張 志 新

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

巖石地基中嵌巖樁的設(shè)計及施工注意問題

張 志 新

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

介紹了嵌巖樁持力層的選擇與嵌巖深度設(shè)計參數(shù)的選擇范圍，結(jié)合工程實例，對嵌巖樁的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析，并總結(jié)了嵌巖樁的施工注意事項，為嵌巖樁的設(shè)計積累了經(jīng)驗。

嵌巖樁，設(shè)計，持力層，檢測

嵌巖樁具有單樁承載力特征值高、抵御水平抗震性能較好、沉降較小、群樁效應(yīng)較低等優(yōu)點，成為廣大山區(qū)巖體地基上高層建筑重要的基礎(chǔ)形式。其承載性狀也一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界尤為關(guān)注的熱點之一。最初將之當(dāng)作端承樁設(shè)計，不僅使單樁承載力未得到充分的發(fā)揮，而且使樁數(shù)大幅度增加，近十余年嵌巖樁工程和試驗研究積累了更多資料，對其承載性狀的認(rèn)識進(jìn)一步深化，因此《建筑樁技術(shù)規(guī)范》也對嵌巖樁給出了單獨的嵌巖樁單樁豎向極限承載力計算公式及檢測方法等，使得嵌巖樁在各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在基巖埋深較淺的地區(qū)，采用大直徑的嵌巖樁經(jīng)濟(jì)效益尤其明顯。

1 嵌巖樁的持力層選擇及嵌巖深度

巖石的顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。巖石的風(fēng)化程度分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化、全風(fēng)化5個等級。國外認(rèn)為：只要樁端嵌入巖體中，不論巖體的風(fēng)化程度如何、堅硬性如何，都稱為嵌巖樁，但我國嵌巖樁定義為嵌入未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化的巖石才可，不包括強風(fēng)化、全風(fēng)化的情況，要求比國外嚴(yán)格，安全更有保證。 根據(jù)持力層基巖性質(zhì)也可分為軟巖嵌巖樁和硬巖嵌巖樁。嵌巖深度在嵌巖樁計算中是一個重要的設(shè)計參數(shù)，長徑比越大樁底承擔(dān)的荷載越小。在一些工程中，為了確保樁承載力、減少建筑物沉降，對于大噸位嵌巖樁的嵌巖深度應(yīng)通過計算確定，同時滿足構(gòu)造要求。嵌巖樁嵌入完整的和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5 m，傾斜度大于30%的中風(fēng)化巖，宜根據(jù)傾斜度及巖石完整性適當(dāng)加大嵌巖深度；嵌入平整、完整的堅硬和較堅硬巖的深度不宜小于0.2d且不小于0.2 m。施工時應(yīng)結(jié)合相鄰基礎(chǔ)基底標(biāo)高控制基礎(chǔ)埋置深度，相鄰兩樁的樁端高差應(yīng)小于其水平凈距(若有擴(kuò)大頭，則為擴(kuò)大頭間凈距)；樁凈距小于2d或2.5 m時必須采用跳槽開挖。此外在樁底3d范圍內(nèi)應(yīng)無軟弱夾層，斷裂帶，洞穴和空隙分布，尤其是布樁荷載很大的單樁更為如此。

2 嵌巖樁的設(shè)計

規(guī)范在計算嵌巖樁單樁豎向極限承載力時包括樁周土總極限側(cè)阻力和嵌巖段總極限阻力，當(dāng)中風(fēng)化或者強風(fēng)化巖層以上的土層較薄，嵌巖段總極限阻力和總極限側(cè)阻力懸殊較大，因此本人此時一般在計算單樁豎向極限承載力時僅考慮嵌巖段總極限阻力，但在場地中風(fēng)化或者強風(fēng)化巖層以上有較厚土層時樁周土總極限側(cè)阻力計算值較大，此時必須考慮該側(cè)阻，工程實例如下。

2.1 工程地質(zhì)概況

重慶某工程為地下1層，地上28層，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主要土層情況如下：①素填土：根據(jù)重慶地區(qū)同類素填土，為新近填土，壓縮性較大，地基承載力特征值及變形值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗確定。填土層的負(fù)摩阻力系數(shù)取0.25。②粉質(zhì)粘土：土層較薄，分布零星，強度較低。屬中等壓縮性硬塑狀粉質(zhì)粘土。根據(jù)DBJ 50-043-2005工程地質(zhì)勘察規(guī)范并結(jié)合重慶地區(qū)經(jīng)驗，粉質(zhì)粘土地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=180 kPa。③頁巖：中風(fēng)化頁巖天然單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為15.98 MPa，為較軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。④砂巖：中風(fēng)化砂巖天然單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為24.66 MPa，為較軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。由于第①層素填土土層較厚，最厚處有30 m深，平均厚度在15 m，因此該嵌巖樁計算要特別注意負(fù)摩阻力對樁的單樁豎向極限承載力抵消，計算時單樁承載力應(yīng)為上部承載力標(biāo)準(zhǔn)值加該樁負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。計算步驟如下。

2.2 鉆孔樁灌注

1)材料：混凝土等級：C50；鋼筋保護(hù)層厚度：50 mm。

2)樁直徑為1 000 mm，擴(kuò)底直徑為1 300 mm，每邊擴(kuò)出150 mm，基礎(chǔ)嵌入完整中風(fēng)化巖層深度2 000 m(僅舉一個樁進(jìn)行計算)，要求單樁豎向承載力特征值為13 500 kN。

3)要求持力層為中風(fēng)化泥巖或砂巖。

2.3 樁豎向承載力特征值計算

1)根據(jù)樁基技術(shù)規(guī)范的5.3.9計算單樁豎向承載特征值。

a.長徑比hr/d=1.538;

b.嵌巖端側(cè)阻綜合系數(shù)和端阻綜合系數(shù)ζr=1.06;

c.因本工程為干作業(yè)成樁(清底干凈)，所以ζr乘1.2的增大系數(shù)，1.2ζr=1.272;

d.結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0;

e.單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=26 980 kN；

單樁豎向承載特征值Quk/2=13 490 kN。

2)樁側(cè)負(fù)摩阻力及其引起的下拉荷載。

根據(jù)樁基技術(shù)規(guī)范的5.4.4計算樁側(cè)負(fù)摩阻力。

a.σri=∑γeΔze+1/2γiΔzi,求出由土自重引起的樁周層土平均豎向有效應(yīng)力σr1=0.5×16×30=240。

b.Qs1n=ξniσi=0.25×240=60 kPa。

c.樁側(cè)負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值Q=30×3.141 6×30=2 827 kN。

由于該場地為30 m的人工回填土，未壓實，所以沒有考慮中性點，按最不利的全長均為負(fù)摩阻力進(jìn)行計算，偏于保守。

3)最終單樁承載力特征值為13 490-2 872=10 618 kN。

3 嵌巖樁的檢測

1)嵌巖樁在成孔完成后對持力層的檢測可按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》3.3.4條執(zhí)行，由于嵌巖樁承載力較大，試驗的噸位過大，不適宜采用豎向抗壓靜載試驗進(jìn)行驗收承載力的檢測，因此規(guī)范也給出了對于端承型大直徑灌注樁，當(dāng)受設(shè)備或現(xiàn)場條件限制無法檢測單樁豎向抗壓承載力時，可采用鉆芯法測定樁底沉渣厚度并鉆取樁端持力層巖土芯樣檢驗樁端持力層，該種方法可以在成孔完成后，對巖層采用超前鉆取樣，判斷持力層巖石的單軸抗壓強度及樁底下3d且不小于5 m深度范圍內(nèi)有無空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件。由于樁承載力較大，樁的數(shù)量較少，為保證樁的可靠性且檢測費用不高，所以我個人建議檢測的比例要由規(guī)范規(guī)定的不應(yīng)少于總樁數(shù)的 10%提高至50%或更多。2)嵌巖樁成樁完成后，選用鉆芯法或聲波透射法對部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的 10%，本次檢測的樁與成樁前的檢測不重復(fù)。

4 嵌巖樁的施工注意事項

1)現(xiàn)場施工時應(yīng)確定該樁周圍的樁底高程，在保證和周邊樁能滿足剛性角要求的前提下確定該樁樁長再施工。2)成孔完成后，應(yīng)及時配合檢測、監(jiān)理、設(shè)計等單位對孔底進(jìn)行驗收，驗收完成后應(yīng)及時封閉，防止巖層風(fēng)化，承載力發(fā)生變化。3)在檢測單位提供孔底巖層單軸抗壓強度報告后，滿足設(shè)計要求承載力再行澆筑樁體，澆筑前應(yīng)注意：a.樁底進(jìn)行清底，確保樁底沉渣厚度滿足規(guī)范要求。b.清底完成后用C30細(xì)石混凝土將探孔灌實，并對孔底進(jìn)行封閉，確保封底成功后再行澆筑。c.澆筑時要采用導(dǎo)管澆筑，導(dǎo)管下口至孔底的距離一般為25 cm～40 cm，導(dǎo)管埋入混凝土深度不小于1.0 m。不可成孔后直接澆筑，容易產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象。d.澆筑開始后要有節(jié)奏的連續(xù)提管，保證樁體的密實性。

5 結(jié)語

嵌巖樁對端承樁的承載力提高很大，經(jīng)濟(jì)性更高，但設(shè)計計算及施工過程中需要注意的事項很多，須根據(jù)場地情況并嚴(yán)格遵守各項規(guī)范規(guī)程的要求才能使結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟(jì)。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

On design for socketed pile of rock foundation and its construction precautions

ZHANG Zhi-xin

(ShanxiArchitecturalDesignResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

The paper introduces the selection for the bearing stratum of socketed pile and the selection scopes for the socketed pile depth design parameter, has the detailed analysis of the design for the socketed pile by combining with engineering cases, and sums up its construction precautions, so as to accumulate experience for the design of the socketed pile.

socketed pile, design, bearing stratum, test

2014-07-09

張志新(1980- )，男，工程師

1009-6825(2014)27-0087-02

TU473.1

A