嵌巖樁及較破碎巖石地基灌注樁承載性狀探討

王田龍 黃質(zhì)宏 帥海樂(lè) 楊成 李罡燁

摘要：完整、較完整巖石地基上的嵌巖樁的理論研究已相對(duì)比較完善，然而通過(guò)實(shí)際工程對(duì)嵌巖樁影響因素的研究相對(duì)較少。同時(shí)，對(duì)于嵌入較破碎巖石地基中的樁，規(guī)范沒(méi)有明確的計(jì)算方法，相關(guān)研究也較少。通過(guò)收集的1叭根嵌巖樁的靜載試驗(yàn)資料，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)嵌巖樁的側(cè)阻力、端阻力影響因素進(jìn)行研究，提出一種嵌巖樁的分析模型;結(jié)合嵌巖樁傳力機(jī)理和較破碎巖石的特性探討較破碎巖石樁基傳力機(jī)理，并通過(guò)對(duì)較破碎巖石地基上9組（26根）灌注樁基靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，考慮較破碎巖石中的側(cè)阻力影響系數(shù)及端阻力影響系數(shù)，得到一種適宜較破碎巖石地基樁承載力建議計(jì)算公式，可為相似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：嵌巖樁;承載性狀;較破碎;傳力機(jī)理：樁基礎(chǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

對(duì)于嵌巖樁的理論研究已經(jīng)比較成熟。但通過(guò)實(shí)際工程對(duì)樁的承載特性進(jìn)行的研究較少。另外由于巖石的完整性程度對(duì)承載性狀影響較為顯著，貴陽(yáng)地區(qū)樁基礎(chǔ)的樁端大多數(shù)置于較破碎的巖層中。對(duì)于該類(lèi)型樁的承載力計(jì)算，樁基規(guī)范中未給出具體計(jì)算方法，給樁基的設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多不便。

SERRANO A等、雷孝章等一對(duì)嵌巖樁的側(cè)阻力進(jìn)行了研究，史佩棟對(duì)嵌巖深度、長(zhǎng)細(xì)比等進(jìn)行研究，并提出了計(jì)算嵌巖樁豎向承載力的公式。東南大學(xué)的張帆、張穎輝、黃亞琴通過(guò)樁基載荷試驗(yàn)對(duì)嵌巖樁的承載特性進(jìn)行研究。

賴(lài)慶文等針對(duì)貴州山區(qū)地基特點(diǎn)，按巖石的完整性對(duì)嵌人較破碎巖石中樁的承載力計(jì)算提出建議公式，并提出側(cè)阻、端阻綜合影響系數(shù)。陳筠等對(duì)貴州地區(qū)較破碎巖體上的樁基進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)嵌人較破碎巖體中樁的側(cè)阻力非?？捎^。童菁等根據(jù)地基承載力特征值fa，結(jié)合樁基規(guī)范提出較破碎巖石地基樁承載力的建議計(jì)算公式。湛鎧瑜對(duì)較破碎中等風(fēng)化巖石樁的端阻力進(jìn)行研究。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JG，194-2008）中（以下簡(jiǎn)稱(chēng)樁基規(guī)范），當(dāng)樁端置于完整、較完整基巖時(shí)的嵌巖樁，對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)提出了明確的計(jì)算公式，對(duì)于較破碎巖石則沒(méi)有明確規(guī)定。

本文根據(jù)101根樁基靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)探討影響側(cè)阻力、端阻力的因素，提出一種分析嵌巖樁的模型;并依據(jù)9組（26根）較破碎巖中灌注樁靜載荷試驗(yàn)，探討較破碎巖石地基上樁的承載性狀，提出一種改進(jìn)的計(jì)算方法，可為相似T程提供參考。

1嵌巖樁承載性狀

本文收集了國(guó)內(nèi)101根樁的靜載試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括樁端嵌人極軟巖、軟巖、較軟巖、較硬巖的巖體。本文將嵌巖樁靜載試驗(yàn)資料匯總整理，研究樁端阻力、樁身側(cè)阻力與深徑比、長(zhǎng)徑比、巖石的堅(jiān)硬程度、上覆土厚度的關(guān)系，均未考慮部分離散數(shù)據(jù)。另外，根據(jù)影響嵌巖樁樁端阻力、側(cè)阻力的因素，并充分考慮嵌巖樁的傳力機(jī)理，從位移協(xié)調(diào)角度提出一種分析嵌巖樁的模型。

1.1 深徑比對(duì)嵌巖樁的影響

根據(jù)圖1所示，嵌巖深徑比大于10后，嵌人巖石中的樁體端阻力基本不發(fā)揮。但軟巖、極軟巖在較大的深徑比下，端阻力尚有一定程度的發(fā)揮。

圖2所示，隨著嵌巖深徑比的增大，各巖層中的側(cè)阻力發(fā)揮程度逐漸增大。相同嵌巖深徑比情況下，強(qiáng)度高的巖石側(cè)阻發(fā)揮程度高。

1.2長(zhǎng)徑比對(duì)嵌巖樁的影響

圖3所示，隨著長(zhǎng)徑比的增加，端阻力的發(fā)揮程度降低。當(dāng)長(zhǎng)徑比大于35后，端阻力基本不發(fā)揮。長(zhǎng)徑比相同的情況下，樁端巖石越硬，端阻力發(fā)揮程度越高。

圖4所示，嵌巖段側(cè)阻力與長(zhǎng)徑比近似呈拋物線(xiàn)關(guān)系。長(zhǎng)徑比為30左右達(dá)到極值。

1.3上覆土對(duì)嵌巖樁的影響

圖5所示，嵌巖段側(cè)阻力隨上覆土厚度增大，先變大后變小，在上覆土厚度為30m左右達(dá)到極值。

通過(guò)以上的分析研究可知，嵌巖樁端阻力、側(cè)阻力均與深徑比、長(zhǎng)徑比及巖石的強(qiáng)度有關(guān)，而側(cè)阻力的大小還與上覆土厚度有關(guān)。

1.4嵌巖樁分析模型

對(duì)于嵌巖樁來(lái)說(shuō)，在樁頂豎向荷載作用下，由于樁土相對(duì)滑移及樁身的自身壓縮變形，樁土側(cè)阻力、嵌巖段側(cè)阻力依次發(fā)揮，隨著樁頂荷載的增大，壓縮樁端巖體，端阻力開(kāi)始發(fā)揮。嵌巖樁可用如下分析模型來(lái)表達(dá)，如圖6所示。

樁端發(fā)生的位移主要取決于巖石的抗壓強(qiáng)度、完整程度等巖石本身的性質(zhì)，可簡(jiǎn)化為彈簧模型。巖石的強(qiáng)度及完整性對(duì)應(yīng)于彈簧的彈性常數(shù)：對(duì)于樁側(cè)位移，取決于樁身混凝土與巖石之間的摩擦因數(shù)（與巖石的強(qiáng)度、成樁工藝等有關(guān)）以及垂直于樁身的法向應(yīng)力大小，簡(jiǎn)化為滑動(dòng)模型。

從位移協(xié)調(diào)角度分析，樁身可視為剛體（樁身變形較小），樁頂位移s主要由樁土、樁巖的滑移（S、S）及樁端巖石的壓縮變形S組成，即S=S+S+S。在樁頂荷載Ⅳ的作用下，由于樁土、樁巖側(cè)向位移S和S，的漸次發(fā)揮，產(chǎn)生樁土側(cè)阻力Q和樁巖側(cè)阻力Q樁與樁端巖石的壓縮變形產(chǎn)生端阻力Q，即N=Qk+Q+Q。

對(duì)于較破碎巖石上的樁基如何進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，規(guī)范中未做詳細(xì)說(shuō)明。這給T程設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的問(wèn)題。因此需要對(duì)較破碎巖石樁基礎(chǔ)承載性狀和承載力計(jì)算進(jìn)行探討，以滿(mǎn)足工程需要。

3較破碎巖石地基樁承載性狀

根據(jù)嵌巖樁承載性狀和較破碎巖石的特點(diǎn)，對(duì)較破碎巖石樁基承載性狀進(jìn)行分析。因機(jī)械成孔施工使側(cè)壁凹凸不平，加上較破碎巖體節(jié)理裂隙的存在，混凝土澆筑時(shí)會(huì)使混凝土漿液進(jìn)人樁側(cè)壁和樁底處的巖石，如圖7、8所示。

由于較破碎巖石的節(jié)理裂隙中被混凝土漿液進(jìn)入，在樁側(cè)使樁與巖石界面的摩擦阻力增強(qiáng)，而在樁端則使較破碎巖石的性能得到一定的改善。

在樁頂荷載不斷增大的過(guò)程中，被裂隙進(jìn)人的混凝土漿液將會(huì)對(duì)樁體的承載性狀產(chǎn)生一定影響。在樁側(cè)達(dá)到極限側(cè)阻力即樁側(cè)與巖石將小柱體破壞和樁土、巖石發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)。同時(shí)在樁底由于混凝土漿液進(jìn)入樁底較破碎巖石，使巖石的壓縮性有所改善，從而改變了樁極限端阻力。

5 工程實(shí)例

本文選取9組（26根）較破碎巖石地基上灌注樁的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，樁長(zhǎng)、深徑比、承載力取平均值，見(jiàn)表2。不考慮樁周土體的側(cè)阻力，只計(jì)算嵌巖段承載力。

將表2數(shù)據(jù)代人式（3），計(jì)算所得結(jié)果與靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。其中側(cè)阻、端阻影響系數(shù)由樁基試驗(yàn)計(jì)算得到。

根據(jù)以上分析可以得出：

（1）對(duì)于較軟巖、較硬巖，公式計(jì)算與試驗(yàn)實(shí)測(cè)較為接近，可為相似工程提供一定的參考：對(duì)于軟巖、極軟巖，因試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，巖石性質(zhì)較復(fù)雜且影響因素較多，所得計(jì)算值偏小，建議使用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定樁基承載力。

（2）改進(jìn)公式中使用的側(cè)阻、端阻影響系數(shù)是根據(jù)定義計(jì)算得到的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值。對(duì)于較破碎巖石樁的側(cè)阻、端阻影響系數(shù)，因靜載試驗(yàn)數(shù)量較少，不能給定不同強(qiáng)度和深徑比下相應(yīng)的取值范圍，為本公式存在的不足。今后可根據(jù)不斷地工程實(shí)踐，進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集整理，對(duì)較破碎巖石上的樁側(cè)阻、端阻影響系數(shù)進(jìn)行研究。

6 結(jié)論

本文通過(guò)101根嵌巖樁和26根較破碎巖石樁基的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論。

（1）嵌巖樁的深徑比、長(zhǎng)徑比、巖石強(qiáng)度以及上覆土層厚度對(duì)承載性狀影響較大。

（2）嵌巖樁分析模型對(duì)嵌巖樁的研究有一定的參考。

（3）改進(jìn)的較破碎巖石嵌巖樁的建議計(jì)算公式，考慮較破碎巖石樁的側(cè)阻力、端阻力影響系數(shù)，所得結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)吻合得較好，相似工程可參考，其它情況建議通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定樁基承載力。