基的所需桩长。 ?4747 采用公式（D）计算
系数 !%
注：当嵌岩段为中等风化时，表中系数乘以 "4J 折减。
!4! 实用计算公式 结 合 公 式（7）和 公 式（!），实 际 计 算 中 可 按 下
述几种情况计算： 当 12:"7";<2，= 8 9#!" 时，按下式计算
$%&’>73127+ >!-012!……………………（?） 式中： 127—桩 尖 以 下 ?—# 倍 直 径 深 度 内 天 然 湿 度 基 岩 的 单 轴 极 限 抗 压 强 度 平 均 值 ；12!—桩 嵌 岩 部 分天然湿度基岩单轴极限强度按厚度的加权平均 值；@—桩嵌岩部分天然湿度基岩单轴极限强度大 于等于 7";<2 部分的深度；其余符号同公式（7）规 定。 当 12:"7";<2，= 8 9A!" 时，按下式计算 $%&’>73127+ >!-012!+(,* ………………（#） (,*’7 8 !-/"% 式 中 ："%—风 化 岩 极 限 摩 阻 力 ， 一 般 采 用
止骤然加压使裂缝扩大。灌注操作程序为：!接通 管 道 ；" 将 配 制 好 的 胶 浆 注 入 灌 浆 灌 ；# 打 开 贮 气 瓶 阀 门 ，调 节 压 力 ；$ 打 开 灌 浆 通 向 灌 浆 咀 的 阀 门 进 行 灌 注 ；% 待 相 邻 嘴 冒 浆 时 关 闭 阀 门 ；& 用 木 塞 封 住 灌 浆 嘴 ，移 至 下 一 灌 浆 嘴 灌 注 ，依 次 压 灌 直 到 最 后 一 个 贴 嘴 冒 浆 ，交 用 木 塞 塞 紧 ，保 持 恒 压 继 续 压灌 (—)/.IJ 后即可停止灌浆。（;）封口结束：灌 浆后缝内浆液初凝而不外流时，可拆除灌浆嘴用 环 氧 胶 泥 对 灌 浆 孔 进 行 封 口 抹 平 。（)/）为 防 止 空 心板内从桥面铺装渗透下来的水继续向底板渗 透，可从空心板底板的孔内用环氧胶泥粘接 HF4 管排水。 "+# 施工注意事项
12’?4D;<2C7";<2；= 8 9’7D45?C!" 采用公式（D）计算
〔%〕’（>73+>!-0）12+(,* ’!65!4D+!6"0
桩底最大垂直力 GE2H’?7"74!+7#47#0 即：!65!4D+!6"0 ’?7"74!+7#47#0 0’74!DEI取 0’74?E，实际桩长为 75E ?474! 按桥规公式（7）计算 〔%〕’（>73+>!-0）12 ’7"5D45+!6"0 即：7"5D45+!6"0’?7"74!+7#47#0 0’64JE，取 0’5E 实际桩长为 !#E。 ?4! 例二 某上部构造为跨径 ?"E 的预应力 K 型梁桥， 双柱式桥墩，桩径 F’74DE。其中一桥墩桩顶最大 竖 向 力 为 #7!"*G， 该 桥 墩 处 弱 风 化 岩 层 L127’ ?";<2I 12!’75;<2M埋置 深 度 为 7BE，微 风 化 岩 层 L12’D";<2M埋置深度为 !BE。计算该桥桩的嵌岩深 度及实际所需桩长。 ?4!47 采用公式（?）计算 桩尖可设在弱风化岩层上，嵌岩深度不小于 一倍桩径，按 !E 计。 由于 12A7";<2；= 8 9’75 8 74D’7!C!" 采用公式（?）计算。 桩底最大垂直力 GE2H ’#D764B*G 〔%〕’>73127+>!-012!
服 桩 侧 阻 力 ，从 而 使 桩 身 轴 力 随 深 度 逐 渐 减 小 ，传
至桩底的轴力即桩底反力，等于桩顶荷载减去全
部 桩 侧 摩 阻 力 ，设 计 计 算 中 如 不 考 虑 桩 的 长 径 比 ，
忽视桩侧阻力的作用是不经济的。
此 外 ，公 式（!）中 对 桩 基 嵌 岩 深 度 的 要 求 是
几种不同条件下嵌岩桩单桩轴向受压容许承载力
计算方法，并举例加以论述。
关键词：嵌岩桩；设计计算；单轴极限抗压强度
中 图 分 类 号 ：,((#$!%
文 献 标 识 码 ：-
! 概述
现行桥梁规范规定：支承在基岩上或岩层中
的单桩，其轴向受压容许承载力取决于桩底处岩
石的强度和嵌入基岩的深度，一般按下式计算：
山东交通科技
端的应力接近于零，可不考虑端阻力作用。
综上所述，嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准
值 ，有 桩 周 土 总 侧 阻 力 、嵌 岩 段 总 侧 阻 力 和 端 阻 力
三部分组成，即：
$%&’()*+ (,* +(%*……………………（!） 其中
()*’-!!).")./. (,*’-!)0,12 (%*’!%123 式中：
当长径比 6 7 8!(& 时，嵌岩桩端的承载力作 用 较 小 ，在 此 情 况 下 ，桩 端 一 般 无 需 嵌 入 微 风 化 岩 层。
" 实用计算方法
"$! 计算原则 以桩的长径比和桩尖处岩石单轴极限强度来
区 别 是 否 考 虑 上 覆 盖 土 层 的 侧 阻 力（:;<）及 嵌 岩 段 侧阻力问题。
对于长径比 6 7 89!%—"& 的嵌岩桩，无论是嵌 入风化岩还是完整的基岩中，其荷载传递都具有 摩 擦 桩 的 特 征 ，即 桩 侧 阻 力 先 于 端 阻 力 发 挥 出 来 ， 桩端分担的荷载较小，属于摩擦桩。
对于短粗的嵌岩桩，桩端阻力先于覆盖土层 的侧阻力发挥出来，桩端阻力对桩的承载力起主 要作用。
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鹿凤英，禹文明，安洪山?石蜡大桥裂缝成因分析及加固施工
" 空心板的维修加固方案
根据以上检测结果，对现有裂缝进行封闭灌 胶处理；对已松动的混凝土保护层侵蚀剥落严重 的混凝土表层进行处理。加固方案是针对现有裂 缝采取封闭灌胶处理，以此达到封闭补强裂缝的 效果。 "+) 裂缝的化学灌浆补强方法主要工艺流程
当 45=!!&>?5 时，若 6 7 8""&，不考虑上覆盖 土层的侧阻力及嵌岩段阻力，按嵌岩桩计算 ；若 6 7 89"&，按嵌岩桩计算，不考虑上覆盖土层的侧阻 力，但需考虑嵌岩段阻力。
当 桩 尖 岩 石 单 轴 极 限 抗 压 强 度 45= @!&>?5 时 ，若 6 7 8""&，不 考 虑 上 覆 盖 土 层 的 侧 阻 力 ，但 需考虑嵌岩段阻力；若 6 7 89"&，可按摩擦桩计算， 需同时考虑上覆盖土层的侧阻力、嵌岩段阻力及 端阻力（:.<）。
“桩 嵌 入 未 风 化 岩 层 的 深 度 ”， 因 此 在 设 计 时 一 般
收 稿 日 期 ："&&()&*)"* 作 者 简 介 ：庞 化 军（!+*!)），男 ，山 东 章 丘 人 ，工 程 师 。
#"
按嵌入新鲜基岩考虑，而不论其上面风化岩层的 强度如何。但实际情况中岩石极限抗压强度相差 很 大 ，分 类 也 不 同 ，如 不 综 合 考 虑 ，一 律 要 求 嵌 入 新鲜基岩是不妥的。 !$" 嵌岩灌注桩承载特性主要特点
（)）桥 下 搭 满 堂 脚 手 架 。（#）在 空 板 两 侧 距 盖 梁 /+(. 左右各钻直径为 "#.. 的孔。要求将下底 板 钻 透 。（"）调 配 水 泥 浆 ，用 压 浆 泵 将 水 泥 浆 从 钻 好的孔内压入空心板内，将裂缝封闭，以便灌胶 。 （’） 待水泥浆凝固，裂缝干燥后进行 表 面 清 缝 处 理 ，用 钢 丝 刷 等 工 具 ，清 除 裂 缝 表 面 的 灰 尘 浮 渣 及 松散层杂物。然后用毛刷蘸甲苯或工业丙酮等有 机溶液，清洗裂缝两侧 "E. 范围，并保持干燥。（(） 埋 没 灌 浆 嘴 ：等 清 缝 处 理 后 ，骑 缝 用 环 氧 胶 泥 粘 灌 浆嘴，灌浆嘴的间距以 "(/—(//.. 为宜，原则上 缝窄宜密，缝宽可稀。但每一条裂缝至少须有一个 进 浆 孔 和 排 气 孔 。（,）封 缝 ：在 经 甲 苯 或 工 业 丙 酮 擦洗干净的 F 型槽口内以及裂缝两侧 "/.. 范围 内混凝土表面上，涂沫一层薄薄的 G’’ 环氧树脂 基液，待其初凝后，用环氧胶泥抹压进行封缝处 理 ，再 用 橡 皮 刮 板 将 表 面 刮 平 整 ，防 止 产 生 小 孔 和 气 泡 ，等 环 氧 胶 泥 初 凝 过 后 ，表 面 涂 刷 二 度 环 氧 树 脂基液。环氧胶泥在混凝土表面的抹压厚度控制 在 #.. 左 右 。（*）试 气 密 封 检 查 ：待 封 缝 胶 因 化 后 ，沿 缝 涂 一 层 肥 皂 水 ，并 从 灌 浆 嘴 向 缝 中 通 入 气 压为 /+#>H0 的压缩空气 ，检 查 密 封 效 果 ，对 漏 气 部 位 进 行 补 封 处 理 。（-）灌 浆 ：启 灌 之 前 ， 先 接 通 管道，打开所有灌浆嘴上阀门，用气压为 /+#>H0 以上的压缩空气将管道及裂缝吹干净。灌浆顺序 自下向上，由一端向另一端依次连续进行。灌浆压 力以控制在 /+#—/+’>H0 为宜，压力逐渐升高，防
!,、!%—嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数，与嵌 岩深径比 0, 8 9 有关，按表 7 取值。
表 7 嵌岩段侧阻和端阻修正系数
嵌岩深径 "
比 0, 8 9
"4D 7
!?
#
"D
侧阻修正 "
系数 !,
"4"!D "4"DD "4"6 "4"BD "4"B! "4"D
端阻修正 "4D "4D"" "4D"" "4#" "4?"" "4!"" "47"
〔.〕/（0!120",3）45……………………（!） 但从一些嵌岩桩试验来看，嵌岩桩的实际垂
直 极 限 承 载 力 远 大 于 按 规 范 计 算 值 ，公 式（!）存 在
一些值Hale Waihona Puke Baidu探讨的地方。
!$! 公式（!）有关问题探讨
在 清 孔 绝 对 干 净 ，桩 底 处 于 理 想 支 撑 ，桩 底 岩
石完整且强度很高时，桩的竖向位移很小，公式
渣 ，这 部 分 沉 渣 形 成 一 个 可 压 缩 的“ 软 垫 ”，这 一 软
垫的可压缩性导致嵌岩桩段与岩体产生相对位
移 ，从 而 使 其 侧 阻 力 得 以 发 挥 ，而 端 阻 力 由 于“ 软
垫 ”效 应 ，不 能 完 全 发 挥 出 来 。 此 外 桩 身 轴 力 在 桩
顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克
桥梁嵌岩桩设计实用计算方法
庞化军 !，卢 瑜 "，李 丽 # （!$山东省交通规划设计院，山东 济南 "%&&#!；"$山东省交通厅基本建设工程质量监督站，
山东 济南 "%&&&"；#$德州市公路管理局，山东 德州 "%#&&’）
摘要：针对现行桥梁规范中嵌岩桩的单桩轴向受
压 容 许 承 载 力 的 计 算 公 式 ，参 照 有 关 文 献 ，建 议 了
（!）是 适 用 的 。 但 从 大 量 的 试 验 结 果 发 现 ，随 着 上
层覆盖土层的性质和厚度的不同，桩的长径比 6 7 8
的 不 同 ，所 嵌 入 基 岩 的 性 质 和 厚 度 不 同 ，以 及 桩 底
沉 渣 厚 度 的 不 同 ，桩 侧 阻 力 、端 阻 力 的 发 挥 性 状 也
不同。同时由于一般钻孔的孔底总是残留部分沉
()*、(,*、(%*—分别为土的总极 限 侧 阻 力 、嵌 岩 段总极限侧阻力、总极限端阻力；#).—覆盖层第 . 层土的侧阻力发挥系数；当桩端置于新鲜或微风
化硬质岩中且桩底无沉渣时，对于粘性土、粉 土 ，
取 !).’"45；对于砂类土及碎石类土，取 !).’"46；对于 其他情况，取 !).’7；").—桩周第 . 层土的极限侧阻 力 标 准 值 ；12— 岩 石 饱 和 单 轴 抗 压 强 度 标 准 值 ，对 于 粘 土 质 岩 取 天 然 湿 度 单 轴 抗 压 强 度 标 准 值 ；/.— 桩穿越第 . 层土的厚度。