《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中嵌巖樁下壓承載力計算方法的討論

鄢秀慶，韓大剛，付曉旭

（1.西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021；2.中國電力技術(shù)裝備有限公司，北京 100052）

0 引言

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008） 3.3.3條規(guī)定[1]，對于嵌入傾斜的完整和較完整的中風(fēng)化巖石的深度不小于0.4d（d 為樁徑） 且不小于0.5 m 的樁基，即可定義為嵌巖樁。對于山區(qū)輸電線路而言，巖石地基較為廣泛，大多數(shù)樁基礎(chǔ)均滿足嵌巖深度的要求，可按嵌巖樁進行計算?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》5.3.9 條給出了嵌巖樁下壓承載力的計算公式[1]，根據(jù)條文說明可知，該公式主要依據(jù)非擴底嵌巖樁推導(dǎo)而得，對于擴底樁基礎(chǔ)，該公式是否適用規(guī)范并未明確。由于山區(qū)輸電線路人工挖孔樁基礎(chǔ)多為擴底基礎(chǔ)，而《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219—2014）[2]引用了《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 5.3.9 條的計算方法，因此，研究規(guī)范公式對于擴底嵌巖樁的適用性是非常必要的。

1 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 規(guī)定的嵌巖段總極限阻力

1.1 規(guī)范公式

嵌巖段總極限阻力是嵌巖樁下壓承載力的重要組成部分，《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》9.4.7 條規(guī)定了嵌巖樁的計算可參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》要求執(zhí)行，即該規(guī)范的5.3.9 條，計算公式如下

其中，Quk為樁的承載力，kN；Qsk為土的極限側(cè)阻力，kN；Qrk為樁的嵌巖段總極限阻力，kN；u 為樁的周長，m；qsik為樁的側(cè)阻力，kPa；li為土層厚度，m；ζr為側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)；frk為飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ap為樁端面積，m2。

樁的嵌巖段總極限阻力Qrk推導(dǎo)過程如下：

其中，ζs為嵌巖段側(cè)阻力系數(shù)；hr為嵌巖段深度，m；ζrp為嵌巖段端阻力系數(shù)。

表1 側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)ζr、嵌巖段側(cè)阻力系數(shù)ζs 及端阻力系數(shù) ζrp

1.2 對規(guī)范公式的理解

規(guī)范將側(cè)阻和端阻通過簡化系數(shù)ζr體現(xiàn)，前提條件是計算側(cè)阻和端阻的直徑是一樣的，也就是說，該簡化推導(dǎo)適用于非擴底樁基礎(chǔ)。對于擴底樁，由于計算側(cè)阻時采用的樁徑為樁身直徑，而計算端阻時則采用的為擴大頭直徑，如果直接采用簡化的側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)ζr，則將給計算結(jié)果帶來較大的差異。選取山區(qū)常見地質(zhì)條件（參數(shù)如表2 所示） 及山區(qū)線路典型樁基（參數(shù)如表3所示） 進行計算，令采用側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)ζr進行計算的方式為綜合系數(shù)法（算法1），分別采用嵌巖段側(cè)阻力系數(shù)ζs及ζrp端阻力系數(shù)進行計算的方式為詳細(xì)系數(shù)法（算法2），計算結(jié)果如表4所示。其中算法1 為采用規(guī)范公式 Qrk＝ζsfrkAp計算的結(jié)果；算法 2 為采用公式 Qrk＝ζsfrkπdhr+計 算 的 結(jié) 果；frk=30 MPa 為硬質(zhì)巖石，frk=15 MPa 為軟質(zhì)巖石。

算法2 將側(cè)阻和端阻分開計算，雖然過程較為煩瑣，但更接近試驗結(jié)果，同時也是規(guī)范簡化公式推導(dǎo)的母公式。從對比結(jié)果來看，主要有以下結(jié)論：第一，采用簡化公式計算，硬質(zhì)巖石承載力提高程度大于軟質(zhì)巖石；樁徑相同時，長徑比（長度/直徑） 大的樁型承載力提高程度要大于長徑比小的樁型。第二，采用規(guī)范給出的綜合系數(shù)法計算結(jié)果均大于詳細(xì)系數(shù)法，提高幅度為30%～50%。

表2 山區(qū)線路典型塔位地質(zhì)參數(shù)

表3 山區(qū)線路典型樁基的幾何參數(shù) m

因此，對于山區(qū)輸電線路擴底嵌巖樁而言，采用規(guī)范給出的綜合系數(shù)法計算是不合適的，其結(jié)果偏不安全。

2 對 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 公式的修正

2.1 推導(dǎo)過程的修正

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》條文5.3.9，對推導(dǎo)過程進行了適當(dāng)修正，修正公式如下：

2.2 修正公式的校驗

為校驗以上公式，本文采取不同的算例進行計算，地質(zhì)情況及樁的幾何尺寸如表2 所示和表3 所示，計算結(jié)果如表4 所示。

在表5 中，算法3 為采用規(guī)范公式Qrk＝ζrfrkAp計算的結(jié)果，即采用修正了ζr的綜合系數(shù)法計算的結(jié)果；算法 4 為采用公式計算的結(jié)果，即采用詳細(xì)計算法計算的結(jié)果；frk=30 MPa為硬質(zhì)巖石，frk=15 MPa 為軟質(zhì)巖石。

可見，對深徑比修正后，綜合系數(shù)法與詳細(xì)計算法結(jié)果基本一致，因此，采用修正深徑比后的綜合系數(shù)法計算嵌巖擴底樁下壓承載力是合適的。

3 結(jié)論

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 規(guī)定了嵌巖樁下壓承載力的計算公式， 《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》對該公式進行了無差別引用。本文分析了該計算公式各參數(shù)及其推導(dǎo)過程，通過采用山區(qū)輸電線路典型地質(zhì)條件及典型樁型進行實例計算，得出以下結(jié)論。

a）《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》嵌巖樁下壓承載力的計算公式是基于非擴底樁推導(dǎo)而得，對于擴底樁而言，采用該公式計算將導(dǎo)致較大的偏差，偏差幅度達(dá)30%～50%，且結(jié)果偏于冒進。

表5 Qrk 修正后計算結(jié)果對比

b）硬質(zhì)巖石承載力偏差程度大于軟質(zhì)巖石，長徑比大的樁型承載力偏差程度大于長徑比小的樁型。

c） 采用修正深徑比后的綜合系數(shù)法計算嵌巖擴底樁下壓承載力與詳細(xì)計算法結(jié)果基本一致。

因此，對于山區(qū)輸電線路嵌巖擴底樁而言，建議采用本文推薦的方法進行計算。