淺談嵌巖樁基礎(chǔ)的勘察設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳佳佳

在高速公路工程建設(shè)中，樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為橋梁等構(gòu)造物的主要基礎(chǔ)形式。而又因鉆孔灌注樁其樁徑樁長(zhǎng)選擇靈活、適應(yīng)性廣、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)被更為廣泛的使用。

鉆孔灌注樁根據(jù)受力情況的不同又可分為摩擦樁和嵌巖樁。當(dāng)?shù)叵聨r層埋置較深，無法使用擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，鉆孔灌注樁穿過巖層以上較松軟的覆蓋土層，樁底支承在巖層或硬土層等實(shí)際非壓縮性土層時(shí)，基本依靠樁底土層抵抗力支承垂直荷載，這種樁因其沉降微小，垂直荷載基本由樁底基巖承擔(dān)，這種樁即我們通常所說的嵌巖灌注樁。

由于基巖強(qiáng)度高，能夠提供很強(qiáng)的承載力，樁基沉降在成樁過程中基本完成，能夠大量用在天然淺基礎(chǔ)不能滿足橋梁對(duì)地基強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性方面的要求時(shí)，被廣泛應(yīng)用在山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)中。

在以前的工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于嵌巖樁的受力認(rèn)識(shí)往往存在一定的誤區(qū)，認(rèn)為嵌巖樁即端承樁，完全不考慮樁周土體的摩阻力，這將無謂增加樁基長(zhǎng)度，造成不必要的浪費(fèi)。實(shí)際研究表明，樁身受力是自上而下的，當(dāng)樁頂受到橋墩傳遞來的豎向荷載作用時(shí)，樁身本身會(huì)產(chǎn)生一定的彈性壓縮變形，相鄰樁周土體發(fā)生或即將發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力，隨著樁頂荷載加大，豎向荷載繼續(xù)往下傳遞，直至樁尖，當(dāng)樁側(cè)摩阻力增大至最大值時(shí)，樁端阻力逐步產(chǎn)生并增大直至最大值。

在現(xiàn)行的新版《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所給出的嵌巖樁單樁軸向受壓容許承載力考慮了樁側(cè)土層、嵌巖段摩阻力的計(jì)算，計(jì)算公式為:

其中，［R］為單樁軸向受壓容許承載力，kN;c1，c2分別為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而確定的系數(shù);Ap為樁底截面積，對(duì)于擴(kuò)底樁取擴(kuò)底面積，m2;frk為樁端巖石飽和單軸抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，kPa;hi為樁嵌入各巖層部分的厚度，不包括全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖石，m;u為各巖層和土層部分的橫截面周長(zhǎng)，m;ζs為覆蓋土層的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度確定，當(dāng)2 MPa≤frk＜15 MPa時(shí)，ζs=0.8，當(dāng)15 MPa≤frk＜30 MPa時(shí)，ζs=0.5，當(dāng)frk＞30 MPa時(shí)，ζs=0.2;li為各土層的厚度;qik為樁側(cè)第i層土的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，采用單樁摩阻力試驗(yàn)值，kPa;n為土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖石按土層考慮。

嵌巖樁的承載力應(yīng)根據(jù)不同受力情況，分別按樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和地基對(duì)樁的支承能力進(jìn)行計(jì)算。

嵌巖樁樁基礎(chǔ)工程的勘察，除應(yīng)滿足《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)鉆孔布置數(shù)量和間距應(yīng)根據(jù)橋梁布孔等綜合因素確定。當(dāng)相鄰兩孔間的巖層面坡度較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加密鉆孔，對(duì)橋位處地質(zhì)復(fù)雜的情況，宜逐孔鉆。

2)控制性鉆孔應(yīng)占鉆孔總數(shù)的1/3～1/2。鉆孔深度應(yīng)鉆至樁尖以下3倍～5倍樁徑處，當(dāng)持力巖層較薄有部分鉆孔鉆穿過持力巖層時(shí)，還應(yīng)探明下臥層的地質(zhì)情況。

3)在巖溶發(fā)育地區(qū)，應(yīng)仔細(xì)查明溶洞、溶溝和石筍等不良地質(zhì)分布情況。

灌注型嵌巖樁樁身構(gòu)造應(yīng)符合橋梁工程灌注樁設(shè)計(jì)與施工的有關(guān)規(guī)定。灌注型嵌巖樁嵌巖段的直徑和配筋，應(yīng)根據(jù)樁的受力狀況確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定:

1)主筋宜采用螺紋鋼筋，直徑不小于18 mm，截面積應(yīng)計(jì)算確定，且配筋率不宜小于0.4%，根數(shù)不宜少于12根，應(yīng)沿周長(zhǎng)均勻通長(zhǎng)布置。當(dāng)嵌巖孔徑小于樁徑時(shí)，嵌巖段主筋伸入上部樁內(nèi)的長(zhǎng)度不應(yīng)小于35倍主筋直徑。

2)箍筋宜采用Ⅰ級(jí)鋼筋，直徑不應(yīng)小于8 mm，間距應(yīng)為150 mm～300 mm，并宜每隔2 m左右焊接一道加強(qiáng)箍筋，其直徑不宜小于16 mm。在巖面上下1 000 mm范圍內(nèi)箍筋間距不應(yīng)大于60 mm，宜采用螺旋或焊接環(huán)式箍筋。

3)樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

4)對(duì)于樁底沉淀土厚度應(yīng)作明確指示，以減少樁基后期沉降。

5)由于嵌巖樁樁尖應(yīng)力較大，對(duì)于較長(zhǎng)樁基宜增加聲測(cè)管，以保證樁基混凝土強(qiáng)度。

嵌巖樁在完成了前期的勘察設(shè)計(jì)以后，后期的施工質(zhì)量對(duì)保證橋梁運(yùn)營(yíng)期的安全至關(guān)重要。

在山西黃土高原地區(qū)，嵌巖樁多以人工挖孔與沖擊鉆孔為主。

在沖擊鉆孔過程中，時(shí)常伴有坍孔、卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生。坍孔產(chǎn)生的主要原因有護(hù)筒埋設(shè)過淺、周邊回填土不密實(shí)、泥漿比重過低等;漏漿主要是因?yàn)榭妆诓幻軐?shí)、空隙大、透水性強(qiáng)。往往坍孔伴隨在漏漿之后產(chǎn)生，為避免漏漿坍孔的發(fā)生，必須首先保證泥漿的比重，其次在漏漿發(fā)生前，或漏漿起始階段，采取拋紅粘土和片石的方式，使孔壁擠壓密實(shí)。對(duì)于卡鉆現(xiàn)象，較輕微的，可以用起重設(shè)備小心提錘，較嚴(yán)重的，應(yīng)實(shí)施水下微量爆破，將周邊巖體破碎后，再實(shí)施提錘。

［1］ 張 軍，周強(qiáng)新.巖溶地區(qū)長(zhǎng)嵌巖樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2010，36(20):95-96.

［2］ 胡德華，吳燕玲.嵌巖樁樁端極限阻力分析與設(shè)計(jì)研究［J］.路基工程，2010(3):89-90.