關于嵌巖樁的幾點探討

張紅霞+惠寒斌+程紅濤

【摘要】本文主要闡述了嵌巖樁的承載性狀和人們對嵌巖樁的認識，對影響嵌巖樁的承載能力的（樁端阻力和樁側阻力）影響因素進行了探討。

【關鍵詞】嵌巖樁；承載性狀；單樁豎向極限承載力

一、概述

嵌巖樁由于單樁承載力高、群樁效應小、抗震性能好、適應性較強、樁的沉降量小、建筑物的沉降收斂較快等特點，在橋梁、高層建筑等方面得到了廣泛的應用，成為大型建筑物及構筑物的主要基礎形式。但長期以來，人們都把嵌巖樁視為端承樁，忽略了其上覆土的荷載傳遞，認為嵌巖樁的承載力主要取決于嵌入巖石部分樁身的樁側阻力和樁尖阻力，而大部分的現場資料表明：無論是嵌入強風化基巖還是嵌入新鮮基巖中的樁，樁的軸力均隨深度遞減，而樁側阻力是不容忽視的。本文對嵌巖樁的承載性狀進行了一些分析和討論，并結合工程實例對嵌巖樁的承載性狀進行闡述。

二、嵌巖樁的承載性狀

（一）持力層巖性與樁型的關系

當樁端嵌入巖層一定深度（要求樁的周邊嵌入微風化或中等風化巖體的最小深度不小于0.5m）時，稱為嵌巖樁。嵌巖樁的樁頂軸向位移主要由樁身的彈性壓縮和樁底基巖的壓縮變形組成，兩者的相對大小決定著樁端阻力和樁側阻力的發揮的程度。

對于嵌入軟質基巖的嵌巖樁，其側阻和端阻充分發揮所需的極限相對位移與樁周土體和樁底基巖的強度有關，強度越高所需的極限位移越小，強度越低則所需的極限位移越大。當樁周為均勻硬土層，且長徑比L/D較大，在樁頂荷載作用下，樁身彈性壓縮較大，樁與巖土間的相對位移較大，由于樁周土體強度較高時，側阻發揮極限側阻所需位移相對較小，故樁側阻力首先達到極限值，此時樁端阻力尚未達到極限值。這種嵌巖樁，其端阻只占樁總承載能力的一部分，可稱為端承摩擦樁（側阻占大部分）或摩擦端承樁（端阻占大部分）。

對于穿過均勻軟土層嵌入硬質基巖中的嵌巖樁，由于樁底基巖強度很高，樁底位移很小，樁身位移也不大，此時，樁周土體發揮極限側阻所需相對位移尚未達到，樁側阻力無法充分發揮。而硬質基巖所需極限位移能夠達到，使樁端阻力得到充分發揮，這種嵌巖樁稱為端承樁。

特別注意的是成樁工藝對嵌巖的承載性能有重要影響。一般情況下，鉆（沖）孔成樁過程中，孔底總會殘留一部分沉渣形成可壓縮性“軟墊”，“軟墊”的壓縮增大了端阻充分發揮所需的極限位移，使嵌巖樁表現出更多的摩擦樁性狀；而人工挖孔的嵌巖樁由于人工清底，一般無 “軟墊”現象，會使嵌巖樁表現出更多的端承樁性狀。

（二）2Qb/Q與L/d的關系

根據相關研究資料，發現樁端阻力Qb與樁頂荷載Q之比Qb/Q和樁的長徑比L/d之間有以下關系：

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一般在20%以下，不少樁小于5%。

綜上所述，當在L/d<15情況下，Qb/Q遞減明顯；當15

（三）3Qb/Q與hr/d的關系

對于一般的嵌巖樁，樁端阻力在樁身傳遞的荷載中所占的比例并不高。理論計算表明，Qb/Q值隨著嵌巖深度的增加而逐漸減小，大約當hr/d=5時，Qb/Q大約為零。多次試驗結果表明，嵌巖樁樁端阻力隨著嵌巖深度基本上呈線性變化，其最佳嵌巖深度為3d，最大嵌巖深度為5d 。因此，嵌巖樁設計時，通過增加樁長、嵌巖深度等辦法都無助于改善基巖的端承作用。

綜上所述，嵌巖樁在不同地質條件和幾何尺寸下，表現端承和摩擦兩種不同的承載性狀。通過了解嵌巖樁的實際承載性狀，可以防止片面追求嵌巖深度所造成不必要的浪費。已有資料表明：隨著上覆土層的性質和厚度的不同，嵌入基巖性質和深度的不同，以及樁端沉渣厚度不同，樁側阻力、樁端阻力的發揮性質也不同。值得注意的是，嵌巖樁樁端嵌巖段的單位側阻力比土層高得多，主要表現為：（a）巖體側阻達到極限所需的相對位移比土層小得多；（b）在側阻力的作用下完整基巖一般呈脆性破壞。表1為部分巖體達到極限側阻力的位移經驗值。

從表1中可以看出，在相對位移非常小的情況下，樁端嵌巖段的側阻力就可充分發揮，所以在嵌巖樁承載力確定時，應充分考慮其承載作用。

三、嵌巖樁單樁豎向承載力的計算

（一）《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）

樁端置于完整、較完整基巖的嵌巖樁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，其單樁豎向極限承載力標準值可按下式計算：

（二）《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）

（1）對于嵌入破碎巖和軟質巖石中的樁，單樁豎向承載力特征值可按下式估算：

Ra=qpaAp+upΣqsiali（2）

式中：Ra——單樁豎向承載力特征值；

qpa、qsia——樁端端阻力、樁側阻力特征值，由當地靜載荷試驗結果統計分析算得；

（2）當樁端嵌入完整及較完整的硬質巖石中時，當樁長較短且入巖較淺時，可按下式進行估算單樁豎向承載力特征值：

Ra=qpaAp（3）

（三）《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）

本規范給出了嵌巖樁單樁承載力的計算模式為：承載力一般由樁周土總側阻力、嵌巖段總側阻力和總端阻力三部分組成。大量現場試驗結果表明，一般情況下，即使樁端置于新鮮或微風化基巖中，上覆土層的側阻力也是可以發揮的。支承在基巖上或嵌入基巖內的鉆挖孔樁的單樁軸向受壓承載力容許值可按下式計算：

綜上所述，無論是由（1）式計算單樁豎向極限承載力標準值，（2）式計算單樁豎向承載力特征值，還是由（4）式計算單樁軸向受壓承載力容許值，不僅考慮了端阻力和上覆地層的側阻力，同時也考慮了嵌巖段側阻力。因此，嵌巖樁不一定就是端承樁，多為摩擦性端承樁或端承性摩擦樁形式。對于公式（3）而言，樁端是完整及較完整的硬質巖石，規范認為嵌巖樁的承載力往往由樁身混凝土強度控制，其樁端阻力未充分發揮，一般情況是樁身混凝土先于樁端持力巖層發生破壞。故計算時，未考慮樁側阻力的發揮，同時，其簡化計算的意義在于硬質巖強度超過樁身混凝土強度，設計以樁身強度控制，樁長較小時在計入側阻、嵌巖阻力等已無工程意義。

四、工程案例

某橋橋長為500m，橋寬26.0m，屬特大型橋梁，方向近東西向。地層結構較簡單，上部為稍密-中密狀態的卵石，下部為二疊系上統上石盒子組砂巖、泥巖（地質資料見圖1）

按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）的計算公式進行計算，采用嵌巖樁基礎方案，無沖刷。鉆孔樁施工工藝，樁徑分別取d=600mm、d=800mm，嵌入中風化砂巖深度分別取3d和5d，計算如表2。

由以上計算結果可以看出：①嵌巖樁嵌入基巖的樁長和端阻力的發揮并不是線性關系；②在巖石單軸極限抗壓強度一定的情況下，其單樁容許承載力隨著樁徑增大而增大；③樁總端阻力僅占單樁承載力容許值的20.5%～27.3%，還是為摩擦樁的性質，可以稱為端承摩擦樁。

五、結論

嵌巖樁根據其不同工程地質條件、樁幾何尺寸和成樁工藝，可表現為端承及摩擦兩種不同的承載性狀，不應將嵌巖樁一概視為端承樁。

在工程設計中應根據實際情況，具體判定嵌巖樁的承載類型，正確估算其單樁承載力。另外在具體工程實踐中應考慮樁身強度等因素，綜合確定嵌巖樁單樁承載力的取值，在堅硬巖體上設計時，應考慮并努力提高嵌巖樁的樁身混凝土強度，使兩者更好的匹配，這樣才能充分發揮樁的承載力。

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