嵌巖樁豎向承載力計(jì)算探討

強(qiáng)若輝

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

1 引言

嵌巖樁作為一種山區(qū)類場(chǎng)地常用的樁型，具有豎向承載力高、樁基沉降量小等特點(diǎn)，在山區(qū)、濱海地區(qū)的地基工程中得到了廣泛的應(yīng)用，極大地滿足了高層建筑、工業(yè)廠房、化工裝置等大型工程項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的需要。當(dāng)基巖埋深較淺時(shí)，采用嵌巖樁能夠獲得非常好的經(jīng)濟(jì)效益，有利于節(jié)省工程造價(jià)。嵌巖樁的設(shè)計(jì)中基樁的豎向承載力是地基計(jì)算的首要任務(wù)，越來越多的學(xué)者對(duì)嵌巖樁的豎向承載特性展開相關(guān)研究，從而更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)嵌巖樁的豎向極限承載力[1，2]。

對(duì)比國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、路橋標(biāo)準(zhǔn)中嵌巖樁的計(jì)算方法，存在一定的差異，因此，需要對(duì)不同的計(jì)算方法進(jìn)行探討分析，解析其異同。

2 嵌巖樁豎向承載力規(guī)范計(jì)算方法的異同

方法1：GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱“地基規(guī)范”）第8.5.6 條：對(duì)于樁端嵌入完整、較為完整的硬質(zhì)巖中，當(dāng)樁長較短且入巖較淺時(shí)，按照公式（1）估算。

式中，Ra為基樁豎向承載力特征值；qpa為樁端巖層承載力特

征值；Ap為樁底橫截面積。

對(duì)于樁端嵌入破碎巖和軟質(zhì)巖中的基樁，按式（2）估算。

式中，up為基樁周長；qsia為樁周側(cè)阻力特征值；li為第i層樁側(cè)巖土的厚度。

方法2：JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱“樁基規(guī)范”）第5.3.9 條：對(duì)于樁身置于完整、較完整基巖巖層的嵌巖樁的單樁豎向極限承載力，由樁周土的總極限側(cè)阻力和嵌巖段總極限端阻力組成，按照公式（3）～式（5）估算：

式中，Quk為土的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk、Qrk分別為土層段、嵌巖段總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qsik為樁周第i層土的極限側(cè)阻力；ζr為樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)值；frk為巖層的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

方法3：JGJ/T 72—2017《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范》（以下簡稱“高層勘察規(guī)范”）第8.3.12 條：對(duì)于嵌入中等風(fēng)化巖石和微風(fēng)化巖石中的嵌巖灌注樁，可根據(jù)樁端巖石的堅(jiān)硬程度、樁端巖石的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及完整程度，按式（6）估算：

式中，Qu為灌注樁的單樁豎向極限承載力；us，ur為樁身在土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化以及中等、微風(fēng)化巖石中的周長；qsis，qsir為分別為第i層土、巖石的極限側(cè)阻力；qpr為樁端巖石極限端阻力；hri為樁身全截面嵌入第i層中風(fēng)化、微風(fēng)化得巖石內(nèi)的長度值。

方法4：《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱“公路規(guī)范”）第6.3.7 條：對(duì)于樁端支撐在基巖上，或樁端嵌入基巖中的鉆孔樁、沉樁，基樁的單樁豎向承載力特征值按照（7）估算：

式中，ci為根據(jù)巖石強(qiáng)度、巖石破碎程度等因素從而確定出的的端阻力發(fā)揮系數(shù)；frki為第i層巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，hi為樁嵌入各個(gè)巖層的厚度；frk為巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；m為巖層的層數(shù)，不包括基礎(chǔ)地層中的強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層；ζs為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)值；n為土的層數(shù)，其中強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化巖層按照土層考慮。

3 不同規(guī)范算法比較

3.1 地基規(guī)范算法

對(duì)嵌入完整、較完整的硬質(zhì)巖層中的嵌巖樁，樁長較短且入巖較淺時(shí)，公式（1）為只計(jì)入樁端阻力的基樁單樁承載力計(jì)算公式，當(dāng)樁端區(qū)域的硬質(zhì)巖強(qiáng)度大于樁身混凝土強(qiáng)度，嵌巖承載力將會(huì)以樁身強(qiáng)度為控制因素，樁長較小時(shí)計(jì)入基樁的側(cè)阻、嵌巖阻力已經(jīng)沒有工程意義，因此，不再計(jì)入。在這種情況下，需要提高樁身強(qiáng)度等級(jí)，沒有必要過多地增大嵌巖深度。

此時(shí)，提高單樁承載力的有效途徑是增大基樁直徑、提高樁身材料強(qiáng)度、保證基樁自身的身施工質(zhì)量等。

對(duì)于嵌入破碎巖、軟質(zhì)巖石中的基樁，基樁的側(cè)阻力所占總的承載力特征值的百分比較大，不能忽略。單樁承載力特征值應(yīng)當(dāng)按照公式（2）計(jì)算。樁長較大時(shí)，同樣按照公式（2）計(jì)算，能夠考慮樁周側(cè)阻力的有利作用。

3.2 樁基規(guī)范算法

嵌巖樁極限承載力由樁周土體側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力、總端阻力以上3 部分組成。為簡化計(jì)算，規(guī)范將嵌巖段的樁周側(cè)阻力、樁端阻力合并為樁的嵌巖段極限阻力。

樁周側(cè)阻力主要與樁徑、樁長、側(cè)阻力等參數(shù)大小成正比；增大樁徑、樁長，可以有效提高樁周側(cè)阻力。

嵌巖段總極限阻力與嵌巖深徑比、基巖的堅(jiān)硬程度、基樁的成樁工藝，并考慮干作業(yè)樁（清底干凈）和泥漿護(hù)壁成樁的有利作用。

嵌巖深度大時(shí)，嵌巖樁承載力相對(duì)較高，但施工難度大，成本高，同時(shí)根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]可知，在一定嵌巖深度的范疇之內(nèi)，增加嵌巖深度可以在一定程度上提高嵌巖樁的承載力，但當(dāng)嵌巖深度超過一定數(shù)值后，嵌巖深度的增加對(duì)于單樁豎向承載力的影響相對(duì)較小。因此，存在最佳嵌巖深度。最佳嵌巖深度可以充分發(fā)揮側(cè)阻力和端阻力的作用，取得一個(gè)最優(yōu)解。目前，最佳的嵌巖深度尚未有一個(gè)共識(shí)。

3.3 高層勘察規(guī)范算法

高層勘察規(guī)范算法與樁基規(guī)范算法雖然來自不同的路徑，但兩者的計(jì)算結(jié)果是接近的，尤其是當(dāng)深徑比為0～4 時(shí)，差值在5%以內(nèi)；當(dāng)深徑比為5～8 時(shí)，樁基規(guī)范計(jì)算值小于高層勘察規(guī)范算法，但高層勘察規(guī)范算法結(jié)果依然是安全的。同時(shí)實(shí)際工程中深徑比大于4 的相對(duì)較少，此問題并不突出。

樁基規(guī)范將嵌巖段側(cè)阻力和端阻力合并為嵌巖段極限阻力，只適用于嵌巖為同一巖性。當(dāng)巖性不同時(shí)，采用高層勘察規(guī)范算法更為合理。

3.4 公路規(guī)范算法

公路規(guī)范法在我國交通領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)廣泛采用，只有在廣東地區(qū)的工業(yè)與民用建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用比較多，因此，建筑行業(yè)的工程師對(duì)此普遍比較陌生。公路規(guī)范中樁基豎向承載力計(jì)算法是傳統(tǒng)的基樁承載力計(jì)算方法的延續(xù)，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)巖層風(fēng)化程度、巖石的完整程度，分析嵌巖樁的側(cè)阻力及樁端阻力與巖層飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系。

4 結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)來說沒有唯一解，在保證安全的前提下計(jì)算嵌巖樁承載力有很多種算法，不同技術(shù)規(guī)范算法是都是在實(shí)踐總結(jié)中不斷完善的。具體使用時(shí)需要結(jié)合過往的工程經(jīng)驗(yàn)并注意各個(gè)規(guī)范方法的適用條件、使用范圍，深入理解不同規(guī)范方法的局限性，才能在實(shí)踐中對(duì)嵌巖樁的豎向承載力進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的評(píng)估，更好地為實(shí)際工程服務(wù)。