摘要：為了彌補(bǔ)大直徑深嵌巖樁（嵌巖比hr/b≥5）承載特性研究領(lǐng)域的不足，利用青島海灣大橋試樁zh12的自平衡測(cè)試結(jié)果，對(duì)大直徑深嵌巖樁的承載特性進(jìn)行了分析。研究了深嵌巖樁嵌巖段實(shí)測(cè)的樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系以及樁端阻力與位移關(guān)系，并與采用雙曲線分布模式的荷載傳遞法進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明：在軟巖地區(qū)，大直徑深嵌巖樁基樁頂處的荷載位移曲線為緩變型，近似為直線分布形態(tài)。從實(shí)測(cè)曲線的擬合結(jié)果來(lái)看，巖層處的側(cè)摩阻力與位移關(guān)系采用雙曲線擬合是可行的，參數(shù)1/b也能反映出樁側(cè)極限摩阻力的數(shù)值；樁端巖層實(shí)測(cè)的荷載位移曲線也與雙曲線形態(tài)比較相似；利用擬合曲線所得到的參數(shù)a、b反演計(jì)算所得到樁頂荷載位移曲線也與自平衡測(cè)試方法的實(shí)測(cè)結(jié)果接近。最后，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果分析了在不同單軸抗壓強(qiáng)度狀態(tài)下，樁側(cè)極限摩阻力經(jīng)驗(yàn)公式中參數(shù)α的取值范圍。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；深嵌巖樁；荷載傳遞法；承載特性；樁側(cè)摩阻力

中圖分類號(hào)：U443.15

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-4764（2013）04-0084-05

由于大直徑嵌巖樁能夠?qū)⑸喜拷Y(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的基巖中去，從而大大提高樁基礎(chǔ)的承載力并能減少基礎(chǔ)的沉降，所以大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)在橋梁工程有著廣泛的應(yīng)用^[1-3]。研究表明，當(dāng)嵌巖深度為2～3倍樁徑時(shí)，巖層的地基承載力發(fā)揮比較充分，嵌巖深度比較合理。但是隨著大跨度橋梁工程的建設(shè)和上部結(jié)構(gòu)荷載的增大，在一些地區(qū)已出現(xiàn)嵌巖深度超過(guò)5倍樁徑的深長(zhǎng)嵌巖樁基（嵌巖比hr/b≥5 ）。如浙江西堠門大橋^[4]、青島海灣大橋^[5]、貴州北盤江大橋^[6]等，本文所說(shuō)的深嵌巖樁，主要是指此類樁型。由于該類樁基嵌巖深度較大，傳統(tǒng)的靜載荷試驗(yàn)難以加載至破壞狀態(tài)且費(fèi)用較高，采用自平衡試樁法可較好地解決此類問(wèn)題，有關(guān)自平衡測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)可參見(jiàn)文獻(xiàn)[7-8]。目前，對(duì)深嵌巖樁的相關(guān)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)還比較缺乏^[9-10]。在工程實(shí)踐中如何利用已有的一些測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)該地區(qū)其他類似樁基的承載力就顯得尤為必要。荷載傳遞法是一種概念明確、計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的方法^[11]。本文依托青島海灣大橋zh12號(hào)樁的自平衡靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)軟巖地區(qū)深嵌巖樁的承載特性進(jìn)行了分析，并利用實(shí)測(cè)樁端、樁側(cè)摩阻力荷載位移曲線與雙曲線位移模式的荷載傳遞法進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了該法在深嵌巖樁承載特性分析中應(yīng)用可靠性。

龔成中，等：深嵌巖樁承載特性及其荷載傳遞法應(yīng)用

1荷載傳遞函數(shù)形式及參數(shù)的確定

研究表明，對(duì)于一般粘土和砂土，樁側(cè)摩阻力與樁身位移之間的雙曲線關(guān)系是存在的，而對(duì)于軟巖地區(qū)的深嵌巖樁，嵌巖段巖層的樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系是否滿足雙曲線關(guān)系，文獻(xiàn)卻鮮有介紹。本文采用Reese采用的雙曲線傳遞函數(shù)來(lái)擬合大直徑深嵌巖樁的樁側(cè)摩阻力、樁端阻力及其位移的關(guān)系。雙曲線模型公式如下所示：

3實(shí)測(cè)阻力及荷載傳遞法擬合分析

3.1樁側(cè)摩阻力及擬合分析

通過(guò)預(yù)先埋設(shè)在樁身的應(yīng)變計(jì)可以比較方便的測(cè)出不同樁身截面處的軸力，進(jìn)而計(jì)算出樁身的側(cè)摩阻力。本文主要討論深嵌巖樁嵌巖段樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系雙曲線函數(shù)形式的a、b值。

實(shí)測(cè)的各嵌巖段樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系曲線如圖4所示。從圖4（a）中可以看出強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系的雙曲線特性并不明顯?？赡艿脑蚴怯捎谠撏粒◣r）層的位置距離荷載箱的位置較遠(yuǎn)，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮較小，且實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)存在一定程度的離散性所導(dǎo)致。對(duì)于弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖而言（標(biāo)高分布范圍為-4.41～ -11.21 m，如圖4（b）所示），采用雙曲線來(lái)擬合實(shí)測(cè)曲線，兩者非常接近，說(shuō)明該樁側(cè)范圍樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系用雙曲線模擬式是可行的。對(duì)于中風(fēng)化角礫巖同樣如此。

對(duì)于弱風(fēng)化角礫巖，從曲線的擬合來(lái)看，盡管a、b取值略有不同，但擬合曲線與實(shí)測(cè)曲線的相關(guān)性還是比較理想的。

經(jīng)對(duì)比分析可以看出，采用雙曲線來(lái)擬合深嵌巖樁的樁側(cè)摩阻力與位移關(guān)系與實(shí)測(cè)結(jié)果較為吻合，說(shuō)明采用該法是可行的。

樁側(cè)極限摩阻力與位移關(guān)系經(jīng)過(guò)雙曲線擬合后，各巖層處對(duì)應(yīng)的a、b平均值結(jié)果如表3所示。

從表中可以看出，當(dāng)單軸抗壓強(qiáng)度采用天然單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，α的數(shù)值一般介于0.2～0.3左右；采用飽和單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，α的數(shù)值一般介于0.3～0.5左右；采用干燥單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，α的數(shù)值一般介于0.05～0.1左右。本工程采用天然單軸抗壓強(qiáng)度狀態(tài)下所得到的α數(shù)值范圍與Carter 和Kulhawy等的研究結(jié)果比較接近。

4結(jié)論

利用自平衡試樁法對(duì)軟巖地區(qū)大直徑深嵌巖樁承載特性進(jìn)行了測(cè)試與分析，并把測(cè)試結(jié)果與荷載傳遞法進(jìn)行了擬合分析。

從實(shí)測(cè)的結(jié)果來(lái)看，深嵌巖樁基在大噸位荷載作用下采用自平衡測(cè)試方法是可行的。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在軟巖地區(qū)深嵌巖樁樁頂荷載位移曲線沒(méi)有明顯的陡降段，呈現(xiàn)為近似直線的分布形態(tài)，這與普通樁基受力形態(tài)明顯不同。從勘察報(bào)告提供的極限側(cè)摩阻力數(shù)據(jù)來(lái)看，實(shí)測(cè)的弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、中等風(fēng)化角礫巖數(shù)值與之相比，兩者相差不大。而弱風(fēng)化角礫巖極限摩阻力與勘探報(bào)告的預(yù)估值相差懸殊，在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起注意。

從擬合的結(jié)果來(lái)看，在軟巖地區(qū)，深嵌巖樁樁側(cè)摩阻力與樁身位移關(guān)系以及樁端阻力與位移關(guān)系是比較符合雙曲線分布形態(tài)的。按照雙曲線模型這種荷載傳遞函數(shù)進(jìn)行模擬所得到的荷載位移關(guān)系同自平衡測(cè)試方法的實(shí)測(cè)結(jié)果比較吻合。證實(shí)了利用雙曲線荷載傳遞函數(shù)對(duì)大直徑深嵌巖樁進(jìn)行模擬分析是完全可行的。在工程實(shí)踐中如能利用測(cè)試數(shù)據(jù)得到相關(guān)巖層的a、b值，就可以利用荷載傳遞法預(yù)估其承載力，這對(duì)深嵌巖樁的設(shè)計(jì)是非常有利的。

研究結(jié)果表明：當(dāng)樁側(cè)極限摩阻力經(jīng)驗(yàn)公式中，巖石強(qiáng)度如采用飽和單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，α的數(shù)值一般介于0.3～0.5左右。

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（編輯胡玲）