規(guī)范法計算嵌巖樁承載力的比較

王淑琴， 虞 青， 王 敏

(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院，甘肅 天水 741025；2.舟山市交通規(guī)劃設計院，浙江 舟山 316021；3.舟山市求是建設工程施工圖審查有限公司，浙江 舟山 316021)

0 引言

在工程地質中，把工程作用范圍內具有一定的巖石成分、結構特征及賦存于某種地質環(huán)境中的地質體稱為巖體；樁端嵌入巖體中的樁稱為嵌巖樁。隨著經濟發(fā)展對建筑的體量要求越來越高，嵌巖樁由于單樁的承載能力高、沉降小等優(yōu)點，在工程實際中得到廣泛的應用。單樁豎向承載力是最基本的設計參數，靜載試驗是規(guī)范推薦確定單樁豎向承載力的首選方法。然而嵌巖樁單樁承載力大，靜載試驗費用高，一般難以直接壓至極限荷載，某些工程受設備或現場條件限制甚至無法進行靜載試驗，因此，對其承載機理的研究尚不夠深入。除重大工程外一般僅采用規(guī)范提供的經驗參數法估算其承載力。本文將對比建筑工程的嵌巖樁承載力規(guī)范計算方法，并對相關問題進行討論。

1 嵌巖樁的承載特性

巖石和土體的主要區(qū)別在于巖石具有強度高、不易變形及整體性、抗水性好的特點，但作為地基或建筑物環(huán)境時也有缺陷，即巖石存在軟弱面，使巖石切割破碎，完整性遭到破壞，導致其物理力學性質變差和不均勻，故巖石(體)結構遠復雜于土體。換言之，巖石具有很強的各向異性、非均質性、非連續(xù)性和復雜性。

天然巖體與實驗室內制作的巖石試件 (巖石)有顯著不同：(1)巖體賦存于一定地質環(huán)境之中，地應力，地溫，地下水等因素對其物理力學性質有很大影響，而巖石試件只是為實驗室實驗而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質環(huán)境。(2)巖體在自然狀態(tài)下經歷了漫長的地質作用過程，其中存在著各種地質構造和弱面，如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、裂隙等。(3)一定數量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊界，只能根據解決問題的需要來圈定范圍。根據上述特征，將巖體定義為地質體的一部分，并且是由處于一定地質環(huán)境中的各種巖性和結構特征巖石所組成的集合體，也可以看成是由結構面所包圍的結構體和結構面共同組成的。

嵌巖樁的承載特性與樁的長徑比、上覆土層性質與厚度、嵌巖段的巖性、堅硬程度、風化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側有無泥皮)等有關；當覆蓋層有較厚硬土層時，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由上覆硬土層提供的樁側摩阻力承擔，傳遞到嵌巖部分的荷載就很小，這是就呈摩擦樁性狀；當覆蓋層較薄且主要為軟土時，土層提供的樁側摩阻力有限，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁端阻力承擔，這時就呈端承樁性狀。嵌巖樁的樁頂沉降主要由2部分組成：一是樁身混凝土的彈性壓縮；二是樁底沉渣的塑性壓縮(有沉渣時)，三是樁底基巖的應變。

根據國內外80多根嵌巖樁靜載荷試驗資料的統(tǒng)計分析，發(fā)現了樁端阻力Qb與樁頂荷載Q之比Qb/Q和樁的長徑比L/d之間的關系有如下的規(guī)律：1)當L/d＜20時，Qb/Q隨L/d增大而逐漸減少；當L/d接近20時，Qb/Q一般為25%左右。2)當L/d＞20時，Qb/Q一般不超過30%，其中絕大部分在20%以下，不少樁小于5%。對于一般的嵌巖樁，樁端阻力Qb在樁身總荷載Q中所占的比例并不高，Qb/Q隨樁端嵌入巖石中的深度hr的增加而減少，大約在hr/d=5左右，Qb/Q接近于0。[1]

2 建筑工程嵌巖樁承載力計算規(guī)范法

1)建筑工程的嵌巖樁規(guī)范法主要是《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72—2004)、《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94—2008)和《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007—2011)所述計算方法，3種規(guī)范計算方法的各有其適用條件，對基巖特征和施工工藝有不同的要求，具體要點匯總見表1。表中要點均為各現行規(guī)范的條文或條文說明，歸納總結在表中更加直觀。

表1 3種規(guī)范計算方法要點對比表

2)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72—2004)嵌巖樁承載力計算公式適用于嵌巖灌注樁樁身下部嵌入中風化、微風化巖石一定深度的挖孔、沖孔、鉆孔形成的鋼筋混凝土灌注樁，該規(guī)范法從受力機理上看，嵌巖樁的抗力應包括樁身在土層中的側阻力、在巖石中的側阻力和樁底的端阻力3部分，實際是傳統(tǒng)樁基設計概念上的延續(xù)，和樁基規(guī)范的經驗參數法沒有本質上的差別，因為考慮到我國地域寬廣、巖石性狀變化大，規(guī)范中表8.3.12提供的嵌巖灌注樁巖石極限側阻力、極限端阻力范圍值較大，且缺少中風化硬質巖和微風化軟質巖的參數，需要與地區(qū)經驗結合后，巖土工程勘察人員估算的結果才有較高的可靠性。該規(guī)范法優(yōu)點在于便于理解、使用簡便，缺點是對于端承樁、計算值過于保守(如嵌入中風化硬質巖中清底干凈的人工挖孔樁)。

3)《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94—2008)規(guī)范法嵌巖樁承載力計算公式適用于樁端置于完整、較完整基巖的嵌巖樁，其單樁豎向極限承載力，由樁周土總極限側阻力和嵌巖段總極限阻力組成，同樣考慮計算土層的側摩阻力。但94版嵌巖段側阻力系數、端阻力系數的引進，造成理論上嵌巖段側阻力可以隨嵌巖深度無限增長，而端阻力在hr/d≥5時為0的計算結果，這不符合實際受力情況，08版規(guī)范進行了理論簡化，用嵌巖段總極限阻力系數ζr代替了嵌巖段側阻力系數和端阻力系數，解決了舊版規(guī)范的上述問題。

4)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007—2011)規(guī)范法嵌巖樁承載力計算公式適用于樁端嵌入完整及較完整的未風化、微風化、中風化硬質巖中的嵌巖樁，地基規(guī)范法的意義在于硬質基巖強度超過了樁身混凝土強度，嵌巖樁承載力以樁身強度控制，不必要再計入側阻、嵌巖阻力等不確定因素。這種情況下，用何種規(guī)范方法估算巖土對嵌巖樁的支承阻力其實并不重要，重點在于保證樁身強度，控制清底質量，不必做樁端擴底，也沒有必要過分追求嵌巖深度；提高單樁承載力的有效途徑是增大樁徑、提高樁身材料強度以及在施工中確保樁身質量、減少樁端沉渣厚度。對于嵌入破碎巖或軟質巖石中的樁，規(guī)范建議單樁承載力特征值則按公式Ra=qpaAp+uP∑qsiali進行估算，可以看出,該公式相關特征值換算成極限值后，和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》所建議公式是一致的。

5)3種規(guī)范計算方法的各有其適用條件，對基巖特征和施工工藝有不同的要求，具體要點匯總見表1。表中要點均為各現行規(guī)范的條文或條文說明，歸納總結在表中更加直觀。

3 公式的選用

對于建筑工程嵌巖樁的承載力，與樁的長徑比、上覆土層性質與厚度、嵌巖段的巖性、堅硬程度、風化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側有無泥皮)等有關，首先根據基巖的特征，再確定樁的特征和施工工藝，才能選擇最合適的計算方法。各規(guī)范由于規(guī)定內容分散，根據基巖的特征選用規(guī)范計算方法可以通過圖2來確定，同時，還要考慮樁的特征和施工工藝。

圖1 嵌巖樁承載力計算公式結構圖

4 結語

建筑工程規(guī)范法計算嵌巖樁承載力方法的不同，是由于所設定樁的受力機理不同，而嵌巖樁的受力機理與樁的長徑比、上覆土層性質與厚度、嵌巖段基巖的巖性、堅硬程度、風化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側有無泥皮)等有關；特定場地基巖的條件是不可改變的，場地基巖特性限定了嵌巖樁計算方法的范圍。

巖體是在內部的聯結力較弱的層理、片理和節(jié)理、斷層等切割下，具有明顯的不連續(xù)性。這是巖體的重要特點，使巖體結構的力學效應減弱和消失。使巖體強度遠遠低于巖石強度，巖體變形遠遠大于巖石本身，巖體的滲透性遠遠大于巖石的滲透性。所以規(guī)范法計算中使用巖石單軸抗壓強度時需要折減修正，《建筑樁基技術規(guī)范》規(guī)范法通過參數ζr修正，《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)范法通過ψr修正。

選擇計算方法還要考慮當地樁基礎施工技術水平及經驗，對于技術水平達不到的條件，參數選擇時需進行適當折減。

[1]何水蓮.嵌巖樁樁端阻力的計算方法比較[J].土工基礎,2001(02): (35).

[2]蘭堅強.嵌巖樁的承載特性與計算模式認識[J].工程勘察,2010 (12):(22).

[3]張先亮.硬質巖石嵌巖樁(墩)承載力特征值取值論證分析[J].工程勘察,2008(09):(14).

[4]林淼童.關于嵌巖樁的幾點探討[J].工程建設與設計,2006(1): (35).

[5]魏作安,尹光志,萬玲,代高飛.嵌巖樁豎向承載力規(guī)范法計算的商榷[D].重慶建筑大學學報:2004(4):(25).

[6]GB50007—2011,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[7]JGJ94—2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

[8]JGJ72—2004,高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S].