高廣運橋梁工程中的的大型灌注樁樁豎向承載性性狀1大型灌注樁在在橋梁建設中中的地位2樁基持力層的的作用3樁基持力層的的定量選擇4有效樁長5嵌巖樁基巖風風化程度分帶帶6擴底墩（樁））7兩種大直徑樁樁的試驗對比比8樁端注漿9花崗巖殘積土土中的樁基10結束語1大型灌注樁在在橋梁建設中中的地位表1大型灌注樁的的廣泛應用樁長（m）樁直徑（m）橋名50～100≥2.5瀘州長江大橋、九江長江大橋、常德元江大橋、宜城漢江大橋、三門峽黃河大橋、錢塘江二橋、武漢長江大橋、廣東斗門大橋≥3.0湖南石龜山大橋引橋、黃石長江大橋、珠海橫琴大橋、益陽資江二橋、江漢四橋、廣州鶴洞大橋、蕪湖公鐵長江大橋、南京長江二橋、廣東番禺大橋及新會崖門大橋3.5湖南沅陵大橋及湘潭湘江二橋4.0鋼陵長江大橋、南昌新八一大橋、湖南石龜山大橋5.0湖南張家界鷺鷥灣大橋、江西湖口大橋“橋梁成敗關鍵鍵在基礎”是是建橋的名言言，而基礎的的趨向應為大大直徑樁，因因為它有許多多優越性:(1)可承受很大荷荷載，可減少少水中作業，，因此可加快工期；(2)良好的抗震、抗風穩定性和具有有較強的抵御御沖擊能力，故故安全可靠性性高；(3)能減少承臺工工作量，因而而總造價相應應會低。所以，大型灌灌注樁在橋梁梁和高層建筑等重重要工程中得到了廣泛泛的應用，它它對橋梁建設設具有特殊重重要的意義。。參見“大型灌注樁樁特性研究””，橋梁建設設，2003，26（4）如九江大橋主主跨基礎用鉆鉆孔灌注樁，，此前采用了了不同樁直徑徑的方案比較較，如表2所示。表2九江大橋主墩墩基礎灌注樁樁工程量比較較表樁直徑/m樁數/根樁身砼/m3承臺砼/m3基礎砼總計/m31.56362344250104842.0325634385094842.518487332008073由此可見，樁樁直徑小，樁樁數就多、工工程量大、造造價高、工期期也會延長、、河中施工難難度也就大。。2樁基持力層的的作用江陰長江公路路大橋試樁情情況圖1圖2江陰長江公路路大橋北引橋29墩兩根靜載試試樁（圖1）。樁直徑d=1m，樁長l=77.8（樁端未入基基巖）、81.9m（樁端入基巖巖）。從圖2可看出，對長長徑比(l/d=78-82)已相當大的大大型灌注樁，，持力層的作作用仍很顯著著，樁端入和和不入基巖時時其承載性狀狀、極限承載載力等就有很很大差異。上述分析的是是基巖持力層層，下面分析析持力層是較較硬的土層的的情況。以包包含點面接觸觸單元的有限限元模型進行行模擬研究。。以蘇通大橋為例，樁直徑徑都為2m，其中一根樁樁長67m，入持力層2m；另一根樁長長64m，樁端離持力力層1m。圖3為數值模擬結結果。從圖上上也同樣可以以看出，樁入入持力層后樁樁的極限承載載力要大很多多，樁的承載載特性也會有有很大區別。。圖3蘇通長江公路路大橋數值模模擬情況參見“大型灌注樁樁特性研究””，橋梁建設設，2003，26（4）3樁基持力層的的定量選擇大型灌注樁由由于其長度大大，穿過的巖巖土層層數多多、厚度大，，為持力層的的選擇帶來了了困難。傳統統的定性確定定法不夠精確確，下面用指指標法來實現現持力層的量量化優選。通過綜合分析析，可考慮能能反映地層持持力特性的七七項指標：深深度（成本））指標、承載載力大小指標標、持力層厚厚度指標、厚厚度變化率指指標、下臥層層性質指標、、N的標準差指標標、抗震動或或抗沉降效果果指標。（1）深度（成本本）指標深度對樁基持持力層的選擇擇是一個最重重要的指標。。深度太深在在成本上是極極不劃算的。。比如蘇通大大橋工程中的的基巖深度290米，所以從成成本上來看幾幾乎是不可能能的。（2）承載力大小小指標承載力大小是是選擇樁基持持力層的又一一重要指標。。某一持力層層的選擇必須須保證樁基有有足夠的承載載力，才能確確保工程的安安全。承載力力的計算為持持力層端阻力力加上樁側所所有分層土側側阻力之和。。（3）持力層厚度度指標持力層一般有有較大的端阻阻力和側阻力力，但這是以以持力層有足足夠的厚度為為保證的。地地層太薄的話話，是談不上上持力性的。。所以厚度也也是選擇持力力層的一個指指標。（4）厚度變化率率指標一座橋梁一般般有很多根樁樁，它們分布布在一定范圍圍內，則此范范圍內的持力層必須厚厚度穩定，才能保證所所有的樁有足足夠和類似的的承載性狀。。否則的話就就會產生差異異沉降等問題題，影響橋梁梁安全。（5）下臥層性質質指標下臥層性質也也是一個不可可忽視的指標標，因為它太太軟弱的話會會對持力層帶帶來隱患。這這里以極限端端阻力來表示示下臥層性質質，因為極限限端阻力在一一定程度上反反映了下臥層層的綜合性質質。（6）N的標準差指標標N為標貫或動探探試驗擊數，，它能反映土土層的動力特特性。（7）抗震動或抗抗沉降效果指指標這是一個綜合合性的指標。。一般情況是是，地層的抗抗震動或抗沉沉降的效果越越好，則該地地層的持力性性越強。各指標的因子子值和權重值值確定好后，，就可以計算算各備選方案案的綜合值了了。某備選方方案的綜合值值等于各指標標因子值與權權重值之積（（即指標值））的和。具體的綜合值值計算公式為為：Ri=（I1i×W1)+（I2i×W2)+（I3i×W3)（I4i×W4)+（I5i×W5)+（I6i×W6)+（I7i×W7)其中Ri為綜合值；W1～W7為權重值(各自為5級)；I1i～I7i為因子值(與權重值對應應，取值范圍圍是0.01-1.00)。綜合值Ri最大者即為選選中的持力層層。參見“大型灌注樁樁特性研究””，橋梁建設設，2003，26（4）4有效樁長4.1靜載試驗研究究試樁直徑1m，1號樁長24m，2號樁長32m。兩試樁的荷荷載-沉降曲線如圖4所示，兩曲線線都為緩變型型，2號樁的曲線更更為平緩，說說明2號樁的承載能能力強、沉降降小。試樁沒沒達到破壞狀狀態。由圖可可得當樁頂都都下降15mm時，1號樁的樁頂荷荷載為2273kN，2號樁的的樁頂頂荷載載為3409kN。圖4河南安安新高高速公公路試試樁圖5太原市市物資資貿易易中心心營業業樓試試樁樁直徑徑d=0.8m，以粗粗礫砂砂層為為持力力層，，W1樁長29m，入持持力層層深度度2.75m（3.4d）；W3樁長34m，入持持力層層深度度7.75m（9.7d）。由由圖5Q~S曲線可可得W1樁極限限荷載載為5000kN，W3樁極限限荷載載為7000kN。圖6太原市市輕工工展廳廳大樓樓試樁樁樁直徑徑d=0.8m，以砂砂層為為持力力層，，Q1樁長22.5m，入持持力層層2.5m（3.1d）；Q2樁長20.5m，入持持力層層0.5m（0.6d）。兩樁樁的試試樁剖剖面示示意圖圖如圖6所示，，從兩兩樁的的荷載載-沉降曲曲線可可看出出，Q1樁承載載力遠遠大于于Q2樁。圖7太原第一熱熱電廠廠Ⅴ期工程程試樁樁剖面面及荷荷載-沉降曲曲線樁直徑徑d=0.8m，以粗粗礫砂砂層為為持力力層，，D4樁長22.8m，入持持力層層0.55m(0.7d)，極限限荷載載4200kN；D5樁樁長長23.9m，入持持力層層1.65m(2.1d)，極限限荷載載4800kN（圖7）。圖8山東某某洗煤廠廠樁基基試驗驗剖面面及荷荷載-沉降曲曲線前面幾幾組對對比試試驗樁樁都是是以粗粗砂或或礫砂砂為持持力層層，但但這一一組對對比試試驗樁樁發生生了變變化。。T1樁樁長長25m，直徑徑1.1m，以粗粗砂層層為持持力層層；T2樁樁長長27m，直徑徑1.1m，穿過過粗砂砂層進進入下下伏較較軟弱弱的粘粘土層層（圖8）。兩試樁樁用慢慢速法法進行行試驗驗，兩兩樁的的荷載載-沉降曲曲線如如圖8所示。。從圖圖上可可看出出其與與前面面幾組組試樁樁有區區別。。加載載5000kN以前，，較長長的T2樁的沉沉降較較短的的T1樁大，，以后后T2樁的沉沉降才才小于于T1樁，且且兩試試樁曲曲線靠靠得很很近。。可得得出T1樁極限限荷載載為7350kN，而T2樁極限限荷載載只比比T1樁稍大大，為為7700kN。綜上所所述，，從5個場地地的不不同樁樁長的的對比比試驗驗中可可發現現：（1）當兩對對比樁樁都以以粗砂砂、礫礫砂等等較好好的巖巖土層層為持持力層層時，，長樁樁的荷荷載-沉降曲曲線都都位于于短樁樁的右右側，，表現現出良良好的的承載載性能能，且且曲線線第二二拐點點前更更為平平緩（（圖5～圖8）；（2）對比樁樁中（（如山山東兗兗州某某洗煤煤廠試試樁）），當當長樁樁穿過過密實實持力力層（（粗砂砂）進進入下下伏較較軟弱弱層（（粘土土）時時，長長樁的的承載載力和和沉降降并不不顯得得比較較短樁樁優越越。此此時較較長樁樁的加加長部部分顯顯得沒沒有必必要。a荷載-樁長關關系圖圖b荷載-長徑比比關系系圖圖9樁頂荷荷載與與樁長長、長長徑比比關系系曲線線（3）樁頂荷荷載與與樁長長和長長徑比比的關關系曲曲線如如圖9，其中中樁頂頂荷載載為極極限值值（僅僅安新新公路路為樁樁頂下下降15mm時的荷荷載））。從從圖上上可看看出有有3組對比比樁都都是樁樁頂荷荷載隨隨著樁樁長或或長徑徑比的的增大大而明明顯增增大，，說明明長樁樁的承承載性性能好好。而另外外兩組組（即即洗煤煤廠和和安新新公路路），，不論論是樁樁頂荷荷載與與樁長長關系系曲線線還是是樁頂頂荷載載與長長徑比比關系系曲線線，其其直線線較其其它三三組平平緩。。這是是因為為洗煤煤廠試試樁中中較長長樁進進入了了軟弱弱下臥臥層；；而安安新公公路試試樁沒沒達到到極限限狀態態。參見①“樁長長對大大直徑徑摩擦擦樁影影響的的試驗驗研究究”，，勘察察科學學技術，，2003，21（5）；②“大型型灌注注樁特特性研研究””，橋橋梁建建設，，2003，26（4）a樁頂沉沉降-樁長關關系圖圖a樁頂沉沉降-長徑比比關系系圖圖10沉降與與樁長長、長長徑比比關系系沉降降曲線線（4）樁頂沉沉降與與樁長長、長長徑比比的關關系曲曲線如如圖10，其中中樁頂頂沉降降是極極限荷荷載狀狀態時時的沉沉降（（僅安安新公公路指指的是是樁頂頂荷載載為2458kN時的沉沉降）），從從圖上上可看看出4組對比比樁都都是樁樁頂沉沉降隨隨著樁樁長或或長徑徑比的的增大大而減減小，，說明明長樁樁不僅僅承載載性能能好，，而且且樁頂頂沉降降也小小。圖11樁頂荷荷載-入持力力層相相對深深度H/d關系曲曲線圖圖（5）以粗砂砂或礫礫砂為為持力力層的的三組組試樁樁的樁樁頂荷荷載與與樁入入持力力層相相對深深度H/d關系曲曲線如如圖11。由圖圖可知知，隨隨著樁樁入持持力層層相對對深度度H/d的增大大（H/d最大可達9以上）），樁樁頂荷荷載也也大幅幅度增增大。。4.2數值模模擬在考慮慮土的的非線線性、、樁周周土分分層、、樁土土間非非線性性相互互影響響、樁樁端有有沉渣渣、樁樁底及及樁側側注漿漿加固固、樁樁長及及樁直直徑變變化等等因素素時，，有限限元法法是現現階段段最適適用的的方法法，它它能解解決由由于試試樁困困難及及實測測費用用大而而無法法大量量進行行的問問題。。對灌灌注樁樁，有有限元元法能能模擬擬其施施工過過程，，即土土體自自重應應力場場→成成孔（（泥漿漿護壁壁）→→灌注注鋼筋筋混凝凝土→→樁受受力計計算。。◆樁身單單元模模型和和樁周周土的的本構構模型型考慮到到由群群樁向向大直直徑單單樁發發展是是目前前的趨趨勢，，所以以這里里的理理論分分析主主要以以大直直徑單單樁為為主。。其單單樁的的軸向向受荷荷有限限元分分析，，可簡簡化為為軸對對稱問問題。。此時時的樁樁周土土體可可劃分分為一一般的的平面面實體體單元元。至至于樁樁周土土的本本構模模型，，本文文采用用Drucker-Prager模型，，這種種模型型在巖巖土工工程中中應用用較多多，能能反映映土體體的剪剪脹效效應。。樁體體采用用彈性性模型型。◆樁與土土的接接觸面面模型型本文用用的是是包含含點面面接觸觸單元元的有有限元元模型型，這這種接接觸面面模型型和Goodman模型型相相比比具具有有它它的的優優越越性性。。Goodman單元元（（即即無無厚厚度度節節理理單單元元））模模型型雖雖然然能能模模擬擬接接觸觸面面的的相相對對滑滑移移和和張張開開，，但但量量值值較較小小，，當當產產生生較較大大滑滑移移、、張張開開、、重重疊疊后后往往往往引引起起解解的的不不收收斂斂。。而而點點面面接接觸觸模模型型能能克克服服這這些些缺缺陷陷。。圖12軸對對稱稱有有限限元元計計算算網網格格圖13江陰陰大大橋橋數數值值模擬擬與與試試驗驗結結果果比比較較表3樁土土主主要要參參數數表表圖14極限限荷荷載載與與樁樁長長關關系系曲曲線線參見見“大大直直徑徑超超長長樁樁有有效效長長度度的的數數值值模模擬擬””，，建建筑筑科科學學，，2003，19(3)。5嵌巖巖樁樁基基巖巖風風化化程程度度分分帶帶嵌巖巖樁樁具具有有單單樁樁承承載載力力高高、、沉沉降降小小且且收收斂斂快快、、抗抗震震性性能能好好、、群群樁樁效效應應小小等等特特點點，，成成為為大大型型構構（（建建））筑筑物物重重要要的的基基礎礎形形式式。。當當樁樁長長、、樁樁直直徑徑和和基基巖巖上上覆覆土土層層確確定定的的情情況況下下，，決決定定它它的的承承載載性性狀狀的的往往往往是是基基巖巖的的性性質質、、樁樁所所進進入入基巖巖的的層層位位（（深深度度））。而而這這些些與與基基巖巖的的風風化化程程度度密密切切相相關關，，所所以以，，正正確確劃劃分分基基巖巖風風化化帶帶是是使使嵌嵌巖巖樁樁嵌嵌入入合合理理層層位位和和深深度度的的有有效效途途徑徑。。巖體體中中的的結構構面面對巖巖體體的的穩穩定定性性和和巖巖體體質質量量等等起起控控制制作作用用。。巖巖體體風風化化后后在在巖巖體體結結構構方方面面就就有有所所反反映映。。從從強強風風化化帶帶、、中中等等風風化化帶帶、、微微風風化化帶帶到到新新鮮鮮巖巖石石，，巖巖體體中中結結構構面面的的數數量量逐逐漸漸減減少少，，完完全全體體現現了了巖巖體體在在接接受受風風化化營營力力作作用用后后巖巖體體裂裂紋紋擴擴展展、、增增長長和和新新的的裂裂隙隙產產生生的的特特征征。。研究究巖巖體體風風化化帶帶的的劃劃分分，，應應當當圍圍繞繞“巖巖體體結結構構””這一一控控制制巖巖體體工工程程地地質質性性質質和和巖巖體體穩穩定定的的基基本本條條件件來來進進行行，，充充分分利利用用巖巖體體結結構構的的特特征征指指標標。。巖體體是是由由結結構構面面和和結結構構體體（（巖巖塊塊））組組成成，，所所以以，，量化化指標標的的選選取取應應有有三三方方面面的的考考慮慮：：（1）巖巖體體總總體體結結構構上上的的變變化化；；（2）結構構面面的變變化化----主要要指指結結構構面面的的發發育育程程度度及及其其性性質質的的變變化化。。（3）結結構構體體（（即即巖巖塊塊））的的變變化化----主要要指指巖巖塊塊的的強強度度變變化化。。參見見“嵌嵌巖巖灌灌注注樁樁基基巖巖風風化化程程度度分分帶帶探探討討””，，探探礦礦工工程程，，2003，40(5)。針對對嵌嵌巖巖樁樁的的特特點點，，經經綜綜合合分分析析用用下下式式來來定量量劃分分基基巖巖巖巖體體的的風風化化程程度度：：J1———單位位巖巖芯芯長長度度上上的的結結構構面面數數；；RQD————巖體體質質量量或或巖巖芯芯完完整整率率；；J2———結構構面面蝕蝕變變程程度度系系數數；；R1———新鮮鮮巖巖石石的的點點荷荷載載強強度度；；R2——風化巖石石的點荷荷載強度度；因為為有的風風化巖石石不好取取樣，所所以不能能采用抗抗壓強度度指標。。以F值基巖風風化程度度劃分界界限：全風化F〉200；強強風化化F=9.32-200；中風化F=1.25-9.32；微微風化F=0.37-1.25；未風化F〈0.376擴底墩（（樁）6.1樁長6.0m左右圖15擴底墩受受力示意意圖大直徑擴擴底墩得得到了越越來越廣廣泛的應應用，圖15為其受力力示意圖圖。由于于拉裂縫縫的出現現，使得得墩身摩摩阻力和和端阻力力處于分分離狀態態，可近近似用純純摩擦樁樁和深層層載荷試試驗結果果來區分分墩的摩摩阻力和和端阻力力。因此此這里以以原型擴擴底墩、、摩擦樁樁、墩端端深層載載荷試驗驗研究擴擴底墩的荷載載分配和和傳遞性性狀。表4試驗方案案參見“砂卵石石層上大大直徑擴擴底短墩墩豎向承承載性狀狀”，巖土力學學，2004，25(3)。圖16S2、S3墩試驗剖剖面及荷荷載-沉降曲線線圖16為S2、S3墩基試驗驗剖面及及荷載-沉降曲線線圖，由由a圖可知，，兩墩除除入土長長度、持持力層不不同外，，其余都都相同。。S2墩埋深6.20m，以砂層層為持力力層；S3墩埋深6.75m，以卵石石層為持持力層。。從b圖可看出出，S3墩基承載載力比S2墩大，主主要是S3墩的持力力層土性性比SD2墩好。如如墩頂沉沉降15mm時，S3墩的承載載力為3441.6kN，而S2墩的承載載力只有有2061.5kN。圖17摩擦樁和和深層載載荷試驗驗剖面圖18荷載-沉降曲線線摩擦樁和和深層載載荷試驗驗剖面見見圖17，兩者的的直徑都都為0.8m，與上述述兩墩的的墩身直直徑相同同，深度度相當。。從圖18上可發現現兩者的的承載力力比擴底底墩小，，該試驗驗中的樁樁端填塞塞稻草的的相當于于純摩擦擦樁，深深層載荷荷試驗相相當于直直身墩。。可以看看出，直直徑相同同和深度度相當時時，擴底底墩的承承載力比比純摩擦擦樁和不不擴底的的直身墩墩（樁））的承載載力大。。6.2樁長14.5m左右表5試驗方案案參見“兩種靜靜載試驗驗確定大大直徑擴擴底樁豎豎向承載載力”，，地下空空間，2003，23(3)。圖19荷載-沉降曲線線圖通過以上上的試驗驗結果分分析，可可得出以以下結論論：（1）純摩擦擦樁和深深層載荷荷的試驗驗能用來來區分擴擴底墩的的墩身摩摩阻力和和端阻力力、間接接求擴底底墩的承承載力。。（2）兩種試試驗方法法得到的的SD1、SD2墩的極限限承載力力的誤差差分別是是5％和10％。（3）SD1墩的極限限承載力力為9600kN，此時端端阻力為為8266.9kN，占極限限承載力力的86％；SD2墩的極限限承載力力為6850kN，此時端端阻力為為5523.2kN，占極限限承載力力的81％。（4）當墩頂頂沉降18.7mm左右時，，SD1、SD2墩摩阻力力已充分分發揮；；而端阻阻力充分分發揮時時，SD1、SD2墩頂沉降分分別達31.9mm、29.3mm。（5）在直徑相相同的情況況下，擴底底墩的承載載力比純摩摩擦樁和等等直徑豎井井的承載力力大很多。。7兩種大直徑徑樁的試驗驗對比表6各場地對比比試驗情況況圖20場地1對比試驗剖剖面及荷載載-沉降曲線圖21場地2對比試驗剖剖面及荷載載-沉降曲線圖22場地3對比試驗剖剖面及荷載載-沉降曲線（1）3組樁端填稻稻草的純摩擦樁的荷載-沉降曲線都都是陡降型，而與其對對比的3組摩擦端承樁樁的荷載-沉降曲線要要平緩得多，特別別是當樁端端土性較強強時。因此此對大直徑徑樁要盡可可能清除樁端沉沉渣，以提高其其承載力和和降低沉降降。并應以以土性強的的巖土層為為持力層。。（2）對場地2～場地3中長徑比相相當的摩擦擦端承樁，，當持力層層由弱到強強（即粉質質粘土