淺談樁在泥巖中的承載力設計

葛宏偉

1 項目及地質情況

圖1 水泥庫平面圖

圖2 水泥庫試驗樁Q-S曲線

Sonia 5000t/d水泥生產線位于印度尼西亞爪哇島，全廠設計生料磨、窯尾框架、生料均化庫、窯中、熟料庫、水泥庫載荷比較大的車間為樁基礎，其余車間采用天然基礎。地勘報告由印尼當地鉆探公司完成，鉆孔20m左右，地下水位通常在-2m左右，地表以下-5～-12m以下為中風化泥巖，樁持力層選擇強風化泥巖層。泥漿護壁鉆孔灌注樁極限側阻力標準值為140kPa；干作業鉆孔灌注樁極限側阻力標準值為200kPa；巖石單軸抗壓強度標準值為3.0MPa。具體分層以及各個土層樁的設計參數是經過國內地勘公司轉化的結果。下面以水泥庫為例分析樁基設計。

2 樁基設計及載荷試驗結果

水泥庫是6個?15m的連體庫，如圖1所示，庫底板底面標高12.000，庫頂標高 50.000，每個庫容量85000kN，6個庫總載荷是870000kN。考慮到施工周期和承載力要求，灌注樁設計為?1m，采用干作業施工工藝，設計樁長18m，進入泥巖層大于5d。若按照嵌巖樁計算，單樁豎向承載力特征值只能達到4000kN，6個庫約需218根樁。基礎板外挑長度不宜過大，同時又要滿足3倍樁徑要求，在基礎范圍內難以布置218根樁，因此，4000kN的單樁承載力不能滿足設計要求[1]。只能變更設計方案：（1）減小庫容；（2）增大庫直徑；（3）提高單樁承載力；（4）庫之間間距加大。由于是總包工程，第一種方案變更比較困難，由于受場地限制，第二、四種方案變更也難以實現，只能考慮第三種方案。按照純摩擦樁計算，不考慮樁端阻力，理論上加大樁長就可以達到要求的單樁承載力。由于場地內泥巖層的埋深變化較大，選擇鉆孔ZK-6，根據表1的數值計算，樁長設計18m，進入中風化泥巖層7.7m，設計單樁豎向承載力5000kN，基礎設計為整板基礎，即能滿足樁間距要求，基礎外挑板寬度也在合理范圍內。由于沒有當地工程經驗，必須要通過單樁載荷試驗來確定樁的承載力[1，2]，在庫內某柱子下布置一根試驗樁，其余兩根布置在庫外，做破壞性試驗。經樁基試驗得出，單樁豎向承載力特征值為3500kN,只達到設計值的70%，圖2是水泥庫試驗樁的PDA試驗曲線。在設計承載力保守的情況下，試驗值與設計值相差較大。

表1 鉆孔ZK-6土層分布

3 偏差原因

（1）土層根據SPT值分層有異議，國內地勘轉化公司建議N＞60，即可劃分為中風化泥巖層，但其他地勘公司建議N＞90。這樣一來，樁端持力層為強風化泥巖層，樁側摩阻力相對較小。

（2）泥巖遇水極易軟化[3]，印尼當地雨量大，場地地下水豐富，水位高，施工中樁孔泡水是一個重要的原因。

（3）樁底沉渣過厚，導致樁端阻力無法發揮作用，這在窯尾車間試驗樁得到了驗證。樁下端埋了應變片，試驗過程中，始終無應變。

通過以上分析，各個車間的樁基設計按照低一級分側阻力來設計樁的承載力，即地勘轉化報告中的中風化土層按照強風化取值，不考慮樁端層阻力，最終的靜載試驗值與設計值基本一致。

4 結論

設計樁端為泥巖層的樁承載力時，一定要注意泥巖遇水極易軟化的特性，特別是在地下水位高，雨水量大的地區，泥巖樁端阻力基本發揮不了作用，樁基承載力務必通過載荷試驗來確定。

[1]JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].

[2]GB50007-2011,建筑地基基礎設計規范[S].

[3]李建平，張芝勇.淺析極軟質巖石地基中樁的端阻力特征值的取值[J].中國煤田地質,2006,(12).■