桩基桩长的计算

一、桩基的类别

针对界溪段桥梁下部构造施工图中存在两类桩：端承桩和摩擦桩。

端承桩：桩基自身重及桩顶以上荷载由桩端持力层承受。

摩擦桩：桩基自身重及及桩顶以上荷载由桩基周身与岩土摩擦阻力承受。

二、单桩基桩长理论计算公式及相关参数表

1、摩擦桩单桩承载力容许值计算公式：

[Ra]=（1/2）*u*∑Qik*l i+Ap*Qr

Qr=m0*K*[f ao]+k2*R*(h-3)

式中：[Ra]——单桩轴向受压承载力容许值（KN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；

u——桩身周长（m）

Ap——桩端截面面积（㎡）

n——土的层数（注：公式中未写出）

Li——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），扩孔部分不计；

Qik——与Li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力实验确定，当无实验条件时按表5.3.3-1选用；

Qr——桩端处土的承载力基本容许值（kPa），当持力层为砂石、碎石土时，若计算值超过下列值，宜采用：粉砂1000kP；细砂1150kP；中砂、粗砂、砾砂1450kP；碎石土2750kP；

[f ao]——桩端处土的承载力基本容许值（kPa），按《公路桥涵地基及基础设计规范》第3.3.3条确定；

h——桩端的埋置深度（m），对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线算起；h的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算；

k2——容许承载力随深度的修正系数，根据桩端处持力层土类按《公路桥涵地基及基础设计规范》3.3.4选用；

K——桩端以上各土层的加权平均重度（kN/m3）,若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时，则水中部分土层取浮重度；R——修正系数，按表5.3.3-2选用；

m0——清底系数，按表5.3.3-3选用。

表5.3.3-1 钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值Qik

注：挖孔桩的摩阻力标准值可参照本表采用。

表5.3.3-3 清底系数m0值

注：1.t、d为桩端沉碴厚度和桩的直径。

2.d≤1.5m时，t≤300mm;d＞1.5m时，t≥500mm,且0.1＜t/d＜0.

3.

2、端承桩的单桩轴向受压承载力容许值计算公式：

[Ra]=c1*Ap*f rk+u*∑c2i*h i*f rki+(1/2)*K*u*∑l i*q ik

式中：[Ra]——单桩轴向受压承载力容许值（KN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；

C1——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用；Ap——桩端截面面积（㎡），对于扩孔底桩，去扩孔底截面面积；

f rk——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，f rk小于2MPa时按摩擦桩计算（f rki 为第i层的f rk值）；

c2i ——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻力发挥系数，按表

5.3.4采用；

u——各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；

h i ——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；

K ——覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端f rk 确定：当2MPa≤f rk ＜15 MPa 时，K =0.8；当 15MPa≤f rk ＜30 MPa时，K =0.5；当f rk＞30MPa时，K =0.2；

l i ——各土层的厚度（m）；

q ik ——桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa）,宜采用单桩摩阻力实验值，当无实验条件

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。

表5.3.4 系数C1、C2值

注：1.当入岩深度小于或等于0.5m时，C1乘以0.75的折减系数，C2=0.

2.对于钻孔桩，系数C1,C2值应降低20℅采用；桩端沉碴厚度t应满足以下要求：d≤1.5m时，t≤50mm;d>1.5m时，t≤100mm.

3.对于中风化层作为持力层的情况，C1、C2应分别乘以0.75的折减系数。

三、案例分析

某桥墩单桩桩顶竖向力为9881KN,该桩基及岩层分状图如下：

解析一：按摩擦桩计算

[Ra]=9881KN

u=2*∏*r=2*3.14*0.9=5.655（m）

Ap=∏*r2=3.14*（0.9）2=2.545（㎡）

n=3

L1（坡积亚粘土）=2.7（m）

L2（残积亚粘土）=3.1（m）

L3（碎石状强风化花岗岩）待定

Qr=底部岩层为砂土状强风化花岗岩（碎石土）取2750KPa.

[Ra]=（1/2）*u*∑Qik*l i+Ap*Qr

∑Qik*l i=（2[Ra]- Ap*Qr）/u

∑Qik*l i=(2*9881-2.545*2750)/5.655

∑Qik*l i=2256.985（KN）

底层为弱风化花岗岩摩阻力标准值Qik值取500KPa，砂土状强风化花岗岩摩阻力标准值Qik 值取120 KPa，残积亚粘土摩阻力标准值取70 KPa，坡积亚粘土摩阻力标准值取50 KPa：

50*2.7+70*3.1+120* L3=2256.985

L3=15.87

即桩长长度为2.7+3.1+15.87=21.67≈22（m）

解析二：按端承桩计算

[Ra]=9881KN

根据表格5.3.4查寻C1、C2可知碎石状强风化花岗岩、微风化花岗岩分别为0.4、0.03，0.6、0.05

Ap=∏*r2=3.14*（0.9）2=2.545（㎡）

f rk=5.548MPa，2MPa＜f rk＜15MPa, K取0.8

u=2*∏*r=2*3.14*0.9=5.655（m）

n=4

L1（坡积亚粘土）=2.7（m）

L2（残积亚粘土）=3.1（m）

L3（碎石状强风化花岗岩）=10.4（m）

L4（微风化花岗岩）待定

[Ra]=c1*Ap*f rk+u*∑c2i*h i*f rki+(1/2)*K*u*∑l i*q ik

9881=0.6*2.545*55476+5.655*（0.05*hi*55476）+（1/2）*0.8*5.655*

（50*2.7+70*3.1+120*10.4）

9881=84711.852+2773.8 hi+7238.4

hi=-82069.252/9881

hi=-8.3（m）

如果桩长减少8.3m，则桩端处于碎石状花岗岩层，桩端岩层承载力可计算而出，过程如下：