关于嵌岩桩理论研究的几点认识

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1、式搅拌器可根据成壁深度由节高 2 5m 刀具箱灵活组 装 通过链条进行上下循环搅拌 制浆与压浆设备与 搅拌主机分离 由输浆管与搅拌器相连 连续壁的垂 直度或倾角由测量控制装置按设计要求调整 2 工法特点及适用范围 a 成本低 因就地在导槽中搅拌土和水泥浆 从 而形成具有防渗能力的连续壁 当土中含砂石较多 时 另加入适量的膨润土或粘土 故本工法的成本主 要由设备折旧 水泥 及劳力报酬组成 造价仅为混凝 土连续壁的 1 10 b 强度和抗渗能力可根据土质情况调整水泥掺量 10 20 满足设计要求 c 适用土层范围广 成壁深度大 可适用于粘土 粉土 砂 砾 卵石 成壁深度最大可达 60m d 工效高

2、 施工速度快 对於粘性土中深度 10 25m 壁厚550 700mm 的连续壁 每延长 m 的搅拌成 壁时间为 16 43min 即 24h 可成壁 90 33 延长 m 从上述资料可见 TRD 工法在我国堤防加固工程 中将有广泛的应用前景和发展潜力 关于嵌岩桩理论研究的几点认识 刘兴远 郑颖人 后勤工程学院 重庆 400041 林文修 重庆建筑科学研究院 重庆 400015 作者简介 刘兴远 男 35 岁 1997 年后勤工程学院获得工学博士学位 主要从事岩土工程 结构工程的教学 理论研究和工程检测等方面的工作 1 引 言 嵌岩桩作为一种特定的桩基类型在我国九十年代得到了 广泛应用和研究 嵌

3、岩桩特性的理论研究和嵌岩桩的工程应用 国内外均有大量的报道 然而我们也认识到嵌岩桩理论研究 还有许多问题有待进一步探讨 一些模糊认识需要纠正 为此 本文就嵌岩桩理论研究中几个重要问题进行讨论 以希引起同 仁的重视 达到发展和完善嵌岩桩理论之目的 2 嵌岩桩工作特性研究的基本情况 嵌岩桩虽然应用较早 但其受力机理和工作特性的研究一 直不很充分 由于在重庆城市建筑中广泛使用嵌岩桩 90 年代 后重庆建筑大学黄求顺等人对嵌岩桩做了较为细致的研究 提 出了嵌岩桩的承载力主要是嵌固力 即岩体与桩身间的侧阻 力 它与桩 土间的摩阻力有较大差别 桩 土间的摩阻力只有 在桩土间出现较大位移时才能充分发挥作用

4、而嵌岩桩的嵌固 力只需桩身承受一定的荷载嵌固力便可同步出现 且嵌岩桩的 位移较小 并提出了嵌岩桩的承载力由桩 土间的摩阻力 嵌岩 桩嵌岩段的嵌固力及端阻力三部分组成 嵌固力为承载力主要 因素 且进一步提出了嵌岩桩的承载力计算公式 被国家标准 建筑桩基技术规范 JGJ 94 94 及四川省标准 重庆市建筑地 基基础设计规范 DB51 5003 93 所采纳 黄求顺等人还依据所收集的试验资料和重庆地区经验提 出了嵌岩桩的最佳嵌岩深度为 3 倍桩径 嵌岩桩的最大嵌岩深 度为 5 倍桩径 最近刘松玉等根据所做嵌岩桩的试验资料提 出南京地区泥质软岩中嵌岩桩的最大嵌岩深度为 7 倍桩径 嵌 岩段侧阻力占总

5、阻力 50 以上 由上可见嵌固力的大小与岩 体强度有关 最大嵌岩深度亦与岩体强度有关 而非定值 关于嵌岩桩嵌岩段承载力的计算 我们根据所收集到的嵌 岩桩试验资料建立了嵌岩桩嵌岩段承载力计算的神经网络模 型 该模型将嵌岩桩嵌固力和端承力作为一个整体来考虑 同 时考虑了岩体不同风化程度对嵌岩桩嵌岩段承载力的影响 可 初步解决嵌岩桩嵌入不同岩体中嵌岩桩嵌岩段承载力的计算 问题 本项工作可能成为今后嵌岩桩嵌岩段特性研究的一个方 向 国外对嵌岩桩工作特性的理论研究也不少 不论是在嵌岩 桩工作特性分析的有限元计算 还是在嵌岩桩工作特性试验研 究方面均进行了大量的研究工作 特别需要一提的是 Ben mokr

6、ane 等人 通过嵌岩桩模型试验说明 在嵌岩桩桩底存在岩 体软弱夹层面时 夹层面倾角不同对嵌岩桩的极限承载力影响 也不同 但如何考虑其影响有待进一步研究 3 嵌岩桩理论研究的几个问题 尽管国内外对嵌岩桩进行了大量的试验研究 但是由于历 史条件和工程条件的限制 高质量的 试验资料完整的嵌岩桩试 验并不多见 对此文献 1 给出了说明 该问题大大限制了嵌岩 桩理论的发展 然而我们也只能以现有的嵌岩桩试验资料为依 据来认识和理解嵌岩桩的特性 下面就嵌岩桩的几个理论问题 进行讨论 1 嵌岩桩的定义 嵌岩桩的定义是人们必须明确的首要问题 建筑桩基技 术规范 2 JGJ 94 94 没有对嵌岩桩作明确定义

7、仅在表 5 2 11注 中给出当嵌岩段为中等风化岩时 表中数值乘以 0 9 折减的说明 换言之 该规范将嵌岩桩的定义理解为嵌入 微风化岩中的桩为嵌岩桩 显而易见这种理解是不全面的 某 些地区的风化岩体埋置深度很大 从强风化岩到中 微风化岩 的深度达几十米 是否嵌入这种岩体中的桩就不是嵌岩桩呢 当然这种认识是难以让人接受的 况且强风化岩和中 微风化 岩的区别并无定量的描述 笔者认为嵌岩桩的定义是 桩端嵌 入岩体中的桩称为嵌岩桩 不论岩体的风化程度如何只要桩 端嵌入岩体中均可称为嵌岩桩 嵌入不同特性的岩体中的嵌岩 到稿日期 1997 12 25 118 岩 土 工 程 学 报 1998 年 桩其特

8、性的差异是由岩体特性的差异所引起的 若在此基础 上再进一步讨论嵌岩桩的特性 许多问题均会达成共识 2 嵌岩桩嵌岩段剪应力分布模式 关于嵌岩桩嵌岩段剪应力分布模式的研究国内外均进行 了不少的研究 归结起来嵌岩桩嵌岩段剪应力沿侧向从上向下 分布模式有三种 上大下小式 上小下大式 两头大中间 小式 目前 桩基础规范所提出的嵌岩桩嵌岩段极限承载力的 计算公式的理论依据是第一种分布模式 实际上第二 三种计 算模式也是存在的 对此国内外均有试验资料为证 嵌岩桩嵌 岩段剪应力分布的第二种模式是在下述条件下产生的 嵌岩桩 嵌岩段所嵌岩体是分层的 上部岩体相对较软弱 下部岩体相 对较硬 且抗压强度也较高 事实上

9、我国大部分地区出现第二 种情况的可能性更大 故此不考虑这种实际情况确定桩基础规 范显然欠妥 嵌岩桩嵌岩段剪应力分布的第三种模式是由中 科院武汉岩土所根据其模型桩试验提出的 试验时模型嵌岩桩 桩底为空底 此模式同砖砌体剪切试验结果相似 应该指出的 是武汉岩土所的试验结果与重庆建筑大学的模型桩试验结果 不同 此问题有待进一步研究 可见 嵌岩桩所嵌岩体状态不 同 嵌岩桩嵌岩段的工作机理也各不相同 3 关于对最优嵌岩比的理解问题 若不讲条件地确定嵌岩桩最佳嵌固深度 而一律将最佳嵌 固深度定为 3 倍桩径的提法似乎不够合理 且易产生误导作 用 最佳嵌固深度为 3 倍桩径的理论依据是嵌岩桩嵌岩段剪 应力分

10、布模式为第一种模式 而事实上随着岩体状态的不同 最佳嵌固深度也各不相同 在实际的工程中有些情况下岩体 的承载力是很高的 有时只要嵌岩 0 5m 就能符合设计要求 此 时若要按 3 倍的桩径进行嵌岩就会造成很大的浪费 尤其是大 直径桩时更是如此 如重庆中建大厦 桩径为 4m 若按 3 倍桩 径进行嵌岩 则在微风化岩体下嵌岩深度还需 12m 远大于工 程实际嵌岩的要求 此外对于软岩或极软岩嵌岩桩的嵌岩深 度应远大于 3 倍桩径 对此也有相当多的文献进行了报道 由 此可见嵌岩桩最佳嵌固深度是随着嵌岩桩所嵌岩体特性的不 同而不同 不可一概而论 4 嵌岩桩承载力的分析 嵌岩桩承载力是由嵌岩桩嵌岩段承载力

11、和嵌岩桩非嵌岩 段承载力组成 通常认为由于嵌岩桩嵌岩 嵌岩桩非嵌岩段承 载力要降低 这一观点已被 建筑桩基技术规范 2 JG94 94 所采用 然而随着外界条件的变化 嵌岩桩非嵌岩段承载力也 可能会增加 具体实例见文献 3 嵌岩桩嵌岩段承载力的计 算随着嵌岩桩嵌岩段剪应力分布模式的不同而不同 仅考虑一 种嵌岩桩嵌岩段剪应力分布模式来计算嵌岩桩嵌岩段承载力 这显然不能反映我国各地区实际地质条件的差异 为此研究不 同地区的嵌岩桩承载力计算公式是今后对嵌岩桩理论研究的 重点工作之一 5 岩体状态的分析 嵌岩桩所嵌入的岩体状态对嵌岩桩工作特性存在很大的 影响 从某种意义上讲岩体的状态决定了嵌岩桩的工作

12、特性 在软质岩体和硬质岩体上嵌岩桩的工作特性有较大差别 这种 差别的本质原因来自于岩体的状态 嵌岩桩桩底岩体状态的 差异所引起的嵌岩桩特性的差异 文献 4 给出了初步的研究 结果 描述嵌岩桩所嵌入的岩体状态包括两方面 是嵌岩桩 嵌岩段岩体状态 是嵌岩桩桩底岩体状态 目前要想在两方 面均给出定量的描述还相当困难 对嵌岩段岩体笔者提出了用 岩体风化系数 5 来定量描述岩体的状态 从岩体力学的观点 来看 嵌岩段内岩体的强度与岩体完整性及其裂缝位置 结合 程度等密切相关 因此 目前嵌固力计算中 只考虑岩块强度而 未反映不同段岩体风化程度或强度 完整性及裂隙状态等影响 显然是不够合理的 嵌固力的计算必须

13、反映岩体的特点 而不 能视岩体为均质岩石 同时要分层考虑 然而岩体风化程度的 变化是一渐变过程 其量化的具体描述有待进一步确定和研 究 关于嵌岩桩桩底岩体状态的研究国内还未见到有关报道 为了能够对岩体状态进行全面的分析 笔者给出了岩体稳定性 分类的方法 结合岩体风化系数的描述 有望对嵌岩桩所处岩 体状态在定性和定量两个方面进行描述 4 结 语 通过以上论述可知 国内外对嵌岩桩理论进行了大量的研 究 并取得了长足的进步 然而嵌岩桩理论研究同时还存在许 多问题等待我们去研究和发展 特别是嵌岩桩所嵌岩体特性对 嵌岩桩工作特性影响的研究应引起科研人员的高度重视 总 之 在嵌岩桩理论研究中 岩体特性对嵌

14、岩桩工作特性的影响 还研究不够充分 工作特性试验研究的进一步发展 一些偏面 认识会逐步加以修正 显而易见今后对嵌岩桩工作特性的研究 重点将转移到嵌岩桩所嵌岩体特性对嵌岩桩工作特性的影响 上来 参 考 文 献 1 刘兴远 关于桩基础试验资料完整性的几点看法 岩土工 程学报 1996 18 5 2 JGJ 94 94建筑桩基技术规范 北京 1995 3 刘兴远等 轴向荷载作用下单桩工作特性分析中的几个问 题 见 全国山区地基基础学术会议论文集 重庆 重庆大学 出版社 1997 4 Brahim Benmokrane et al Laboratory investigation of shaft re sistance of rock socketed piers using the comstant normal stiff ness direct shear test Can Geotech J 1994 31 40 419 5 刘兴远 桩基工作特性分析的神经网络模型研究 博士学 位论文 重庆 后勤工程学院 1997 119 第 5 期焦点论坛