《建筑桩基技术规范》中嵌岩桩下压承载力计算方法的讨论

鄢秀庆，韩大刚，付晓旭

（1.西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021；2.中国电力技术装备有限公司，北京 100052）

0 引言

《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008） 3.3.3条规定[1]，对于嵌入倾斜的完整和较完整的中风化岩石的深度不小于0.4d（d 为桩径） 且不小于0.5 m 的桩基，即可定义为嵌岩桩。对于山区输电线路而言，岩石地基较为广泛，大多数桩基础均满足嵌岩深度的要求，可按嵌岩桩进行计算。《建筑桩基技术规范》5.3.9 条给出了嵌岩桩下压承载力的计算公式[1]，根据条文说明可知，该公式主要依据非扩底嵌岩桩推导而得，对于扩底桩基础，该公式是否适用规范并未明确。由于山区输电线路人工挖孔桩基础多为扩底基础，而《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219—2014）[2]引用了《建筑桩基技术规范》 5.3.9 条的计算方法，因此，研究规范公式对于扩底嵌岩桩的适用性是非常必要的。

1 《建筑桩基技术规范》 规定的嵌岩段总极限阻力

1.1 规范公式

嵌岩段总极限阻力是嵌岩桩下压承载力的重要组成部分，《架空输电线路基础设计技术规程》9.4.7 条规定了嵌岩桩的计算可参照《建筑桩基技术规范》要求执行，即该规范的5.3.9 条，计算公式如下

其中，Quk为桩的承载力，kN；Qsk为土的极限侧阻力，kN；Qrk为桩的嵌岩段总极限阻力，kN；u 为桩的周长，m；qsik为桩的侧阻力，kPa；li为土层厚度，m；ζr为侧阻和端阻综合系数；frk为饱和单轴抗压强度标准值，kPa；Ap为桩端面积，m2。

桩的嵌岩段总极限阻力Qrk推导过程如下：

其中，ζs为嵌岩段侧阻力系数；hr为嵌岩段深度，m；ζrp为嵌岩段端阻力系数。

表1 侧阻和端阻综合系数ζr、嵌岩段侧阻力系数ζs 及端阻力系数 ζrp

1.2 对规范公式的理解

规范将侧阻和端阻通过简化系数ζr体现，前提条件是计算侧阻和端阻的直径是一样的，也就是说，该简化推导适用于非扩底桩基础。对于扩底桩，由于计算侧阻时采用的桩径为桩身直径，而计算端阻时则采用的为扩大头直径，如果直接采用简化的侧阻和端阻综合系数ζr，则将给计算结果带来较大的差异。选取山区常见地质条件（参数如表2 所示） 及山区线路典型桩基（参数如表3所示） 进行计算，令采用侧阻和端阻综合系数ζr进行计算的方式为综合系数法（算法1），分别采用嵌岩段侧阻力系数ζs及ζrp端阻力系数进行计算的方式为详细系数法（算法2），计算结果如表4所示。其中算法1 为采用规范公式 Qrk＝ζsfrkAp计算的结果；算法 2 为采用公式 Qrk＝ζsfrkπdhr+计 算 的 结 果；frk=30 MPa 为硬质岩石，frk=15 MPa 为软质岩石。

算法2 将侧阻和端阻分开计算，虽然过程较为烦琐，但更接近试验结果，同时也是规范简化公式推导的母公式。从对比结果来看，主要有以下结论：第一，采用简化公式计算，硬质岩石承载力提高程度大于软质岩石；桩径相同时，长径比（长度/直径） 大的桩型承载力提高程度要大于长径比小的桩型。第二，采用规范给出的综合系数法计算结果均大于详细系数法，提高幅度为30%～50%。

表2 山区线路典型塔位地质参数

表3 山区线路典型桩基的几何参数 m

因此，对于山区输电线路扩底嵌岩桩而言，采用规范给出的综合系数法计算是不合适的，其结果偏不安全。

2 对 《建筑桩基技术规范》 公式的修正

2.1 推导过程的修正

根据《建筑桩基技术规范》条文5.3.9，对推导过程进行了适当修正，修正公式如下：

2.2 修正公式的校验

为校验以上公式，本文采取不同的算例进行计算，地质情况及桩的几何尺寸如表2 所示和表3 所示，计算结果如表4 所示。

在表5 中，算法3 为采用规范公式Qrk＝ζrfrkAp计算的结果，即采用修正了ζr的综合系数法计算的结果；算法 4 为采用公式计算的结果，即采用详细计算法计算的结果；frk=30 MPa为硬质岩石，frk=15 MPa 为软质岩石。

可见，对深径比修正后，综合系数法与详细计算法结果基本一致，因此，采用修正深径比后的综合系数法计算嵌岩扩底桩下压承载力是合适的。

3 结论

《建筑桩基技术规范》 规定了嵌岩桩下压承载力的计算公式， 《架空输电线路基础设计技术规程》对该公式进行了无差别引用。本文分析了该计算公式各参数及其推导过程，通过采用山区输电线路典型地质条件及典型桩型进行实例计算，得出以下结论。

a）《建筑桩基技术规范》嵌岩桩下压承载力的计算公式是基于非扩底桩推导而得，对于扩底桩而言，采用该公式计算将导致较大的偏差，偏差幅度达30%～50%，且结果偏于冒进。

表5 Qrk 修正后计算结果对比

b）硬质岩石承载力偏差程度大于软质岩石，长径比大的桩型承载力偏差程度大于长径比小的桩型。

c） 采用修正深径比后的综合系数法计算嵌岩扩底桩下压承载力与详细计算法结果基本一致。

因此，对于山区输电线路嵌岩扩底桩而言，建议采用本文推荐的方法进行计算。