四川紅層軟巖區嵌巖樁單樁承載力有關問題的討論

張波

（四川省蜀通巖土工程公司，四川 610000）

Discussion on the bearing capacity of rock socketed pile in Sichuan soft rock area

Sichuan shu tong geotechnical engineering company

Zhang bo zip code 610000

摘要：針對四川紅層軟巖地區嵌巖樁承載力問題，分析了現有規范計算的不合理性，以試驗資料為基礎進行了分析、討論，認為四川軟巖區嵌巖樁主要屬摩擦型樁，承載力有較大的潛力，為進一步研究提供了一定參考意義。

關鍵詞：紅層軟巖；嵌巖樁；單樁；承載力

Abstract： according to the Sichuan red layer soft rock socketed pile bearing capacity of rock， analyses the irrationality of standard calculation， on basis of the results of the experiment are analyzed and discussed， that Sichuan soft rock socketed pile is the main area of friction pile， bearing capacity has great potential， provides a reference for a further study.

Keywords red bed soft rock socketed pile single pile bearing

1引言

四川紅層軟巖主要是指侏羅系上統遂寧組、蓬萊組、沙溪廟組紫灰色、紫紅色、棕紅色砂泥巖互層的一套地層，由于其泥質膠結的膠結程度較差，又常富含親水礦物，具有遇水膨脹崩解、失水收縮干裂的特性，又屬于膨脹巖，系泥巖中工程性質最差的一類巖石，目前對這一地層的嵌巖樁承載力特性尚缺乏系統性研究，積累的資料也相對較少。本文意在提出一些討論意見，供同行們進一步研究參考。

2四川紅層軟巖的承載力問題

就收集到的成都地區12個項目單軸抗壓強度資料可以看出：天然狀態巖石單軸抗壓強度為2.5-10.8MPa，平均值5.14 MPa，且80%以上樣本介于3-7MPa之間，這也基本符合四川省范圍整體情況；按照《工程巖體分級標準》GBJ150219-2014屬于典型的軟巖和極軟巖。 根據收集到的5個項目19個點深層平板載荷試驗（壓板直徑800mm）資料表明：中風化泥巖試驗的極限承載力在4000—8030KPa之間，平均值6370KPa，且大多數屬于未達到破壞的極限承載力值，故尚有一定提高的潛力。19個項目79個點中風化泥巖未加至極限破壞狀態（按設計荷載的2倍加載）巖基載荷試驗（壓板直徑300mm）結果表明：中風化泥巖極限承載力在3150—10996KPa之間，平均值為6674KPa，由于均未達到真正的極限荷載，PS曲線絕大多數為線性或緩變型，僅極少數曲線出現拐點（并非明顯的比例極限點），說明真正達到破壞的或達到比例界限點的極限承載力將比這個數據高，其中僅有部分資料有單軸抗壓強度指標，一般在5Mpa左右。按照《建筑地基基礎設計規范》5.2.6條，采用巖石單軸飽和抗壓強度（黏土質巖為天然濕度）按fa=ψr*frk計算的承載力值和巖基載荷試驗確定的承載力值存在較大差異，按未加至極限破壞荷載情況，也比按單軸抗壓強度指標計算結果高30%以上。

3目前規范對嵌巖樁承載力確定的要求和四川常規做法

地基基礎設計規范GB50007-2011規定，單樁豎向承載力特征值的確定應通過豎向靜載荷試驗確定（除丙級外）。當樁端無沉渣時，樁端巖石承載力特征值應根據飽和單軸抗壓強度標準值按規范5.2.6條確定或者巖基載荷試驗確定。也可以采取樁的辦法，試驗標準僅為300直徑樁，且需要消除摩阻力。現有機械施工工藝無沉渣情況比較少見，而試驗要求消除摩阻力辦法，僅僅是為了測得端阻力值。

建筑樁基技術規范JGJ94-2008規定，設計采用的單樁豎向極限承載力標準值應符合下列規定：設計等級為甲級的建筑樁基，應通過單樁靜載荷試驗確定。對于嵌巖樁，可通過直徑為0.3米巖基載荷試驗確定極限端阻力標準值，也可通過直徑為0.3米嵌巖短墩載荷試驗確定極限側阻力標準值和極限端阻力標準值（應埋設樁身軸力測試元件進行載荷試驗）。當根據巖石單軸抗壓強度確定單樁豎向極限承載力標準值時，可按公式計算【1】。但規范并未明確什么條件、等級可用公式計算。為設計單位留有活口，實際做法中絕大多數均采用公式計算確定單樁承載力。

兩本規范均強調了確定單樁承載力時載荷試驗的重要性，但由于通過靜載荷試驗確定單樁承載力存在兩方面問題，一是需要場地，往往在高層建筑中，場地需要等待基坑開完出來，未開挖時樁長很長，試驗結果與實際情況差異較大；二是需要等待時間，施工設備機械僅僅做很少試樁，等待試驗結果再設計，中間有較長的時間，時間成本和試驗費用對許多業主認為難以接受，因此往往能不做盡量不做，能打擦邊球盡量打擦邊球，因此，四川地區常規做法基本上都是按公式計算。

4關于嵌巖樁計算公式的討論

前述兩規范的計算公式，均以單軸抗壓強度指標作為計算樁端阻力和側阻力（樁基規范用之計算嵌巖段側阻力）的依據。但是，單軸抗壓強度根本不能真實反映樁端受力特點。首先，單軸抗壓試驗與實際受力狀況完全不一樣：單軸抗壓強度是完全的無側限，而深埋的樁端持力層除了有實實在在的側壓（圍壓）外，巖層尚有一定的結構強度，在小試件單軸抗壓試驗中這種結構強度也將降低【2】。國內一些學者早就強調指出，對軟弱巖帶進行工程地質評價時，必須考慮應力狀態，用解除圍壓的試樣獲得的強度，或者是松動圈內的原位測試成果，必然會嚴重失真【3】。一般勘察成果提供的單軸抗壓強度，取樣時由于鉆探過程使用水或泥漿作為清洗液，取出后解除了圍壓，加上紅層軟巖本身具有的吸水膨脹和失水干裂特性，試樣的強度將受到影響，所得出的結果往往比實際低了很多。前述單軸抗壓強度平均在5Mpa左右，按照JGJ94，計算出的端阻力最大僅3.65Mpa左右（規范條文說明中極軟巖、軟巖端阻系數最大為0.73，嵌固段超過2倍樁徑后逐步減小），而深層平板載荷試驗和巖基載荷試驗在未破壞時，所測出的平均極限承載力值在6.5Mpa左右，且這些試驗的極限值根本還不是真正意義的極限承載力值，僅僅是按照初步設計確定的值進行驗證試驗，滿足即可，初設又只是按公式計算、按單軸抗壓強度確定的，基本沒進一步加載，還有多大提升空間還不得而知。因此，按照規范的計算公式計算的承載力，存在著較大的不合理性，往往會造成樁基工作量不合理增加。

5 兩個樁基載荷試驗結果引發的思考

5.1成都大慈寺某寫字樓

地層情況較為簡單，樁頂以下卵石層2m，強風化泥巖3m，以下全為中風化泥巖。樁徑600mm，樁長30m，樁身砼強度等級C60，設計要求單樁豎向承載力特征值5897KN。試樁3根，在樁頂下1m、5m、9m、13m、17m、21m、25m、29m處8個斷面分別布置鋼筋計與混凝土應變計，進行載荷試驗。由于場地原因，兩根樁分別加載至8840KN、9648KN終止，未達到極限荷載也未發生破壞，1根樁加載至12073KN，并未出現破壞和明顯拐點。圖為加載最大樁的樁身軸力分布曲線。

試樁表明：（1）未出現極限破壞時，樁頂荷載越大，側阻力承擔的荷載比越大；（2）樁身軸力在樁頂下17m區域內，17m以下基本沒有軸力，說明17m樁長已經足夠滿足承載力要求；即便13m樁長也可以滿足，此時樁身軸力僅1MN左右，樁底壓力約為3500KPa，泥巖強度足夠承壓。（3）樁側阻力值大，強風化泥巖以上側阻力值200-300KPa，中風化泥巖段（17m以上部分）500-700KPa，比規范計算高得多；按單軸抗壓強度為8MPa考慮計算，嵌巖段側阻力為320KPa。（4）按照樁基規范計算單樁極限承載力值，極限側阻力標準值卵石層取經驗值表的上限值為170KPa，全風化、強風化泥巖取經驗值表上限值200KPa，單軸抗壓強度取8000KPa（未收集到具體數據，取值應屬偏高范疇），計算所得單樁極限承載力僅5614KN，與試驗結果相差了一倍；即便單軸抗壓強度取12MPa，單樁極限承載力計算值也僅為7534KN，而這么高的單軸抗壓強度在該地區泥巖中幾乎存在。

本案例可以說明以下三個問題：（1）樁長超過一定值后（本項目長徑比28左右），完全屬于無效樁長，設計樁長有較大優化空間；（2）規范公式計算出的承載力過于保守，單樁承載力有較大潛力空間；（3）在泥巖這種軟巖中，由于側阻力值較規范計算大很多，采用中等直徑的灌注樁，仍然可以取得較高的承載力，單位混凝土所提供的承載力效益可最大化，設計時可以考慮采用盡量少采用大直徑樁和過多樁型，優化設計。

5.2藍光錦繡城某樓

該項目設計旋挖鉆孔灌注樁90根，直徑分別為800mm、1000mm、1200mm、1500mm，其單樁豎向承載力特征值分別為2300KN、3500KN、5100KN、7300KN；試驗樁樁頂以下地層情況為硬塑粘土6.3m厚、強風化泥巖2m厚，嵌入中風化泥巖3.3m，設計樁長11.6m；試驗樁樁徑800mm。試驗取得如下結果：（1）當樁頂加載至12級，約5600KN時，測得樁端阻力960KPa，端阻力僅占樁頂總荷載的17%，側阻力占樁頂荷載的83%；（2）加載至設計極限荷載時，硬塑粘土極限側阻力平均值183.4KPa，4.3-6.3m段最大，達283 KPa；同一性狀的硬塑粘土，在不同深度側阻力發揮也不一致，大致隨深度增加而增加；（3）試驗僅僅加載至設計承載力的2倍，未進一步加載，未出現破壞和沉降曲線明顯拐點。

本案例說明：（1）未出現極限破壞時，樁頂荷載越大，側阻力承擔的荷載比越大；（2）樁的長徑比（15）并不大時，側阻力仍然分擔了總荷載的80%以上，呈現摩擦樁特征；（3）加載至設計荷載時硬塑粘土極限側阻力較規范經驗值表取值（上限96KPa）大一倍；（4）由于設計的保守，加載遠未至正真的極限荷載，僅僅為設計值的2倍，如繼續加載，側阻力還將進一步發揮和增大；（5）從各樁設計的承載力值和樁徑關系看，各樁型承載力基本上是800mm樁截面的倍數關系，典型的按照端承樁思路考慮的。

6結語

（1）四川紅層軟巖區嵌巖樁單樁承載力確定時，單軸抗壓強度往往不能真實反應受力特性，運用相關規范計算公式計算的承載力與實際情況存在著較大出入，一方面總的承載力偏低，另一方面也存在計算的端阻和側阻分配與實際情況出入較大。

（2）僅有的試驗結果表明，四川紅層軟巖區嵌巖樁往往具有明顯的摩擦樁特征，且樁側阻力值比規范經驗數據大得多；未出現極限破壞時，樁頂荷載越大，側阻力承擔的荷載比越大；同一性狀土層側阻力并非基本一致，隨深度增加有所增加。部分建筑設計單位常常采用端承樁的做法，與樁的實際受力性狀存在很大差異，也造成大量的工程浪費。

（3）為充分貫徹國家的技術經濟政策，體現綠色環保巖土工程，減少工程浪費，居于前述討論，進一步深入研究四川紅層軟巖嵌巖樁承載力特征，建立符合實際的地方性經驗關系計算公式、修訂相關地方規范顯得尤為重要。

（4）為取得足夠多的數據資料來建立地方經驗和高質量地修訂地方標準，建議由地方建設行政主管部門，強制要求在相應規模的建設項目中，進行一組中小樁徑樁的破壞狀態下的極限載荷試驗（埋設樁身軸力測試元件），數據歸口管理。

參考文獻

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