端承桩和摩擦桩专业知识

端承桩和摩擦桩专业知识

桩基础根据其在土中受力情况不同,可分为端承桩和摩擦桩。端承桩是穿过软弱土层而达到深层坚实土的一种桩,上部结构荷载主要由桩尖阻力来承担; 摩擦桩是完全设置在软弱土层一定深度的一种桩,上部结构荷载要由桩尖阻力和桩身侧面与土之间的摩擦力共同来承担。

建筑基桩穿过覆盖层嵌入基岩中(嵌固于未风化岩中不小于0.5m)称为嵌岩桩。由于基岩强度较高，压缩性极小，嵌岩桩能提供很高的承载力。同时嵌岩桩沉降也很小，建筑物沉降在施工过程中便可完成。由于嵌岩桩具有这些优点，因而在工程设计，尤其是高层建筑及大型构筑物中被广泛采用。

在工程实践中，有些设计者认为嵌岩桩均为端承桩，只具有端阻力，不考虑土层侧阻力。这种计算模式与许多工程实际不符。其实，对不同的工程地质条件，桩的几何尺寸及成桩工艺，嵌岩桩表现出不同的承载性状。对于桩端为基岩，桩周土层为不太弱的情况且长径比L/ D＞35的嵌岩桩，桩侧阻力是不容忽视的，这一点已为大量现场试验结果所证明。

2.嵌岩桩的承载性状

由于嵌岩桩的荷载--沉降性状受多种因素影响，很难作出准确的预计。因而我们只能对嵌岩桩的承载性状进行基本分析。嵌岩桩的桩顶沉降主要由二部分组成：①桩身混凝土的弹性压缩；②桩底基岩的应变。这二种分量的相互关系受荷载传递机理的支配。施加在桩顶的荷载通过桩端阻力和桩侧阻力传递给桩周的土体和桩底的基岩，(其中桩侧阻力包括桩周土体侧阻力和嵌岩段侧阻力)桩底基岩和桩周土体应变的相对大小，决定着桩端阻力和桩侧阻力的发挥程度。各位移分量的大小取决于桩的几何形状、荷载大小、成桩工艺及桩底基岩桩周土体和桩身混凝土的弹性模量。

对于嵌入软质基岩，桩周为均匀硬土层且长径比L/D较大的嵌岩桩。桩侧阻和端阻充分发挥所需的极限相对位移同桩周土体和桩底基岩的强度有关，强度越高所需的极限位移越小，强度越低则所需的极限位移越大。当桩底基岩较软，长径比较大时，桩顶荷载作用下，桩身位移相对较大，桩周土体强度较高时，其发挥极限侧阻所需位移相对较小，故桩侧阻力首先达到极限值。此时桩端阻力尚未达到极限值。这种嵌岩桩，其端阻只占桩总承载能力的一部分。可称为端承摩擦桩(侧阻占大部分)或摩擦端承桩(端阻占大部分)。

对于穿过均匀软土层嵌入硬质基岩中的嵌岩桩，由于桩底基岩强度很高，桩底位移很小，桩身位移也不大，此时，桩周土体发挥极限侧阻所需相对位移尚未达到，桩侧阻力无法充分发挥。而硬质基岩所需极限位移能够达到，使桩端阻力得到充分发挥。这种嵌岩桩称为端承桩。

实际工程中的情况远比上述两种情况复杂。嵌岩桩在不同地质条件和几何尺寸下，表现端承和摩擦两种不同的承载性状。

值得注意的是，嵌岩桩桩端嵌岩段的单位侧阻力比土层高得多。由于该部分侧阻的剪切破坏发生于桩-岩界面(对坚硬完整岩体)或靠近桩侧表面的岩体中(对软质或风化破碎岩体)，主要表现为(a)岩体侧阻达到极限所需的相对位移比土体小得多；(b)在侧阻力的作用下完整基岩一般呈脆性破坏。表1给出部分岩体的极限侧阻所需位移的经验值。

表1发挥极限侧阻对应的相对位移〔3〕

从表1中可以看出，在相对位移非常小的情况下，桩端嵌岩段的侧阻力就可充分发挥。所以在嵌岩桩承载力确定时，应充分考虑其承载作用。

嵌岩桩的最佳嵌岩深度为3倍桩径，超过3倍桩径时，承载力增长不大。因其具有较高的承载力，桩身最小配筋率应不少于1%，砼强度等级应不低于C20。此外，成桩工艺对嵌岩的承载性能有重要影响。一般情况下，钻(冲)孔成桩过程中，孔底总会残留一部分沉渣形成可压缩性“软垫”，“软垫”的压缩增大了嵌岩桩桩体与岩(土)体的位移，使桩侧(桩身和嵌岩段)阻力得以充分发挥。增大了端阻充分发挥所需的极限位移。使嵌岩桩表现更多的摩擦桩性状。人工挖孔的嵌岩桩由于人工清底，在“干”作业情况一般无“软垫”现象，其承载性状只与地质条件和桩几何尺寸有关。

3.钻(冲)嵌岩桩的分类

通常嵌岩桩可按基岩岩性，覆盖层土性，桩长径比L/D和成桩工艺考虑其端承和摩擦特性。

符合下列条件之一的嵌岩桩可按端承桩计算：

1.桩端持力层在中风化硬质岩(如花岗岩)和微风化软质岩(如砂岩)中，且长径比L/D≤10冲钻孔桩和长径比L/D≤12的人工挖孔桩。

2.当长径比L/D比较大，而桩侧处于沿海厚层或巨厚层软土中(如淤泥)其承载力主要靠嵌岩段侧阻和端阻承担的桩。

符合下列条件之一的嵌岩桩应考虑其摩擦桩特性：

1.当L/D≥40，嵌岩桩端在设计荷载下，其承载作用很小，上部荷载主要由桩侧摩阻承担，属于摩擦桩〔3〕。

2.对于L/D＞15-20的泥浆护壁冲钻孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，其荷载传递具有一般摩擦桩的特性，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〔3〕。

3.当混凝土桩的孔底沉碴厚度超过规范规定，因嵌岩桩存在“软垫”，桩的承载性状均成为摩擦桩或摩擦端承桩(当沉碴比较薄时)。