桥梁嵌岩桩桩底基岩岩性变软时的终孔分析

周 鑫

桥梁嵌岩桩桩基的工程质量取决于两方面:1)嵌入基岩的深度与持力层的厚度;2)桩基本身的施工质量。前者对于桥梁的整体稳定性影响较大,当设计与设计依据的地质条件不符时,一般应该根据终孔原则由监理工程师、业主、设计单位及施工单位四方联席会议现场确定。工程技术人员可以通过必要的计算做到心中有数,较为灵活地处理比较棘手的终孔问题。

在桥梁嵌岩桩施工中,基桩嵌入基岩之岩性、基岩的风化程度以及桩端嵌岩深度都应该满足设计要求,必要时可以根据结构形式、桩长、地质情况等作相应的调整。

黄延高速公路K226+860大桥为7×20 m部分预应力空心板桥,桩径1 m。人工挖孔桩施工中实际地质情况与设计不相符,如2号墩及5号墩各桩分别经3 m弱风化细砂岩,以下再嵌入弱风化泥岩2 m时,达到设计的桩尖标高。不满足桩基“嵌入弱风化细砂岩不少于4 m”的设计要求。因此,应针对实际的地质情况,通过对比计算,确定出嵌入岩层的互层深度,并以此为依据进一步确定出基桩的终孔标高(见图1)。

1 数学模型

2 嵌岩深度的比较(用求商比较法)

1)确定计算参数 Ra,c1,c2。

Ra:按工程地质勘察报告取平均值:

a.弱风化细砂岩:Ra1=9MPa=9000kPa;

b.弱风化泥岩:Ra2=7.4MPa=7400kPa。

c1=0.4,c2=0.03。

当嵌入弱风化细砂岩时,取β=1.0,有:

嵌入弱风化泥岩时,取 β=0.5,有:

2)求商比较。

式(4)÷ 式(3)得:h2′/h1′=1.559≈2。

即嵌入弱风化泥岩的深度,应是嵌入弱风化细砂岩深度的2倍。

3)设计要求桩基嵌入弱风化细砂岩不少于4 m,今嵌入3 m弱风化细砂岩后,以下嵌入下层弱风化泥岩的最小深度折算为:

(4-3)×2=2 m。

所以,嵌入3 m弱风化细砂岩和2 m弱风化泥岩,即嵌岩总厚度为3+2=5 m时,满足嵌固深度的要求。

3 P值的比较

由于设计未给定[P]值,今采用取差比较法,即组合岩层的单桩轴向受压承载力的和PT减去原设计岩层的单桩轴向受压承载力PS的差大于零时,满足设计要求。

设计桩径为1 m,有:

3.1 对于弱风化细砂岩

h=4 m(设计要求嵌入弱风化细砂岩的深度),PS=(c1A+c2Uh)Ra1。

3.2 取差比较

引用嵌岩深度的比较结果,即在嵌入3 m弱风化细砂岩及下层2 m弱风化泥岩时,基桩受弱风化细砂岩与弱风化泥岩的两个桩周摩阻力及弱风化泥岩的一个桩底支承力共计三个力PT的作用(因而 A1=0),有:

求差值:PT-PS=(Ra2-Ra1)c1A+(h1Ra1+h2Ra2-hRa1)c2U。

将 h=4 m,h1=3 m,h2=2 m,A=π/4,U=π及 Ra1,Ra2的值代入上式,有:

即,PT-PS＞0,满足单桩轴向承载力的设计要求。

4 结语

1)由以上对比计算可知,桥梁嵌岩桩基岩的岩性变软时,按求商比较法计算出嵌入弱风化泥岩的深度约是嵌入弱风化细砂岩的2倍。即嵌入3 m弱风化细砂岩及其下2 m弱风化泥岩时,同时满足该桩单桩轴向承载力与嵌固深度的设计要求,可以确认终孔。2)值得注意的是,人工挖孔桩成孔后应及时灌注水下混凝土,以免泥岩暴露在空气中引起急剧风化而强度降低,导致难以提供预期的桩底与桩周承载力。

综上所述,桥梁施工的桩基终孔,可以结合不同的地质情况,通过分析计算确定桩底基岩岩性变软时的嵌岩深度,在满足持力层厚度要求的前提下确定终孔标高,以控制桩基的终孔质量,进而为桥梁提供安全、稳定的基础。同时,合理地控制变更费用与施工进度。

[1] JTJ 024-85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].