岩石地基中嵌岩桩的设计及施工注意问题

张 志 新

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

岩石地基中嵌岩桩的设计及施工注意问题

张 志 新

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

介绍了嵌岩桩持力层的选择与嵌岩深度设计参数的选择范围，结合工程实例，对嵌岩桩的设计进行了详细分析，并总结了嵌岩桩的施工注意事项，为嵌岩桩的设计积累了经验。

嵌岩桩，设计，持力层，检测

嵌岩桩具有单桩承载力特征值高、抵御水平抗震性能较好、沉降较小、群桩效应较低等优点，成为广大山区岩体地基上高层建筑重要的基础形式。其承载性状也一直是国内外学术界、工程界尤为关注的热点之一。最初将之当作端承桩设计，不仅使单桩承载力未得到充分的发挥，而且使桩数大幅度增加，近十余年嵌岩桩工程和试验研究积累了更多资料，对其承载性状的认识进一步深化，因此《建筑桩技术规范》也对嵌岩桩给出了单独的嵌岩桩单桩竖向极限承载力计算公式及检测方法等，使得嵌岩桩在各个行业得到广泛的应用，在基岩埋深较浅的地区，采用大直径的嵌岩桩经济效益尤其明显。

1 嵌岩桩的持力层选择及嵌岩深度

岩石的颗粒间连接牢固、呈整体或具有节理裂隙的岩体。岩石的风化程度分为未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化5个等级。国外认为：只要桩端嵌入岩体中，不论岩体的风化程度如何、坚硬性如何，都称为嵌岩桩，但我国嵌岩桩定义为嵌入未风化、微风化、中等风化的岩石才可，不包括强风化、全风化的情况，要求比国外严格，安全更有保证。 根据持力层基岩性质也可分为软岩嵌岩桩和硬岩嵌岩桩。嵌岩深度在嵌岩桩计算中是一个重要的设计参数，长径比越大桩底承担的荷载越小。在一些工程中，为了确保桩承载力、减少建筑物沉降，对于大吨位嵌岩桩的嵌岩深度应通过计算确定，同时满足构造要求。嵌岩桩嵌入完整的和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5 m，倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；嵌入平整、完整的坚硬和较坚硬岩的深度不宜小于0.2d且不小于0.2 m。施工时应结合相邻基础基底标高控制基础埋置深度，相邻两桩的桩端高差应小于其水平净距(若有扩大头，则为扩大头间净距)；桩净距小于2d或2.5 m时必须采用跳槽开挖。此外在桩底3d范围内应无软弱夹层，断裂带，洞穴和空隙分布，尤其是布桩荷载很大的单桩更为如此。

2 嵌岩桩的设计

规范在计算嵌岩桩单桩竖向极限承载力时包括桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力，当中风化或者强风化岩层以上的土层较薄，嵌岩段总极限阻力和总极限侧阻力悬殊较大，因此本人此时一般在计算单桩竖向极限承载力时仅考虑嵌岩段总极限阻力，但在场地中风化或者强风化岩层以上有较厚土层时桩周土总极限侧阻力计算值较大，此时必须考虑该侧阻，工程实例如下。

2.1 工程地质概况

重庆某工程为地下1层，地上28层，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，结构形式为框架剪力墙结构，主要土层情况如下：①素填土：根据重庆地区同类素填土，为新近填土，压缩性较大，地基承载力特征值及变形值应根据现场荷载试验确定。填土层的负摩阻力系数取0.25。②粉质粘土：土层较薄，分布零星，强度较低。属中等压缩性硬塑状粉质粘土。根据DBJ 50-043-2005工程地质勘察规范并结合重庆地区经验，粉质粘土地基极限承载力标准值fk=180 kPa。③页岩：中风化页岩天然单轴抗压强度标准值为15.98 MPa，为较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。④砂岩：中风化砂岩天然单轴抗压强度标准值为24.66 MPa，为较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。由于第①层素填土土层较厚，最厚处有30 m深，平均厚度在15 m，因此该嵌岩桩计算要特别注意负摩阻力对桩的单桩竖向极限承载力抵消，计算时单桩承载力应为上部承载力标准值加该桩负摩阻力标准值。计算步骤如下。

2.2 钻孔桩灌注

1)材料：混凝土等级：C50；钢筋保护层厚度：50 mm。

2)桩直径为1 000 mm，扩底直径为1 300 mm，每边扩出150 mm，基础嵌入完整中风化岩层深度2 000 m(仅举一个桩进行计算)，要求单桩竖向承载力特征值为13 500 kN。

3)要求持力层为中风化泥岩或砂岩。

2.3 桩竖向承载力特征值计算

1)根据桩基技术规范的5.3.9计算单桩竖向承载特征值。

a.长径比hr/d=1.538;

b.嵌岩端侧阻综合系数和端阻综合系数ζr=1.06;

c.因本工程为干作业成桩(清底干净)，所以ζr乘1.2的增大系数，1.2ζr=1.272;

d.结构重要性系数为1.0;

e.单桩竖向极限承载力标准值Quk=26 980 kN；

单桩竖向承载特征值Quk/2=13 490 kN。

2)桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载。

根据桩基技术规范的5.4.4计算桩侧负摩阻力。

a.σri=∑γeΔze+1/2γiΔzi,求出由土自重引起的桩周层土平均竖向有效应力σr1=0.5×16×30=240。

b.Qs1n=ξniσi=0.25×240=60 kPa。

c.桩侧负摩阻力标准值Q=30×3.141 6×30=2 827 kN。

由于该场地为30 m的人工回填土，未压实，所以没有考虑中性点，按最不利的全长均为负摩阻力进行计算，偏于保守。

3)最终单桩承载力特征值为13 490-2 872=10 618 kN。

3 嵌岩桩的检测

1)嵌岩桩在成孔完成后对持力层的检测可按《建筑基桩检测技术规范》3.3.4条执行，由于嵌岩桩承载力较大，试验的吨位过大，不适宜采用竖向抗压静载试验进行验收承载力的检测，因此规范也给出了对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，该种方法可以在成孔完成后，对岩层采用超前钻取样，判断持力层岩石的单轴抗压强度及桩底下3d且不小于5 m深度范围内有无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。由于桩承载力较大，桩的数量较少，为保证桩的可靠性且检测费用不高，所以我个人建议检测的比例要由规范规定的不应少于总桩数的 10%提高至50%或更多。2)嵌岩桩成桩完成后，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。抽检数量不应少于总桩数的 10%，本次检测的桩与成桩前的检测不重复。

4 嵌岩桩的施工注意事项

1)现场施工时应确定该桩周围的桩底高程，在保证和周边桩能满足刚性角要求的前提下确定该桩桩长再施工。2)成孔完成后，应及时配合检测、监理、设计等单位对孔底进行验收，验收完成后应及时封闭，防止岩层风化，承载力发生变化。3)在检测单位提供孔底岩层单轴抗压强度报告后，满足设计要求承载力再行浇筑桩体，浇筑前应注意：a.桩底进行清底，确保桩底沉渣厚度满足规范要求。b.清底完成后用C30细石混凝土将探孔灌实，并对孔底进行封闭，确保封底成功后再行浇筑。c.浇筑时要采用导管浇筑，导管下口至孔底的距离一般为25 cm～40 cm，导管埋入混凝土深度不小于1.0 m。不可成孔后直接浇筑，容易产生混凝土离析现象。d.浇筑开始后要有节奏的连续提管，保证桩体的密实性。

5 结语

嵌岩桩对端承桩的承载力提高很大，经济性更高，但设计计算及施工过程中需要注意的事项很多，须根据场地情况并严格遵守各项规范规程的要求才能使结构既安全又经济。

[1] JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[2] JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].

On design for socketed pile of rock foundation and its construction precautions

ZHANG Zhi-xin

(ShanxiArchitecturalDesignResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

The paper introduces the selection for the bearing stratum of socketed pile and the selection scopes for the socketed pile depth design parameter, has the detailed analysis of the design for the socketed pile by combining with engineering cases, and sums up its construction precautions, so as to accumulate experience for the design of the socketed pile.

socketed pile, design, bearing stratum, test

2014-07-09

张志新(1980- )，男，工程师

1009-6825(2014)27-0087-02

TU473.1

A