规范法计算嵌岩桩承载力的比较

王淑琴， 虞 青， 王 敏

(1.甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025；2.舟山市交通规划设计院，浙江 舟山 316021；3.舟山市求是建设工程施工图审查有限公司，浙江 舟山 316021)

0 引言

在工程地质中，把工程作用范围内具有一定的岩石成分、结构特征及赋存于某种地质环境中的地质体称为岩体；桩端嵌入岩体中的桩称为嵌岩桩。随着经济发展对建筑的体量要求越来越高，嵌岩桩由于单桩的承载能力高、沉降小等优点，在工程实际中得到广泛的应用。单桩竖向承载力是最基本的设计参数，静载试验是规范推荐确定单桩竖向承载力的首选方法。然而嵌岩桩单桩承载力大，静载试验费用高，一般难以直接压至极限荷载，某些工程受设备或现场条件限制甚至无法进行静载试验，因此，对其承载机理的研究尚不够深入。除重大工程外一般仅采用规范提供的经验参数法估算其承载力。本文将对比建筑工程的嵌岩桩承载力规范计算方法，并对相关问题进行讨论。

1 嵌岩桩的承载特性

岩石和土体的主要区别在于岩石具有强度高、不易变形及整体性、抗水性好的特点，但作为地基或建筑物环境时也有缺陷，即岩石存在软弱面，使岩石切割破碎，完整性遭到破坏，导致其物理力学性质变差和不均匀，故岩石(体)结构远复杂于土体。换言之，岩石具有很强的各向异性、非均质性、非连续性和复杂性。

天然岩体与实验室内制作的岩石试件 (岩石)有显著不同：(1)岩体赋存于一定地质环境之中，地应力，地温，地下水等因素对其物理力学性质有很大影响，而岩石试件只是为实验室实验而加工的岩块，已完全脱离了原有的地质环境。(2)岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造和弱面，如不整合、褶皱、断层、节理、裂隙等。(3)一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界，只能根据解决问题的需要来圈定范围。根据上述特征，将岩体定义为地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组成的。

嵌岩桩的承载特性与桩的长径比、上覆土层性质与厚度、嵌岩段的岩性、坚硬程度、风化程度、完整程度、嵌入深度及成桩工艺(沉渣厚度、桩侧有无泥皮)等有关；当覆盖层有较厚硬土层时，在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由上覆硬土层提供的桩侧摩阻力承担，传递到嵌岩部分的荷载就很小，这是就呈摩擦桩性状；当覆盖层较薄且主要为软土时，土层提供的桩侧摩阻力有限，在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承担，这时就呈端承桩性状。嵌岩桩的桩顶沉降主要由2部分组成：一是桩身混凝土的弹性压缩；二是桩底沉渣的塑性压缩(有沉渣时)，三是桩底基岩的应变。

根据国内外80多根嵌岩桩静载荷试验资料的统计分析，发现了桩端阻力Qb与桩顶荷载Q之比Qb/Q和桩的长径比L/d之间的关系有如下的规律：1)当L/d＜20时，Qb/Q随L/d增大而逐渐减少；当L/d接近20时，Qb/Q一般为25%左右。2)当L/d＞20时，Qb/Q一般不超过30%，其中绝大部分在20%以下，不少桩小于5%。对于一般的嵌岩桩，桩端阻力Qb在桩身总荷载Q中所占的比例并不高，Qb/Q随桩端嵌入岩石中的深度hr的增加而减少，大约在hr/d=5左右，Qb/Q接近于0。[1]

2 建筑工程嵌岩桩承载力计算规范法

1)建筑工程的嵌岩桩规范法主要是《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72—2004)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)和《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)所述计算方法，3种规范计算方法的各有其适用条件，对基岩特征和施工工艺有不同的要求，具体要点汇总见表1。表中要点均为各现行规范的条文或条文说明，归纳总结在表中更加直观。

表1 3种规范计算方法要点对比表

2)《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72—2004)嵌岩桩承载力计算公式适用于嵌岩灌注桩桩身下部嵌入中风化、微风化岩石一定深度的挖孔、冲孔、钻孔形成的钢筋混凝土灌注桩，该规范法从受力机理上看，嵌岩桩的抗力应包括桩身在土层中的侧阻力、在岩石中的侧阻力和桩底的端阻力3部分，实际是传统桩基设计概念上的延续，和桩基规范的经验参数法没有本质上的差别，因为考虑到我国地域宽广、岩石性状变化大，规范中表8.3.12提供的嵌岩灌注桩岩石极限侧阻力、极限端阻力范围值较大，且缺少中风化硬质岩和微风化软质岩的参数，需要与地区经验结合后，岩土工程勘察人员估算的结果才有较高的可靠性。该规范法优点在于便于理解、使用简便，缺点是对于端承桩、计算值过于保守(如嵌入中风化硬质岩中清底干净的人工挖孔桩)。

3)《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)规范法嵌岩桩承载力计算公式适用于桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩，其单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成，同样考虑计算土层的侧摩阻力。但94版嵌岩段侧阻力系数、端阻力系数的引进，造成理论上嵌岩段侧阻力可以随嵌岩深度无限增长，而端阻力在hr/d≥5时为0的计算结果，这不符合实际受力情况，08版规范进行了理论简化，用嵌岩段总极限阻力系数ζr代替了嵌岩段侧阻力系数和端阻力系数，解决了旧版规范的上述问题。

4)《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规范法嵌岩桩承载力计算公式适用于桩端嵌入完整及较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩中的嵌岩桩，地基规范法的意义在于硬质基岩强度超过了桩身混凝土强度，嵌岩桩承载力以桩身强度控制，不必要再计入侧阻、嵌岩阻力等不确定因素。这种情况下，用何种规范方法估算岩土对嵌岩桩的支承阻力其实并不重要，重点在于保证桩身强度，控制清底质量，不必做桩端扩底，也没有必要过分追求嵌岩深度；提高单桩承载力的有效途径是增大桩径、提高桩身材料强度以及在施工中确保桩身质量、减少桩端沉渣厚度。对于嵌入破碎岩或软质岩石中的桩，规范建议单桩承载力特征值则按公式Ra=qpaAp+uP∑qsiali进行估算，可以看出,该公式相关特征值换算成极限值后，和《高层建筑岩土工程勘察规程》所建议公式是一致的。

5)3种规范计算方法的各有其适用条件，对基岩特征和施工工艺有不同的要求，具体要点汇总见表1。表中要点均为各现行规范的条文或条文说明，归纳总结在表中更加直观。

3 公式的选用

对于建筑工程嵌岩桩的承载力，与桩的长径比、上覆土层性质与厚度、嵌岩段的岩性、坚硬程度、风化程度、完整程度、嵌入深度及成桩工艺(沉渣厚度、桩侧有无泥皮)等有关，首先根据基岩的特征，再确定桩的特征和施工工艺，才能选择最合适的计算方法。各规范由于规定内容分散，根据基岩的特征选用规范计算方法可以通过图2来确定，同时，还要考虑桩的特征和施工工艺。

图1 嵌岩桩承载力计算公式结构图

4 结语

建筑工程规范法计算嵌岩桩承载力方法的不同，是由于所设定桩的受力机理不同，而嵌岩桩的受力机理与桩的长径比、上覆土层性质与厚度、嵌岩段基岩的岩性、坚硬程度、风化程度、完整程度、嵌入深度及成桩工艺(沉渣厚度、桩侧有无泥皮)等有关；特定场地基岩的条件是不可改变的，场地基岩特性限定了嵌岩桩计算方法的范围。

岩体是在内部的联结力较弱的层理、片理和节理、断层等切割下，具有明显的不连续性。这是岩体的重要特点，使岩体结构的力学效应减弱和消失。使岩体强度远远低于岩石强度，岩体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远远大于岩石的渗透性。所以规范法计算中使用岩石单轴抗压强度时需要折减修正，《建筑桩基技术规范》规范法通过参数ζr修正，《建筑地基基础设计规范》规范法通过ψr修正。

选择计算方法还要考虑当地桩基础施工技术水平及经验，对于技术水平达不到的条件，参数选择时需进行适当折减。

[1]何水莲.嵌岩桩桩端阻力的计算方法比较[J].土工基础,2001(02): (35).

[2]兰坚强.嵌岩桩的承载特性与计算模式认识[J].工程勘察,2010 (12):(22).

[3]张先亮.硬质岩石嵌岩桩(墩)承载力特征值取值论证分析[J].工程勘察,2008(09):(14).

[4]林淼童.关于嵌岩桩的几点探讨[J].工程建设与设计,2006(1): (35).

[5]魏作安,尹光志,万玲,代高飞.嵌岩桩竖向承载力规范法计算的商榷[D].重庆建筑大学学报:2004(4):(25).

[6]GB50007—2011,建筑地基基础设计规范[S].

[7]JGJ94—2008,建筑桩基技术规范[S].

[8]JGJ72—2004,高层建筑岩土工程勘察规程[S].