巖基上樁側(cè)負摩阻力計算探討

摘 要： 結(jié)合三個工程實例，介紹了根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和重慶市《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》計算支承于基巖上樁側(cè)負摩阻力的計算結(jié)果，通過分析比較，發(fā)現(xiàn)不同的規(guī)范和計算方法，得到的單樁豎向承載力差別很大，有些樁基按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》進行計算甚至沒有承載力，這不符合實際情況。作者根據(jù)樁基破壞模式，提出了個人見解，可供同類工程設(shè)計探討。

關(guān) 鍵 詞：嵌巖樁； 負摩阻力； 特征值；極限標準值

Abstract: This article is to present the calculation results of side negative skin friction of the bedrock upper pile, referring to Technical Code for Building Pile Foundations and Design Code for Building Foundation of Chongqing, integrating examples from 3 respective projects. The analysis shows characteristic value of the vertical bearing capacity of a single pile varies greatly if the referred code and calculation method are different. In some cases, the pile foundation has no bearing capacity calculated by Technical Code for Building Pile Foundations. It obviously contradicts with practical cases. The author suggests his opinion according to pile foundation failure mode for further discussion in similar projects.

Key Words: Rock Socketed pile; Negative Skin Friction; Characteristic Value; Limit Standard Value

中圖分類號： TU198 文獻標識碼： A 文章編號：

1 概述

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[]（JGJ94-2008）（以下簡稱《樁規(guī)》）5.4.2條強制性條文規(guī)定：符合下列條件之一的樁基，當樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基樁的沉降時，在計算基樁承載力時應(yīng)計入樁側(cè)負摩阻力：

⑴ 樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土、液化土層進入相對較硬土層時；

⑵ 樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）時；

⑶ 由于降低地下水位，使樁周土有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降時。

在山區(qū)建設(shè)中，經(jīng)常遇到在深厚回填土上建廠的問題。在前期的場平設(shè)計時，設(shè)計對回填土的回填提出了要求，如分層強夯或分層碾壓等，對處理后的回填土也有具體的指標要求?？墒窃趯嶋H場平中，由于工期或施工水平等影響，回填土質(zhì)量往往達不到設(shè)計要求，由于回填土沒有壓實，在采用樁基時，也必須考慮回填土隨時間固結(jié)沉降對樁身產(chǎn)生的負摩阻力影響。由于回填土層厚度較大，而地勘部門給出的下臥基巖的極限端阻力標準值及飽和單軸抗壓強度標準值偏小，按《樁規(guī)》計算出的單樁豎向承載力特征值偏低甚至于為負值，這對于工程設(shè)計來說毫無意義，也根本無法滿足承載力要求。

2 典型工程實例

2.1重慶某鋼廠環(huán)保搬遷工程

擬建場地原始地貌為丘陵山坡及其間的寬緩?fù)莸?，在此基礎(chǔ)上進行了場地平整。因此，場地回填土層厚度差異很大，回填時間較短，雖然經(jīng)過一定程度的分層碾壓，但這種無規(guī)律的隨意碾壓不具有工程意義。根據(jù)鉆探揭示，素填土層物質(zhì)成分極不均勻，密實程度和均勻性差，回填土粒徑差異大，不宜作為建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)持力層，在樁基礎(chǔ)設(shè)計時，還應(yīng)考慮其固結(jié)沉降所引起的負摩阻力影響。根據(jù)地勘資料揭示，除上述回填土層，還有少量粉質(zhì)粘土層呈零星分布，厚度和層位極不連續(xù)，不能滿足設(shè)計要求。場地下伏基巖層，為泥巖和砂巖兩種，強風(fēng)化層厚度差異較大，中等風(fēng)化基巖層位穩(wěn)定、連續(xù)，均勻性較好。

針對這樣的場地地質(zhì)條件，對于較為重要的建構(gòu)筑物，除基巖暴露或者埋藏較淺的情況采用淺基礎(chǔ)外，其余都采用了挖（或鉆）孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端支承于中等風(fēng)化基巖層上。

2.2云南某煉鐵工程

擬建場地原為低中山坡麓與緩坡區(qū)，現(xiàn)狀地形起伏較大，其持力層底面坡度大于10%。工程建設(shè)按照依山就勢的原則進行分臺整平，在地勢相對較低的地段實施就近開挖就近回填。場地地基土均勻性較差。場地內(nèi)①層素填土、②層粉質(zhì)粘土和③層粉質(zhì)粘土，均屬于弱膨脹潛勢土，承載力偏低，對于較為重要的建構(gòu)筑物，如選用淺基礎(chǔ)進行驗算不能滿足強度和變形要求，可采用人工挖孔灌注樁和泥漿護壁旋挖鉆孔灌注樁兩種型式，樁端支承于④層中風(fēng)化泥巖上。

2.3 四川某煉鐵工程

擬建場地屬深丘地貌，原始地形以山坡、溝谷地形為主，地形起伏較大，地面高差約109.00m，現(xiàn)經(jīng)削高填低整平。根據(jù)現(xiàn)場鉆探取芯鑒別結(jié)果，勘察鉆探深度范圍內(nèi)揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)粘土（Q4el+dl）、三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）?；鶐r埋置較淺地區(qū)建議采用天然地基，以中風(fēng)化基巖作基礎(chǔ)持力層。填土區(qū)結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，層厚最大約36米，基巖埋置較深，建議采用樁基礎(chǔ)，樁尖嵌入中風(fēng)化基巖。樁基方案推薦沖孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁，考慮到新近回填土厚度大且結(jié)構(gòu)松散，在計算樁的豎向承載力時應(yīng)考慮負摩阻力影響。

這幾個項目的樁基，樁端均支承于基巖上，在設(shè)計過程中，關(guān)于樁的負摩擦力的計算和取值，產(chǎn)生了諸多疑問，也引發(fā)了一些有益的討論。

3 《樁規(guī)》的兩種理解和計算對比

如何考慮負摩阻力的影響，《樁規(guī)》第5.4.4條做了規(guī)定。這幾個工程均建設(shè)在回填土場地上，屬于端承型基樁，因此，應(yīng)考慮負摩阻力引起基樁的下拉荷載，并按驗算基樁承載力。

《樁規(guī)》第5.4.4條正文中說：中性點以上單樁樁周第層土負摩阻力標準值，按 (5.4.4-1)公式計算。緊接著又說明當按式(5.4.4-1) 計算的值大于正摩阻力標準值時，取正摩阻力標準值進行設(shè)計；而該條的條文說明（《樁規(guī)》267頁）中，又說：“故當計算負摩阻力超過極限側(cè)摩阻力時，取極限側(cè)摩阻力值”。

由上可以看到，《樁規(guī)》在同一個條款中，對于用正摩阻力來計算樁側(cè)負摩阻力的情況，正文中要求取“標準值”計算，條文說明中卻要求取“極限標準值”計算。那么到底是應(yīng)該取哪個值進行計算？這引發(fā)了我們的思考和討論，在爭論沒有結(jié)果的情況下，讓我們決定先看看實際計算的結(jié)果。

因為取“極限標準值”看起來更偏于安全，因此我們在設(shè)計中最先想到的是取“極限標準值”進行計算。

3.1 工程一

計算參數(shù)：回填土深度35m，樁徑1000mm，采用鉆孔灌注樁，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖，樁端進入中風(fēng)化泥巖2m，中風(fēng)化泥巖飽和單軸抗壓強度，中風(fēng)化泥巖極限側(cè)阻標準值，極限端阻標準值，負摩阻力系數(shù)，回填土重度，回填土極限摩阻力標準值取。

⑴ 按嵌巖樁計算結(jié)果：

單樁豎向極限承載力標準值：

單樁豎向承載力特征值：

下拉荷載：在深度4m處，大于等于正摩阻力標準值，取正摩阻力標準值進行計算。

扣除負摩阻力后單樁豎向承載力特征值：

⑵ 按經(jīng)驗參數(shù)法計算結(jié)果：

單樁豎向承載力特征值：

下拉荷載：

扣除負摩阻力后單樁豎向承載力特征值：

這在工程上的意義就是說，回填土厚度超過35m的樁，樁不但沒有承載力，反而可能因為負摩擦的原因而破壞持力層泥巖，這顯然是不合理也不符合實際情況的。

這樣看來，也許應(yīng)該以“正摩阻力標準值”來計算下拉荷載更為合理。

因此，如果以“標準值”來計算，用正摩阻力算出下拉荷載，就應(yīng)該在“極限標準值”的基礎(chǔ)上除以2，即

。

這時單樁豎向承載力特征值為：

這個結(jié)果看起來可能更符合實際情況些，但感覺單樁豎向承載力還是很低，工程應(yīng)用依然困難。

3.2工程二

計算參數(shù)：回填土深度12.5m，粉質(zhì)粘土厚度3.6m，樁徑1000mm，采用人工挖孔樁，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖。粉質(zhì)粘土極限側(cè)阻標準值，中風(fēng)化泥巖極限側(cè)阻標準值，極限端阻標準值，負摩阻力系數(shù)，回填土重度，回填土極限摩阻力標準值取。本工程地勘部門明確了該地區(qū)樁基不能按嵌巖樁設(shè)計。

按經(jīng)驗參數(shù)法計算結(jié)果：

單樁豎向承載力特征值：

下拉荷載：

扣除負摩阻力后單樁豎向承載力特征值：

單樁豎向承載力還是很低。如果以正摩阻力標準值來計算下拉荷載，則

這個結(jié)果可能更符合實際情況。

3.3 工程三

計算參數(shù)：回填土深度21.5m，樁徑1000mm，采用旋挖樁，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖，樁端進入中風(fēng)化泥巖2m，中風(fēng)化泥巖飽和單軸抗壓強度，中風(fēng)化泥巖極限側(cè)阻標準值，極限端阻標準值，負摩阻力系數(shù)，回填土重度，回填土極限摩阻力標準值取。

⑴ 按嵌巖樁計算結(jié)果：

單樁豎向承載力特征值：

下拉荷載：

扣除負摩阻力后單樁豎向承載力特征值：

⑵ 按經(jīng)驗參數(shù)法計算結(jié)果：

單樁豎向承載力特征值：

下拉荷載：

扣除負摩阻力后單樁豎向承載力特征值：

如果以正摩阻力標準值來計算下拉荷載：

這時單樁豎向承載力特征值為：

，

這個結(jié)果仍然太低。

兩種計算方法得到的結(jié)果，相差非常大，也讓設(shè)計師無所適從，從工程設(shè)計經(jīng)驗來說，我們更傾向于使用前者。

4 重慶地方規(guī)范的規(guī)定和計算結(jié)果

為進一步驗證計算結(jié)果，我們對“工程一”按該工程所在地重慶市的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[]（DBJ50-047-2006）（以下簡稱《重慶地規(guī)》）進行了核算，其結(jié)果如下：

樁端地基承載力特征值：

嵌巖部分承載力特征：

負摩阻力計算同工程一，單樁承受的負摩阻力：

按附錄J中J.0.4條，承載力按下式驗算：

單樁實際能承受的外加荷載為：

與《樁規(guī)》用正摩阻力標準值計算相比，這個結(jié)果可能更符合實際情況一些。

5 分析

根據(jù)《樁規(guī)》進行單樁豎向承載力計算，結(jié)合條文說明取樁周土的正摩阻力極限標準值進行負摩阻力計算，單樁豎向承載力計算結(jié)果為負值，說明該樁不但沒有豎向承載力，還向基巖施加了向下的力，這與實際情況不符，而且工程也無法實施。我們認為，樁端支承的基巖，承載力很高，在樁身承載力滿足的情況下，基巖是不會破壞的，就是說不會發(fā)生刺入式破壞，說明該樁是有豎向承載力的。取樁周土的正摩阻力標準值進行負摩阻力計算，單樁豎向承載力計算結(jié)果為正值，但單樁豎向承載力還是偏小，但在工程上是可行的，可是所耗費的材料較多。

《重慶地規(guī)》附錄J為參考性的附錄，從法律[]上講是規(guī)范不負責(zé)任，因此也不能按此附錄進行設(shè)計。我們曾詢問過該規(guī)范的編制人員，他們認為該附錄不能作為設(shè)計依據(jù)，不建議設(shè)計使用。我們認為，能納入規(guī)范的參考性附錄，至少說明是有參考價值的，而且是有工程經(jīng)驗的。不能作為正式條文，說明對巖基上樁側(cè)的負摩阻力的研究還不夠成熟，尚不能供工程設(shè)計使用。

樁周負摩阻力的發(fā)揮，是一個相對緩慢的過程，隨著樁周土層的緩慢固結(jié)，下拉荷載也是緩慢的施加在樁周的，短期內(nèi)是不可能達到摩阻力極限標準值的。對于支承于基巖上的端承樁，從理論上說，只要樁端持力層和樁身不發(fā)生破壞，單樁豎向承載力是有保障的，《樁規(guī)》取樁周正摩阻力極限標準值的規(guī)定，偏于保守，甚至在某些工程上無法使用。對于具體的工程，需要分析地基破壞形式和樁身承載力綜合考慮，計算出比較符合實際的單樁豎向承載力，即要避免設(shè)計浪費又要保證工程安全。

6 結(jié)論

根據(jù)以上論述及實際工程實踐，可以給出以下結(jié)論：

⑴ 按照國家規(guī)范《樁規(guī)》5.4.4條計算樁側(cè)負摩阻力時，當計算負摩阻力大于正側(cè)摩阻力標準值時，取正摩阻力標準值進行計算。雖然單樁豎向承載力相對于《重慶地規(guī)》仍然偏低，但對于回填土厚度在15m以內(nèi)的場地，基本可以滿足大多數(shù)工程對樁基承載力的要求。而如果取極限側(cè)摩阻力值進行計算，則偏于保守，甚至和某些實際情況不符。

⑵ 《重慶地規(guī)》附錄J為參考性的附錄，對巖基上樁的負摩阻力計算，具有工程意義，建議盡快修訂為正文，并推薦到國家規(guī)范，供工程設(shè)計使用。

⑶ 具體到工程實際中，建議將負摩阻力作為附加下拉荷載，用以驗算中性點處的樁身截面承載力，而計算單樁豎向承載力特征值時，可不考慮負摩阻力的影響。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部． JGJ94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

[2] 重慶市建設(shè)委員會． DBJ50-047-2006 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]．重慶，2006

作者簡介： 李書本，男，1962出生，教授級高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計