四川紅層軟巖區(qū)嵌巖樁單樁承載力有關(guān)問(wèn)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(duì)四川紅層軟巖地區(qū)嵌巖樁承載力問(wèn)題，分析了現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算的不合理性，以試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)進(jìn)行了分析、討論，認(rèn)為四川軟巖區(qū)嵌巖樁主要屬摩擦型樁，承載力有較大的潛力，為進(jìn)一步研究提供了一定參考意義。

關(guān)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(tǒng)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(zhì)膠結(jié)的膠結(jié)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(zhì)最差的一類(lèi)巖石，目前對(duì)這一地層的嵌巖樁承載力特性尚缺乏系統(tǒng)性研究，積累的資料也相對(duì)較少。本文意在提出一些討論意見(jiàn)，供同行們進(jìn)一步研究參考。

2四川紅層軟巖的承載力問(wèn)題

就收集到的成都地區(qū)12個(gè)項(xiàng)目單軸抗壓強(qiáng)度資料可以看出：天然狀態(tài)巖石單軸抗壓強(qiáng)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ150219-2014屬于典型的軟巖和極軟巖。 根據(jù)收集到的5個(gè)項(xiàng)目19個(gè)點(diǎn)深層平板載荷試驗(yàn)（壓板直徑800mm）資料表明：中風(fēng)化泥巖試驗(yàn)的極限承載力在4000—8030KPa之間，平均值6370KPa，且大多數(shù)屬于未達(dá)到破壞的極限承載力值，故尚有一定提高的潛力。19個(gè)項(xiàng)目79個(gè)點(diǎn)中風(fēng)化泥巖未加至極限破壞狀態(tài)（按設(shè)計(jì)荷載的2倍加載）巖基載荷試驗(yàn)（壓板直徑300mm）結(jié)果表明：中風(fēng)化泥巖極限承載力在3150—10996KPa之間，平均值為6674KPa，由于均未達(dá)到真正的極限荷載，PS曲線絕大多數(shù)為線性或緩變型，僅極少數(shù)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)（并非明顯的比例極限點(diǎn)），說(shuō)明真正達(dá)到破壞的或達(dá)到比例界限點(diǎn)的極限承載力將比這個(gè)數(shù)據(jù)高，其中僅有部分資料有單軸抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，一般在5Mpa左右。按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.6條，采用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（黏土質(zhì)巖為天然濕度）按fa=ψr*frk計(jì)算的承載力值和巖基載荷試驗(yàn)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(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算結(jié)果高30%以上。

3目前規(guī)范對(duì)嵌巖樁承載力確定的要求和四川常規(guī)做法

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2011規(guī)定，單樁豎向承載力特征值的確定應(yīng)通過(guò)豎向靜載荷試驗(yàn)確定（除丙級(jí)外）。當(dāng)樁端無(wú)沉渣時(shí)，樁端巖石承載力特征值應(yīng)根據(jù)飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)范5.2.6條確定或者巖基載荷試驗(yàn)確定。也可以采取樁的辦法，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)僅為300直徑樁，且需要消除摩阻力?，F(xiàn)有機(jī)械施工工藝無(wú)沉渣情況比較少見(jiàn)，而試驗(yàn)要求消除摩阻力辦法，僅僅是為了測(cè)得端阻力值。

建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008規(guī)定，設(shè)計(jì)采用的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合下列規(guī)定：設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑樁基，應(yīng)通過(guò)單樁靜載荷試驗(yàn)確定。對(duì)于嵌巖樁，可通過(guò)直徑為0.3米巖基載荷試驗(yàn)確定極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，也可通過(guò)直徑為0.3米嵌巖短墩載荷試驗(yàn)確定極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（應(yīng)埋設(shè)樁身軸力測(cè)試元件進(jìn)行載荷試驗(yàn)）。當(dāng)根據(jù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可按公式計(jì)算【1】。但規(guī)范并未明確什么條件、等級(jí)可用公式計(jì)算。為設(shè)計(jì)單位留有活口，實(shí)際做法中絕大多數(shù)均采用公式計(jì)算確定單樁承載力。

兩本規(guī)范均強(qiáng)調(diào)了確定單樁承載力時(shí)載荷試驗(yàn)的重要性，但由于通過(guò)靜載荷試驗(yàn)確定單樁承載力存在兩方面問(wèn)題，一是需要場(chǎng)地，往往在高層建筑中，場(chǎng)地需要等待基坑開(kāi)完出來(lái)，未開(kāi)挖時(shí)樁長(zhǎng)很長(zhǎng)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況差異較大；二是需要等待時(shí)間，施工設(shè)備機(jī)械僅僅做很少試樁，等待試驗(yàn)結(jié)果再設(shè)計(jì)，中間有較長(zhǎng)的時(shí)間，時(shí)間成本和試驗(yàn)費(fèi)用對(duì)許多業(yè)主認(rèn)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(qū)常規(guī)做法基本上都是按公式計(jì)算。

4關(guān)于嵌巖樁計(jì)算公式的討論

前述兩規(guī)范的計(jì)算公式，均以單軸抗壓強(qiáng)度指標(biāo)作為計(jì)算樁端阻力和側(cè)阻力（樁基規(guī)范用之計(jì)算嵌巖段側(cè)阻力）的依據(jù)。但是，單軸抗壓強(qiáng)度根本不能真實(shí)反映樁端受力特點(diǎn)。首先，單軸抗壓試驗(yàn)與實(shí)際受力狀況完全不一樣：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度是完全的無(wú)側(cè)限，而深埋的樁端持力層除了有實(shí)實(shí)在在的側(cè)壓（圍壓）外，巖層尚有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在小試件單軸抗壓試驗(yàn)中這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也將降低【2】。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者早就強(qiáng)調(diào)指出，對(duì)軟弱巖帶進(jìn)行工程地質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，必須考慮應(yīng)力狀態(tài)，用解除圍壓的試樣獲得的強(qiáng)度，或者是松動(dòng)圈內(nèi)的原位測(cè)試成果，必然會(huì)嚴(yán)重失真【3】。一般勘察成果提供的單軸抗壓強(qiáng)度，取樣時(shí)由于鉆探過(guò)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(qiáng)度將受到影響，所得出的結(jié)果往往比實(shí)際低了很多。前述單軸抗壓強(qiáng)度平均在5Mpa左右，按照J(rèn)GJ94，計(jì)算出的端阻力最大僅3.65Mpa左右（規(guī)范條文說(shuō)明中極軟巖、軟巖端阻系數(shù)最大為0.73，嵌固段超過(guò)2倍樁徑后逐步減?。?，而深層平板載荷試驗(yàn)和巖基載荷試驗(yàn)在未破壞時(shí)，所測(cè)出的平均極限承載力值在6.5Mpa左右，且這些試驗(yàn)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(shè)計(jì)確定的值進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，滿足即可，初設(shè)又只是按公式計(jì)算、按單軸抗壓強(qiáng)度確定的，基本沒(méi)進(jìn)一步加載，還有多大提升空間還不得而知。因此，按照規(guī)范的計(jì)算公式計(jì)算的承載力，存在著較大的不合理性，往往會(huì)造成樁基工作量不合理增加。

5 兩個(gè)樁基載荷試驗(yàn)結(jié)果引發(fā)的思考

5.1成都大慈寺某寫(xiě)字樓

地層情況較為簡(jiǎn)單，樁頂以下卵石層2m，強(qiáng)風(fēng)化泥巖3m，以下全為中風(fēng)化泥巖。樁徑600mm，樁長(zhǎng)30m，樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C60，設(shè)計(jì)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(gè)斷面分別布置鋼筋計(jì)與混凝土應(yīng)變計(jì)，進(jìn)行載荷試驗(yàn)。由于場(chǎng)地原因，兩根樁分別加載至8840KN、9648KN終止，未達(dá)到極限荷載也未發(fā)生破壞，1根樁加載至12073KN，并未出現(xiàn)破壞和明顯拐點(diǎn)。圖為加載最大樁的樁身軸力分布曲線。

試樁表明：（1）未出現(xiàn)極限破壞時(shí)，樁頂荷載越大，側(cè)阻力承擔(dān)的荷載比越大；（2）樁身軸力在樁頂下17m區(qū)域內(nèi)，17m以下基本沒(méi)有軸力，說(shuō)明17m樁長(zhǎng)已經(jīng)足夠滿足承載力要求；即便13m樁長(zhǎng)也可以滿足，此時(shí)樁身軸力僅1MN左右，樁底壓力約為3500KPa，泥巖強(qiáng)度足夠承壓。（3）樁側(cè)阻力值大，強(qiáng)風(fēng)化泥巖以上側(cè)阻力值200-300KPa，中風(fēng)化泥巖段（17m以上部分）500-700KPa，比規(guī)范計(jì)算高得多；按單軸抗壓強(qiáng)度為8MPa考慮計(jì)算，嵌巖段側(cè)阻力為320KPa。（4）按照樁基規(guī)范計(jì)算單樁極限承載力值，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值卵石層取經(jīng)驗(yàn)值表的上限值為170KPa，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化泥巖取經(jīng)驗(yàn)值表上限值200KPa，單軸抗壓強(qiáng)度取8000KPa（未收集到具體數(shù)據(jù)，取值應(yīng)屬偏高范疇），計(jì)算所得單樁極限承載力僅5614KN，與試驗(yàn)結(jié)果相差了一倍；即便單軸抗壓強(qiáng)度取12MPa，單樁極限承載力計(jì)算值也僅為7534KN，而這么高的單軸抗壓強(qiáng)度在該地區(qū)泥巖中幾乎存在。

本案例可以說(shuō)明以下三個(gè)問(wèn)題：（1）樁長(zhǎng)超過(guò)一定值后（本項(xiàng)目長(zhǎng)徑比28左右），完全屬于無(wú)效樁長(zhǎng)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)有較大優(yōu)化空間；（2）規(guī)范公式計(jì)算出的承載力過(guò)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(cè)阻力值較規(guī)范計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用盡量少采用大直徑樁和過(guò)多樁型，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5.2藍(lán)光錦繡城某樓

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(yàn)樁樁頂以下地層情況為硬塑粘土6.3m厚、強(qiáng)風(fēng)化泥巖2m厚，嵌入中風(fēng)化泥巖3.3m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)11.6m；試驗(yàn)樁樁徑800mm。試驗(yàn)取得如下結(jié)果：（1）當(dāng)樁頂加載至12級(jí)，約5600KN時(shí)，測(cè)得樁端阻力960KPa，端阻力僅占樁頂總荷載的17%，側(cè)阻力占樁頂荷載的83%；（2）加載至設(shè)計(jì)極限荷載時(shí)，硬塑粘土極限側(cè)阻力平均值183.4KPa，4.3-6.3m段最大，達(dá)283 KPa；同一性狀的硬塑粘土，在不同深度側(cè)阻力發(fā)揮也不一致，大致隨深度增加而增加；（3）試驗(yàn)僅僅加載至設(shè)計(jì)承載力的2倍，未進(jìn)一步加載，未出現(xiàn)破壞和沉降曲線明顯拐點(diǎn)。

本案例說(shuō)明：（1）未出現(xiàn)極限破壞時(shí)，樁頂荷載越大，側(cè)阻力承擔(dān)的荷載比越大；（2）樁的長(zhǎng)徑比（15）并不大時(shí)，側(cè)阻力仍然分擔(dān)了總荷載的80%以上，呈現(xiàn)摩擦樁特征；（3）加載至設(shè)計(jì)荷載時(shí)硬塑粘土極限側(cè)阻力較規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值表取值（上限96KPa）大一倍；（4）由于設(shè)計(jì)的保守，加載遠(yuǎn)未至正真的極限荷載，僅僅為設(shè)計(jì)值的2倍，如繼續(xù)加載，側(cè)阻力還將進(jìn)一步發(fā)揮和增大；（5）從各樁設(shè)計(jì)的承載力值和樁徑關(guān)系看，各樁型承載力基本上是800mm樁截面的倍數(shù)關(guān)系，典型的按照端承樁思路考慮的。

6結(jié)語(yǔ)

（1）四川紅層軟巖區(qū)嵌巖樁單樁承載力確定時(shí)，單軸抗壓強(qiáng)度往往不能真實(shí)反應(yīng)受力特性，運(yùn)用相關(guān)規(guī)范計(jì)算公式計(jì)算的承載力與實(shí)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(jì)算的端阻和側(cè)阻分配與實(shí)際情況出入較大。

（2）僅有的試驗(yàn)結(jié)果表明，四川紅層軟巖區(qū)嵌巖樁往往具有明顯的摩擦樁特征，且樁側(cè)阻力值比規(guī)范經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)大得多；未出現(xiàn)極限破壞時(shí)，樁頂荷載越大，側(cè)阻力承擔(dān)的荷載比越大；同一性狀土層側(cè)阻力并非基本一致，隨深度增加有所增加。部分建筑設(shè)計(jì)單位常常采用端承樁的做法，與樁的實(shí)際受力性狀存在很大差異，也造成大量的工程浪費(fèi)。

（3）為充分貫徹國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，體現(xiàn)綠色環(huán)保巖土工程，減少工程浪費(fèi)，居于前述討論，進(jìn)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(shí)際的地方性經(jīng)驗(yàn)關(guān)系計(jì)算公式、修訂相關(guān)地方規(guī)范顯得尤為重要。

（4）為取得足夠多的數(shù)據(jù)資料來(lái)建立地方經(jīng)驗(yàn)和高質(zhì)量地修訂地方標(biāo)準(zhǔn)，建議由地方建設(shè)行政主管部門(mén)，強(qiáng)制要求在相應(yīng)規(guī)模的建設(shè)項(xiàng)目中，進(jìn)行一組中小樁徑樁的破壞狀態(tài)下的極限載荷試驗(yàn)（埋設(shè)樁身軸力測(cè)試元件），數(shù)據(jù)歸口管理。

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