端承樁和摩擦樁專業知識

2022-05-17 21:43:40 字數 2224 閱讀 2731

樁基礎根據其在土中受力情況不同,可分為端承樁和摩擦樁。 端承樁是穿過軟弱土層而達到深層堅實土的一種樁,上部結構荷載主要由樁尖阻力來承擔; 摩擦樁是完全設定在軟弱土層一定深度的一種樁,上部結構荷載要由樁尖阻力和樁身側面與土之間的摩擦力共同來承擔。

建築基樁穿過覆蓋層嵌入基岩中(嵌固於未風化岩中不小於0.5m)稱為嵌巖樁。由於基岩強度較高,壓縮性極小,嵌巖樁能提供很高的承載力。

同時嵌巖樁沉降也很小,建築物沉降在施工過程中便可完成。由於嵌巖樁具有這些優點,因而在工程設計,尤其是高層建築及大型構築物中被廣泛採用。

在工程實踐中,有些設計者認為嵌巖樁均為端承樁,只具有端阻力,不考慮土層側阻力。這種計算模式與許多任務程實際不符。其實,對不同的工程地質條件,樁的幾何尺寸及成樁工藝,嵌巖樁表現出不同的承載性狀。

對於樁端為基岩,樁周土層為不太弱的情況且長徑比l/ d>35的嵌巖樁,樁側阻力是不容忽視的,這一點已為大量現場試驗結果所證明。

2.嵌巖樁的承載性狀

由於嵌巖樁的荷載--沉降性狀受多種因素影響,很難作出準確的預計。因而我們只能對嵌巖樁的承載性狀進行基本分析。嵌巖樁的樁頂沉降主要由二部分組成:

①樁身混凝土的彈性壓縮;②樁底基岩的應變。這二種分量的相互關係受荷載傳遞機理的支配。施加在樁頂的荷載通過樁端阻力和樁側阻力傳遞給樁周的土體和樁底的基岩,(其中樁側阻力包括樁周土體側阻力和嵌巖段側阻力)樁底基岩和樁周土體應變的相對大小,決定著樁端阻力和樁側阻力的發揮程度。

各位移分量的大小取決於樁的幾何形狀、荷載大小、成樁工藝及樁底基岩樁周土體和樁身混凝土的彈性模量。

對於嵌入軟質基岩,樁週為均勻硬土層且長徑比l/d較大的嵌巖樁。樁側阻和端阻充分發揮所需的極限相對位移同樁周土體和樁底基岩的強度有關,強度越高所需的極限位移越小,強度越低則所需的極限位移越大。當樁底基岩較軟,長徑比較大時,樁頂荷載作用下,樁身位移相對較大,樁周土體強度較高時,其發揮極限側阻所需位移相對較小,故樁側阻力首先達到極限值。

此時樁端阻力尚未達到極限值。這種嵌巖樁,其端阻只佔樁總承載能力的一部分 。可稱為端承摩擦樁(側阻佔大部分)或摩擦端承樁(端阻佔大部分)。

對於穿過均勻軟土層嵌入硬質基岩中的嵌巖樁,由於樁底基岩強度很高,樁底位移很小,樁身位移也不大,此時,樁周土體發揮極限側阻所需相對位移尚未達到,樁側阻力無法充分發揮。而硬質基岩所需極限位移能夠達到,使樁端阻力得到充分發揮。這種嵌巖樁稱為端承樁 。

實際工程中的情況遠比上述兩種情況複雜。嵌巖樁在不同地質條件和幾何尺寸下,表現端承和摩擦兩種不同的承載性狀。

值得注意的是,嵌巖樁樁端嵌巖段的單位側阻力比土層高得多。由於該部分側阻的剪下破壞發生於樁-巖介面(對堅硬完整岩體)或靠近樁側表面的岩體中(對軟質或風化破碎岩體),主要表現為(a)岩體側阻達到極限所需的相對位移比土體小得多;(b)在側阻力的作用下完整基岩一般呈脆性破壞。表1給出部分岩體的極限側阻所需位移的經驗值。

表1 發揮極限側阻對應的相對位移〔3〕

從表1中可以看出,在相對位移非常小的情況下,樁端嵌巖段的側阻力就可充分發揮。 所以在嵌巖樁承載力確定時,應充分考慮其承載作用。

嵌巖樁的最佳嵌巖深度為3倍樁徑,超過3倍樁徑時,承載力增長不大。因其具有較高的承載力,樁身最小配筋率應不少於1%,砼強度等級應不低於c20。此外,成樁工藝對嵌巖的承載效能有重要影響。

一般情況下,鑽(衝)孔成樁過程中,孔底總會殘留一部分沉渣形成可壓縮性「軟墊」,「軟墊」的壓縮增大了嵌巖樁樁體與巖(土)體的位移,使樁側(樁身和嵌巖段)阻力得以充分發揮。增大了端阻充分發揮所需的極限位移。使嵌巖樁表現更多的摩擦樁性狀。

人工挖孔的嵌巖樁由於人工清底,在「幹」作業情況一般無 「軟墊」現象,其承載性狀只與地質條件和樁幾何尺寸有關。

3.鑽(衝)嵌巖樁的分類

通常嵌巖樁可按基岩岩性,覆蓋層土性,樁長徑比l/d和成樁工藝考慮其端承和摩擦特性。

符合下列條件之一的嵌巖樁可按端承樁計算:

1.樁端持力層在中風化硬質巖(如花崗岩)和微風化軟質巖(如砂岩)中,且長徑比l/d≤10衝鑽孔樁和長徑比l/d≤12的人工挖孔樁。

2.當長徑比l/d比較大,而樁側處於沿海厚層或巨厚層軟土中(如淤泥)其承載力主要靠嵌巖段側阻和端阻承擔的樁。

符合下列條件之一的嵌巖樁應考慮其摩擦樁特性:

1.當l/d≥40,嵌巖樁端在設計荷載下,其承載作用很小,上部荷載主要由樁側摩阻承擔,屬於摩擦樁〔3〕。

2.對於l/d>15-20的泥漿護壁衝鑽孔嵌巖樁,無論是嵌入風化巖還是完整基岩中,其荷載傳遞具有一般摩擦樁的特性,即樁側阻力先於端阻力發揮出來,樁端分擔的荷載較小,屬於摩擦樁〔3〕。

3.當混凝土樁的孔底沉碴厚度超過規範規定,因嵌巖樁存在「軟墊」,樁的承載性狀均成為摩擦樁或摩擦端承樁(當沉碴比較薄時)。

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