嵌巖扁樁承載力計算探討

胡勁，馮暑，胡清，楊詠梅，胡先忠

（1重慶市市政委路橋收費處 重慶 400023 2重慶市瑞豐建筑勘察設(shè)計有限責任公司 重慶 402760 3重慶公用事業(yè)建設(shè)有限公司 重慶 401120）

嵌巖扁樁承載力計算探討

胡勁1，馮暑2，胡清3，楊詠梅3，胡先忠2

（1重慶市市政委路橋收費處 重慶 400023 2重慶市瑞豐建筑勘察設(shè)計有限責任公司 重慶 402760 3重慶公用事業(yè)建設(shè)有限公司 重慶 401120）

嵌巖扁樁在房屋基礎(chǔ)中較多見，由于現(xiàn)行樁基規(guī)范對其承載力的計算未明示，故扁樁承載力的準確計算有難度。本文通過對圓形嵌巖樁承載力的計算分析，提出扁樁樁徑代表值的觀點，并運用于扁樁承載力計算，較好地解決了扁樁承載力的計算問題。

嵌巖扁樁；樁徑代表值；承載力計算；探討

1 前言

近年來重慶地區(qū)的高層建筑日漸增多，對地基基礎(chǔ)的承載力的要求也更高，為了滿足上部建筑豎向作用力的要求，常采用大直徑的人工挖孔擴底嵌巖樁，當兩相鄰?fù)诳讛U底樁的最小中心距小于建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008（以下簡稱“樁規(guī)”）表3.3.3規(guī)定，即1.5倍擴大端直徑時，通常將兩樁的擴大端相連組成連體扁樁或橢圓樁，一般組成連體扁樁的兩樁擴大端的直徑是相等的（也有不相等的情況）。對圓形嵌巖擴底樁，“樁規(guī)”給出了單樁豎向極限承載力的計算公式。如何運用圓樁的承載力計算公式來計算連體扁樁的豎向極限承載力，“樁規(guī)”中尚未明示，故實際操作起來有難度。筆者通過分析后提出扁樁樁徑代表值的觀點，從而可以運用圓樁的公式計算扁樁的承載力。

2 圓形嵌巖樁的豎向承載力

2.1 嵌巖樁單樁的豎向極限承載力

樁端置于完整、較完整基巖的嵌巖圓形截面單樁豎向極限承載力標準值Quk，由樁周土的總極限側(cè)阻力標準值Qsk和嵌巖段的總極限阻力標準值Qrk兩部分組成。Quk按“樁規(guī)”第5.3.9條的公式計算：

由式（2）可知，樁周土的總極限側(cè)阻力與樁的周長、樁周土的極限側(cè)阻力和樁長呈線性關(guān)系，與樁的嵌巖深度無關(guān)，因此用式（2）計算扁樁樁周土的總極限側(cè)阻力是可行的。

由式（3）可知，樁嵌巖段的總極限阻力標準值與樁嵌巖段側(cè)阻和端阻的綜合系數(shù)ζr、巖石單軸抗壓強度標準值frk和樁端截面積Ap呈線性關(guān)系。frk和Ap值是可以確定的，綜合系數(shù)ζr值則是根據(jù)樁嵌巖段的深徑比hr/d查“樁規(guī)”表5.3.9而得，扁樁的嵌巖深度hr是確定的，而扁樁的樁徑有短直徑、長直徑、平均直徑和換算直徑等之分（其定義見3.1節(jié)），不同的直徑就有不同的深徑比，據(jù)此查表得的ζr值和計算的承載力就有差別，故必須首先確定扁樁樁徑合理的代表值才能運用式（3）計算扁樁嵌巖段的承載力。

2.2 樁嵌巖段總極限阻力

“樁規(guī)”5.3.9條的條文說明給出了嵌巖段總極限阻力簡化計算式，嵌巖段總極限阻力標準值Qrk由總極限側(cè)阻力標準值Qrs和總極限端阻力標準值Qrp組成：

系數(shù)ζs和ζp可由“樁規(guī)”的表9查得。 但查系數(shù)ζs和ζp時需要計算嵌巖段的深徑比，故必須首先確定扁樁樁徑合理的代表值后才能用式（4）計算扁樁的承載力。

2.3 嵌巖扁樁豎向承載力計算現(xiàn)狀

目前在嵌巖扁樁的豎向承載力設(shè)計中，通常將扁樁或橢圓樁的短直徑或長直徑作為扁樁或橢圓樁樁徑的代表直徑，據(jù)此計算扁樁的深徑比，查表得綜合系數(shù)ζr，代入“樁規(guī)”嵌巖圓樁的公式計算扁樁的豎向承載力Nik。在各種嵌巖深度下（巖石的單軸抗壓強度標準值frk相同），分別用扁樁的短直徑d1和長直徑d4計算扁樁的豎向承載力N1k、N4k，然后計算這兩組承載力的相對偏差。其計算結(jié)果列于表1、圖1中。

表1 在特定條件下扁樁的豎向承載力Nik的相對偏差值(%)表

圖1 扁樁的A、B曲線圖(L單位：d0)

分析表1和圖1可得：A曲線較B曲線的偏差大，用短直徑d1（扁樁平面的最小尺寸即圓樁直徑）計算得的承載力N1k最大（偏高），用長直徑d4（扁樁平面的最大尺寸）計算得的承載力N4k最?。ㄆ停?，兩者的差值隨圓心距L的增加而增加。當L=0～1.5d0時，A曲線的相對偏差率為0～31%，B曲線的相對偏差率為0～26%；當L=15～3.0d0時，A曲線的相對偏差率為31～46%，B曲線的相對偏差率為26～44%，顯然這樣大的偏差工程上是難以容許的，這樣可能造成工程的浪費和安全隱患。扁樁的準確承載力值應(yīng)該是介于兩者之間，但如何取舍是有待商榷的。

綜上所述，運用圓樁的公式來計算扁樁的承載力時，必須首先確定扁樁樁徑合理的代表值，使承載力的計算誤差盡可能小，既滿足上部結(jié)構(gòu)對承載力的要求，又避免造成工程的浪費和安全隱患。

3 嵌巖扁樁的豎向承載力

3.1 扁樁樁徑的代表值

扁樁的橫、豎剖面圖見圖2和圖3。

圖2 扁樁的橫剖面圖

由圖2、圖3可知扁樁的嵌巖深度hr是確定的也是唯一的。扁樁的橫剖面近似橢圓形，橢圓形的扁樁如何確定樁徑合理的代表值，是較關(guān)鍵的問題。為比較，設(shè)組成扁樁的兩個等直徑圓樁的直徑為d0，兩圓樁的圓心距設(shè)為L，令L=md0，為此扁樁計算直徑可選取以下4種計算方法：

（1）短直徑d1=d0=（d01+d02）/2：組成扁樁的兩個等直徑圓樁的直徑 （兩圓樁的直徑不相等時，可用兩圓樁的平均直徑代之）；

圖3 樁的豎剖面圖

扁樁的計算直徑值di與圓心距L的關(guān)系見表2和圖4所示。

表2 扁樁計算直徑與圓心距的關(guān)系表

圖4 di與L的關(guān)系圖（di、L單位：d0）

由表2和圖4可得：

（1）當L=0時，d1、d2、d3和d4的值均等于d0，即扁樁變?yōu)閳A樁；

這里引入扁樁直徑代表值的觀點，用它代入圓樁的承載力計算式就可以計算扁樁的承載力。究竟用哪一個di作為扁樁直徑的代表值計算承載力最恰當，下面將作分析。

3.2 扁樁承載力的計算圖表

前已闡述，用圓樁的承載計算公式計算扁樁承載力的主要問題是樁徑的代表值的確定問題。由于承載力與綜合系數(shù)ζr成正比，研究綜合系數(shù)的變化規(guī)律就能反映承載力的變化規(guī)律，故下面只討論綜合系數(shù)的變化規(guī)律。

現(xiàn)用扁樁的4種計算直徑計算扁樁的深徑比，由此查表得樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)。扁樁嵌巖深度、計算樁徑、圓心距與樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)的關(guān)系見表3、表4和圖5、圖6。

表3 扁樁嵌巖深度、計算直徑、圓心距與樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)的關(guān)系表(極軟巖、軟巖干作業(yè)挖孔樁)

注：dik、ζik腳標i表樁直徑的類別和對應(yīng)的綜合系數(shù)，k表嵌巖深度。

圖5 hr=1d0、2d0時，ζik與 dii、L的關(guān)系圖（極軟巖、軟巖，L單位：d0）

圖6 hr=1d0、2d0時，ζik與dii、L的關(guān)系圖（較硬巖、堅硬巖，L單位：d0）

表4 扁樁嵌巖深度、計算直徑、圓心距與樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)的關(guān)系表(較硬巖、堅硬巖干作業(yè)挖孔樁)

3.3 扁樁承載力計算分析

由表3、表4和圖5、圖6可得：

（1）當0.0d0≤L ≤3.0d0，嵌巖深度為零時：綜合系數(shù)ζr均相等且與L的大小無關(guān)，此時的樁就是端承樁，豎向承載力可直接用端承樁的公式進行計算，毋須確定扁樁樁徑的代表值；嵌巖深度hr相同時，短直徑d1k對應(yīng)的ζr值為常數(shù)，即為水平直線。

（2）當0.0d0≤L ≤1.5d0，嵌巖深度hr相同時：由平均直徑d2和換算直徑d3所查表得的綜合系數(shù)ζr值隨L的增加而減少，且基本相等，相互偏差率在1%以內(nèi)，與L=0時相比ζr值的降幅為8.3～25.9%；當嵌巖深一定時，與d2和d3所對應(yīng)的ζr值比與d1對應(yīng)的ζr值小3～21%，比與d4對應(yīng)的ζr值大3～10%，即d2和d3對應(yīng)的ζr值曲線與d4對應(yīng)的ζr值曲線較接近些，而與d1對應(yīng)的ζr值曲線偏離較遠些。

（3）當1.5d0＜L ＜3.0d0時：d2與d3所對應(yīng)的ζr值偏差增大，相互偏差率在5.3%以內(nèi)；ζr值隨L的增加而降低的速率加快，與L=0時相比ζr值的降幅為17.5～35.2%。

故由上比較可知，當0.0d0≤L≤1.5d0時，扁樁的承載力：用平均直徑d2和換算直徑d3所得值較接近于用長直徑d4所得值，偏離較小，與用短直徑d1所得值偏離較大。故筆者認為用扁樁的平均直徑或換算直徑作為扁樁樁徑的代表值來計算其承載力是穩(wěn)妥的。

4 結(jié)語

通過上述分析，扁樁的承載力按“樁規(guī)”5.3.9式計算：用扁樁的短直徑所得之值偏大，用扁樁的長直徑所得之值偏小，用扁樁的平均直徑或換算直徑所得之值適中并偏于安全。扁樁的承載力計算在現(xiàn)行規(guī)范未明示前，筆者建議一般建筑可用平均直徑或換算直徑作為嵌巖扁樁樁徑的代表值，并據(jù)此計算扁樁的承載力。對于重要或特殊的以及高地震烈度地區(qū)的建筑，為安全計建議用長直徑作為嵌巖扁樁樁徑的代表值為妥。

嵌巖深度為零時，毋須計算扁樁樁徑的代表值，其豎向承載力直接按端承樁的公式進行計算。

建議今后加大對嵌巖扁樁的試驗研究，探索扁樁和等效圓樁的受力作用機理的異同及關(guān)系，為扁樁的設(shè)計提供科學的依據(jù)。

[1]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DBJ50-047-2006,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

Bearing Capacities Calculation on Rock-Socketed Pickets

Rock-socket piles are commonly used in the house infrastructures.Its bearing capacity is difficult to be calculated accurately since it is not showed in the standard of the pile foundation rightnow.Byway of calculation and analysisof bearing capacity of the round rock-socketed pile,thisarticle puts forward the view of representative valueof thepilediameterand applies it to the calculation,solving the problem to a satisfactory degree.

rock-socketed pile;representative valueof thepile diameter;calculation of bearing capacity;discussion

TU 473.1+2

A

1671-9107（2011）07-0037-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.07.037

2011-04-11

胡勁（1970-），大學本科，工程師，主要從事建筑設(shè)施建設(shè)和管理工作。

余詠梅