[分享]大直径桩为何要考虑尺寸效应系数？
大直径桩为何要考虑尺寸效应系数？
部分内容摘自刘金砺等主编的
《建筑桩基技术规范应用手册》
近日，有同行向土木君提出一个问题：“桩基规范在计算大直径桩承载力时需考虑桩侧阻力尺寸效应系数(＜1的系数)，但计算嵌岩桩时没有区分大直径桩，没有考虑桩侧阻力尺寸效应系数，是否有点儿前后不对应呢？”
为了解释这个问题，我们先了解下规范是如何规定的，《建筑桩基技术规范 》JGJ 94-2008 对于大直径桩单桩极限承载力标准值是这样规定的：
5.3.6 根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：
式中 qsik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按本规范表5.3.5-1取值，对于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力；
qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采用深层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表5.3.6-1取值；
、——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表5.3.6-2取值。
而对于嵌岩桩却没有尺寸效应系数：
5.3.9 桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：
式中 Qsk、Qrk——分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限阻力；
qsik——桩周第i层土的极限侧阻力，无当地经验时，可根据成桩工艺按本规范表5.3.5-1取值；
frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；
——嵌岩段侧阻和端阻综合系数，与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关，可按表5.3.9采用；表中数值适用于泥浆护壁成桩，对于干作业成桩（清底干净）和泥浆护壁成桩后注浆，应取表列数值的1.2倍。
注：①极软岩、软岩指frk≤15MPa，较硬岩、坚硬岩指frk>30MPa，介于二者之间可内插取值。
②hr为桩身嵌岩深度，当岩面倾斜时，以坡下方嵌岩深度为准；当hr/d为非表列值时，可内差取值。
大直径桩，为何要考虑侧阻、端阻尺寸效应系数呢？
由于桩的承载性状随桩径而有所变化，工程界通常将桩划分为小直径桩或微型桩 (d~250mm) 、中等直径桩 (250mm <d < 800mm) 、大直径桩 (d≥800mm) 。大量试验证实，灌注桩的桩侧阻力与桩端阻力不仅与土层性质和成桩工艺有关，而且与桩径有明显关系，称其为尺寸效应。《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 中桩的极限侧阻力标准值是由中、小直径桩的试验参数统计而得，将之套用于大直径桩是不合适的，会得出偏大的结果。同样， 《建筑桩基技术规范 》JGJ 94-2008 表 5.3. 6-1 干作业挖孔桩(清底干净， D=800) 极限端阻力标准值给出端阻力尺寸效应的修正基准 。
近年来的试验研究和工程实践发现，发挥侧阻所需的相对位移并非定值，除与成桩工艺、土层性质及各土层竖向分布位置(处于桩侧的上、中、下方)有关外，还与桩径大小有关；桩侧阻力亦随桩径增大而减小。分析原因有两方面：一方面由于大直径桩发挥侧阻所需沉降远大于常规直径桩所需沉降；另一方面由于桩成孔后产生应力择放，孔壁出现松弛变形，导致侧阻力有所降低。《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 是根据常规桩径极限承载力下沉降标准确定的侧阻力参数，如套用于大直径桩，其数值偏大。
那对于对于大直径扩底嵌岩灌注桩，根据岩石的物理力学指标确定单桩承载力时，是否需考虑侧阻力与端阻力的尺寸效应系数呢?
大直径灌注桩侧阻力及端阻力尺寸效应系数主要对于粘性土、粉士、砂土和碎石类等土层，相对于岩石而言，内部结构应力较弱，可能由于桩成孔后应力释放较快，孔壁出现松弛变形，国内外的一些试验研究发现，大直径灌注桩的侧阻力与端阻力较中小直径灌注桩有所降低。而岩石的内部结构稳定，构成岩石的矿物颗粒之间结合力较土颗粒之间的结合力大得多，岩石的抗剪、抗压强度较士也高得多，因此岩石因桩施工成孔产生的应力释放较慢，故嵌岩桩嵌岩段可不考虑侧阻力与端阻力的尺寸效应系数。
综上，对大直径嵌岩桩（直径>800mm），嵌岩段的侧阻力和端阻力不需要考虑尺寸效应系数；计算嵌岩段以上土层侧阻力时，应考虑大直径桩侧阻力的尺寸效应系数。
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