淺談嵌巖樁基礎的勘察設計與應用

吳佳佳

在高速公路工程建設中，樁基礎已經成為橋梁等構造物的主要基礎形式。而又因鉆孔灌注樁其樁徑樁長選擇靈活、適應性廣、抗震性能好等優點被更為廣泛的使用。

鉆孔灌注樁根據受力情況的不同又可分為摩擦樁和嵌巖樁。當地下巖層埋置較深，無法使用擴大基礎時，鉆孔灌注樁穿過巖層以上較松軟的覆蓋土層，樁底支承在巖層或硬土層等實際非壓縮性土層時，基本依靠樁底土層抵抗力支承垂直荷載，這種樁因其沉降微小，垂直荷載基本由樁底基巖承擔，這種樁即我們通常所說的嵌巖灌注樁。

由于基巖強度高，能夠提供很強的承載力，樁基沉降在成樁過程中基本完成，能夠大量用在天然淺基礎不能滿足橋梁對地基強度、變形和穩定性方面的要求時，被廣泛應用在山區高速公路橋梁設計中。

在以前的工程設計中，對于嵌巖樁的受力認識往往存在一定的誤區，認為嵌巖樁即端承樁，完全不考慮樁周土體的摩阻力，這將無謂增加樁基長度，造成不必要的浪費。實際研究表明，樁身受力是自上而下的，當樁頂受到橋墩傳遞來的豎向荷載作用時，樁身本身會產生一定的彈性壓縮變形，相鄰樁周土體發生或即將發生相對位移，產生樁側摩阻力，隨著樁頂荷載加大，豎向荷載繼續往下傳遞，直至樁尖，當樁側摩阻力增大至最大值時，樁端阻力逐步產生并增大直至最大值。

在現行的新版《公路橋涵地基與基礎設計規范》中所給出的嵌巖樁單樁軸向受壓容許承載力考慮了樁側土層、嵌巖段摩阻力的計算，計算公式為:

其中，［R］為單樁軸向受壓容許承載力，kN;c1，c2分別為根據清孔情況、巖石破碎程度等因素而確定的系數;Ap為樁底截面積，對于擴底樁取擴底面積，m2;frk為樁端巖石飽和單軸抗壓標準強度，kPa;hi為樁嵌入各巖層部分的厚度，不包括全風化和強風化巖石，m;u為各巖層和土層部分的橫截面周長，m;ζs為覆蓋土層的側阻力發揮系數，根據樁端巖石飽和單軸抗壓強度確定，當2 MPa≤frk＜15 MPa時，ζs=0.8，當15 MPa≤frk＜30 MPa時，ζs=0.5，當frk＞30 MPa時，ζs=0.2;li為各土層的厚度;qik為樁側第i層土的側摩阻力標準值，采用單樁摩阻力試驗值，kPa;n為土層的層數，強風化和全風化巖石按土層考慮。

嵌巖樁的承載力應根據不同受力情況，分別按樁身結構強度和地基對樁的支承能力進行計算。

嵌巖樁樁基礎工程的勘察，除應滿足《公路橋涵地基與基礎設計規范》的相關規定外，尚應符合下列規定:

1)鉆孔布置數量和間距應根據橋梁布孔等綜合因素確定。當相鄰兩孔間的巖層面坡度較大時，應適當加密鉆孔，對橋位處地質復雜的情況，宜逐孔鉆。

2)控制性鉆孔應占鉆孔總數的1/3～1/2。鉆孔深度應鉆至樁尖以下3倍～5倍樁徑處，當持力巖層較薄有部分鉆孔鉆穿過持力巖層時，還應探明下臥層的地質情況。

3)在巖溶發育地區，應仔細查明溶洞、溶溝和石筍等不良地質分布情況。

灌注型嵌巖樁樁身構造應符合橋梁工程灌注樁設計與施工的有關規定。灌注型嵌巖樁嵌巖段的直徑和配筋，應根據樁的受力狀況確定，并應符合下列規定:

1)主筋宜采用螺紋鋼筋，直徑不小于18 mm，截面積應計算確定，且配筋率不宜小于0.4%，根數不宜少于12根，應沿周長均勻通長布置。當嵌巖孔徑小于樁徑時，嵌巖段主筋伸入上部樁內的長度不應小于35倍主筋直徑。

2)箍筋宜采用Ⅰ級鋼筋，直徑不應小于8 mm，間距應為150 mm～300 mm，并宜每隔2 m左右焊接一道加強箍筋，其直徑不宜小于16 mm。在巖面上下1 000 mm范圍內箍筋間距不應大于60 mm，宜采用螺旋或焊接環式箍筋。

3)樁的混凝土強度等級不應低于C25。

4)對于樁底沉淀土厚度應作明確指示，以減少樁基后期沉降。

5)由于嵌巖樁樁尖應力較大，對于較長樁基宜增加聲測管，以保證樁基混凝土強度。

嵌巖樁在完成了前期的勘察設計以后，后期的施工質量對保證橋梁運營期的安全至關重要。

在山西黃土高原地區，嵌巖樁多以人工挖孔與沖擊鉆孔為主。

在沖擊鉆孔過程中，時常伴有坍孔、卡鉆現象的發生。坍孔產生的主要原因有護筒埋設過淺、周邊回填土不密實、泥漿比重過低等;漏漿主要是因為孔壁不密實、空隙大、透水性強。往往坍孔伴隨在漏漿之后產生，為避免漏漿坍孔的發生，必須首先保證泥漿的比重，其次在漏漿發生前，或漏漿起始階段，采取拋紅粘土和片石的方式，使孔壁擠壓密實。對于卡鉆現象，較輕微的，可以用起重設備小心提錘，較嚴重的，應實施水下微量爆破，將周邊巖體破碎后，再實施提錘。

［1］ 張 軍，周強新.巖溶地區長嵌巖樁的優化設計［J］.山西建筑，2010，36(20):95-96.

［2］ 胡德華，吳燕玲.嵌巖樁樁端極限阻力分析與設計研究［J］.路基工程，2010(3):89-90.