王淑琴， 虞 青， 王 敏

(1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025；2.舟山市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，浙江 舟山 316021；3.舟山市求是建設(shè)工程施工圖審查有限公司，浙江 舟山 316021)

0 引言

在工程地質(zhì)中，把工程作用范圍內(nèi)具有一定的巖石成分、結(jié)構(gòu)特征及賦存于某種地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體稱為巖體；樁端嵌入巖體中的樁稱為嵌巖樁。隨著經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，在工程實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。單樁豎向承載力是最基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，靜載試驗(yàn)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(yàn)費(fèi)用高，一般難以直接壓至極限荷載，某些工程受設(shè)備或現(xiàn)場條件限制甚至無法進(jìn)行靜載試驗(yàn)，因此，對其承載機(jī)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(jīng)驗(yàn)參數(shù)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(jì)算方法，并對相關(guān)問題進(jìn)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(qiáng)度高、不易變形及整體性、抗水性好的特點(diǎn)，但作為地基或建筑物環(huán)境時(shí)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(dǎo)致其物理力學(xué)性質(zhì)變差和不均勻，故巖石(體)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)復(fù)雜于土體。換言之，巖石具有很強(qiáng)的各向異性、非均質(zhì)性、非連續(xù)性和復(fù)雜性。

天然巖體與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制作的巖石試件 (巖石)有顯著不同：(1)巖體賦存于一定地質(zhì)環(huán)境之中，地應(yīng)力，地溫，地下水等因素對其物理力學(xué)性質(zhì)有很大影響，而巖石試件只是為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)而加工的巖塊，已完全脫離了原有的地質(zhì)環(huán)境。(2)巖體在自然狀態(tài)下經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)作用過程，其中存在著各種地質(zhì)構(gòu)造和弱面，如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、裂隙等。(3)一定數(shù)量的巖石組成巖體，且?guī)r體無特定的自然邊界，只能根據(jù)解決問題的需要來圈定范圍。根據(jù)上述特征，將巖體定義為地質(zhì)體的一部分，并且是由處于一定地質(zhì)環(huán)境中的各種巖性和結(jié)構(gòu)特征巖石所組成的集合體，也可以看成是由結(jié)構(gòu)面所包圍的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)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(zhì)與厚度、嵌巖段的巖性、堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側(cè)有無泥皮)等有關(guān)；當(dāng)覆蓋層有較厚硬土層時(shí)，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(cè)摩阻力承擔(dān)，傳遞到嵌巖部分的荷載就很小，這是就呈摩擦樁性狀；當(dāng)覆蓋層較薄且主要為軟土?xí)r，土層提供的樁側(cè)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(dān)，這時(shí)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(shí))，三是樁底基巖的應(yīng)變。

根據(jù)國內(nèi)外80多根嵌巖樁靜載荷試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)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(guān)系有如下的規(guī)律：1)當(dāng)L/d＜20時(shí)，Qb/Q隨L/d增大而逐漸減少；當(dāng)L/d接近20時(shí)，Qb/Q一般為25%左右。2)當(dāng)L/d＞20時(shí)，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(jì)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(shù)規(guī)范》(JGJ94—2008)和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)所述計(jì)算方法，3種規(guī)范計(jì)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(diǎn)匯總見表1。表中要點(diǎn)均為各現(xiàn)行規(guī)范的條文或條文說明，歸納總結(jié)在表中更加直觀。

表1 3種規(guī)范計(jì)算方法要點(diǎn)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(jì)算公式適用于嵌巖灌注樁樁身下部嵌入中風(fēng)化、微風(fēng)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(jī)理上看，嵌巖樁的抗力應(yīng)包括樁身在土層中的側(cè)阻力、在巖石中的側(cè)阻力和樁底的端阻力3部分，實(shí)際是傳統(tǒng)樁基設(shè)計(jì)概念上的延續(xù)，和樁基規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法沒有本質(zhì)上的差別，因?yàn)榭紤]到我國地域?qū)拸V、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(cè)阻力、極限端阻力范圍值較大，且缺少中風(fēng)化硬質(zhì)巖和微風(fēng)化軟質(zhì)巖的參數(shù)，需要與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合后，巖土工程勘察人員估算的結(jié)果才有較高的可靠性。該規(guī)范法優(yōu)點(diǎn)在于便于理解、使用簡便，缺點(diǎn)是對于端承樁、計(jì)算值過于保守(如嵌入中風(fēng)化硬質(zhì)巖中清底干凈的人工挖孔樁)。

3)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—2008)規(guī)范法嵌巖樁承載力計(jì)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(cè)阻力和嵌巖段總極限阻力組成，同樣考慮計(jì)算土層的側(cè)摩阻力。但94版嵌巖段側(cè)阻力系數(shù)、端阻力系數(shù)的引進(jìn)，造成理論上嵌巖段側(cè)阻力可以隨嵌巖深度無限增長，而端阻力在hr/d≥5時(shí)為0的計(jì)算結(jié)果，這不符合實(shí)際受力情況，08版規(guī)范進(jìn)行了理論簡化，用嵌巖段總極限阻力系數(shù)ζr代替了嵌巖段側(cè)阻力系數(shù)和端阻力系數(shù)，解決了舊版規(guī)范的上述問題。

4)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)規(guī)范法嵌巖樁承載力計(jì)算公式適用于樁端嵌入完整及較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖中的嵌巖樁，地基規(guī)范法的意義在于硬質(zhì)基巖強(qiáng)度超過了樁身混凝土強(qiáng)度，嵌巖樁承載力以樁身強(qiáng)度控制，不必要再計(jì)入側(cè)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(shí)并不重要，重點(diǎn)在于保證樁身強(qiáng)度，控制清底質(zhì)量，不必做樁端擴(kuò)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(qiáng)度以及在施工中確保樁身質(zhì)量、減少樁端沉渣厚度。對于嵌入破碎巖或軟質(zhì)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(jìn)行估算，可以看出,該公式相關(guān)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(jì)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(diǎn)匯總見表1。表中要點(diǎn)均為各現(xiàn)行規(guī)范的條文或條文說明，歸納總結(jié)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(zhì)與厚度、嵌巖段的巖性、堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側(cè)有無泥皮)等有關(guān)，首先根據(jù)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(jì)算方法。各規(guī)范由于規(guī)定內(nèi)容分散，根據(jù)基巖的特征選用規(guī)范計(jì)算方法可以通過圖2來確定，同時(shí)，還要考慮樁的特征和施工工藝。

圖1 嵌巖樁承載力計(jì)算公式結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

建筑工程規(guī)范法計(jì)算嵌巖樁承載力方法的不同，是由于所設(shè)定樁的受力機(jī)理不同，而嵌巖樁的受力機(jī)理與樁的長徑比、上覆土層性質(zhì)與厚度、嵌巖段基巖的巖性、堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度、完整程度、嵌入深度及成樁工藝(沉渣厚度、樁側(cè)有無泥皮)等有關(guān)；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(jì)算方法的范圍。

巖體是在內(nèi)部的聯(lián)結(jié)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(diǎn)，使巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)減弱和消失。使巖體強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖石強(qiáng)度，巖體變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石本身，巖體的滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石的滲透性。所以規(guī)范法計(jì)算中使用巖石單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)需要折減修正，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)范法通過參數(shù)ζr修正，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范法通過ψr修正。

選擇計(jì)算方法還要考慮當(dāng)?shù)貥痘A(chǔ)施工技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)，對于技術(shù)水平達(dá)不到的條件，參數(shù)選擇時(shí)需進(jìn)行適當(dāng)折減。

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

[2]蘭堅(jiān)強(qiáng).嵌巖樁的承載特性與計(jì)算模式認(rèn)識[J].工程勘察,2010 (12):(22).

[3]張先亮.硬質(zhì)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(guān)于嵌巖樁的幾點(diǎn)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),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(jì)算的商榷[D].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào):2004(4):(25).

[6]GB50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]JGJ94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[8]JGJ72—2004,高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S].