嵌巖樁豎向承載力計算探討

強若輝

（華陸工程科技有限責任公司，西安710065）

1 引言

嵌巖樁作為一種山區類場地常用的樁型，具有豎向承載力高、樁基沉降量小等特點，在山區、濱海地區的地基工程中得到了廣泛的應用，極大地滿足了高層建筑、工業廠房、化工裝置等大型工程項目基礎設計的需要。當基巖埋深較淺時，采用嵌巖樁能夠獲得非常好的經濟效益，有利于節省工程造價。嵌巖樁的設計中基樁的豎向承載力是地基計算的首要任務，越來越多的學者對嵌巖樁的豎向承載特性展開相關研究，從而更加準確地預測嵌巖樁的豎向極限承載力[1，2]。

對比國家標準、行業標準、路橋標準中嵌巖樁的計算方法，存在一定的差異，因此，需要對不同的計算方法進行探討分析，解析其異同。

2 嵌巖樁豎向承載力規范計算方法的異同

方法1：GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》（以下簡稱“地基規范”）第8.5.6 條：對于樁端嵌入完整、較為完整的硬質巖中，當樁長較短且入巖較淺時，按照公式（1）估算。

式中，Ra為基樁豎向承載力特征值；qpa為樁端巖層承載力特

征值；Ap為樁底橫截面積。

對于樁端嵌入破碎巖和軟質巖中的基樁，按式（2）估算。

式中，up為基樁周長；qsia為樁周側阻力特征值；li為第i層樁側巖土的厚度。

方法2：JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》（以下簡稱“樁基規范”）第5.3.9 條：對于樁身置于完整、較完整基巖巖層的嵌巖樁的單樁豎向極限承載力，由樁周土的總極限側阻力和嵌巖段總極限端阻力組成，按照公式（3）～式（5）估算：

式中，Quk為土的總極限側阻力標準值；Qsk、Qrk分別為土層段、嵌巖段總極限端阻力標準值；qsik為樁周第i層土的極限側阻力；ζr為樁嵌巖段側阻和端阻綜合系數值；frk為巖層的飽和單軸抗壓強度標準值。

方法3：JGJ/T 72—2017《高層建筑巖土工程勘察規范》（以下簡稱“高層勘察規范”）第8.3.12 條：對于嵌入中等風化巖石和微風化巖石中的嵌巖灌注樁，可根據樁端巖石的堅硬程度、樁端巖石的單軸抗壓強度標準值及完整程度，按式（6）估算：

式中，Qu為灌注樁的單樁豎向極限承載力；us，ur為樁身在土、全風化、強風化以及中等、微風化巖石中的周長；qsis，qsir為分別為第i層土、巖石的極限側阻力；qpr為樁端巖石極限端阻力；hri為樁身全截面嵌入第i層中風化、微風化得巖石內的長度值。

方法4：《公路橋涵地基與基礎設計規范》（以下簡稱“公路規范”）第6.3.7 條：對于樁端支撐在基巖上，或樁端嵌入基巖中的鉆孔樁、沉樁，基樁的單樁豎向承載力特征值按照（7）估算：

式中，ci為根據巖石強度、巖石破碎程度等因素從而確定出的的端阻力發揮系數；frki為第i層巖石的飽和單軸抗壓強度標準值，hi為樁嵌入各個巖層的厚度；frk為巖石的飽和單軸抗壓強度標準值；m為巖層的層數，不包括基礎地層中的強風化層和全風化層；ζs為覆蓋層土的側阻力發揮系數值；n為土的層數，其中強風化、全風化巖層按照土層考慮。

3 不同規范算法比較

3.1 地基規范算法

對嵌入完整、較完整的硬質巖層中的嵌巖樁，樁長較短且入巖較淺時，公式（1）為只計入樁端阻力的基樁單樁承載力計算公式，當樁端區域的硬質巖強度大于樁身混凝土強度，嵌巖承載力將會以樁身強度為控制因素，樁長較小時計入基樁的側阻、嵌巖阻力已經沒有工程意義，因此，不再計入。在這種情況下，需要提高樁身強度等級，沒有必要過多地增大嵌巖深度。

此時，提高單樁承載力的有效途徑是增大基樁直徑、提高樁身材料強度、保證基樁自身的身施工質量等。

對于嵌入破碎巖、軟質巖石中的基樁，基樁的側阻力所占總的承載力特征值的百分比較大，不能忽略。單樁承載力特征值應當按照公式（2）計算。樁長較大時，同樣按照公式（2）計算，能夠考慮樁周側阻力的有利作用。

3.2 樁基規范算法

嵌巖樁極限承載力由樁周土體側阻力、嵌巖段總側阻力、總端阻力以上3 部分組成。為簡化計算，規范將嵌巖段的樁周側阻力、樁端阻力合并為樁的嵌巖段極限阻力。

樁周側阻力主要與樁徑、樁長、側阻力等參數大小成正比；增大樁徑、樁長，可以有效提高樁周側阻力。

嵌巖段總極限阻力與嵌巖深徑比、基巖的堅硬程度、基樁的成樁工藝，并考慮干作業樁（清底干凈）和泥漿護壁成樁的有利作用。

嵌巖深度大時，嵌巖樁承載力相對較高，但施工難度大，成本高，同時根據參考文獻[2]可知，在一定嵌巖深度的范疇之內，增加嵌巖深度可以在一定程度上提高嵌巖樁的承載力，但當嵌巖深度超過一定數值后，嵌巖深度的增加對于單樁豎向承載力的影響相對較小。因此，存在最佳嵌巖深度。最佳嵌巖深度可以充分發揮側阻力和端阻力的作用，取得一個最優解。目前，最佳的嵌巖深度尚未有一個共識。

3.3 高層勘察規范算法

高層勘察規范算法與樁基規范算法雖然來自不同的路徑，但兩者的計算結果是接近的，尤其是當深徑比為0～4 時，差值在5%以內；當深徑比為5～8 時，樁基規范計算值小于高層勘察規范算法，但高層勘察規范算法結果依然是安全的。同時實際工程中深徑比大于4 的相對較少，此問題并不突出。

樁基規范將嵌巖段側阻力和端阻力合并為嵌巖段極限阻力，只適用于嵌巖為同一巖性。當巖性不同時，采用高層勘察規范算法更為合理。

3.4 公路規范算法

公路規范法在我國交通領域的工程設計廣泛采用，只有在廣東地區的工業與民用建筑工程領域應用比較多，因此，建筑行業的工程師對此普遍比較陌生。公路規范中樁基豎向承載力計算法是傳統的基樁承載力計算方法的延續，計算時應根據巖層風化程度、巖石的完整程度，分析嵌巖樁的側阻力及樁端阻力與巖層飽和單軸抗壓強度標準值之間的關系。

4 結語

結構設計相對來說沒有唯一解，在保證安全的前提下計算嵌巖樁承載力有很多種算法，不同技術規范算法是都是在實踐總結中不斷完善的。具體使用時需要結合過往的工程經驗并注意各個規范方法的適用條件、使用范圍，深入理解不同規范方法的局限性，才能在實踐中對嵌巖樁的豎向承載力進行合理、準確的評估，更好地為實際工程服務。