浅谈嵌岩桩基础的勘察设计与应用

吴佳佳

在高速公路工程建设中，桩基础已经成为桥梁等构造物的主要基础形式。而又因钻孔灌注桩其桩径桩长选择灵活、适应性广、抗震性能好等优点被更为广泛的使用。

钻孔灌注桩根据受力情况的不同又可分为摩擦桩和嵌岩桩。当地下岩层埋置较深，无法使用扩大基础时，钻孔灌注桩穿过岩层以上较松软的覆盖土层，桩底支承在岩层或硬土层等实际非压缩性土层时，基本依靠桩底土层抵抗力支承垂直荷载，这种桩因其沉降微小，垂直荷载基本由桩底基岩承担，这种桩即我们通常所说的嵌岩灌注桩。

由于基岩强度高，能够提供很强的承载力，桩基沉降在成桩过程中基本完成，能够大量用在天然浅基础不能满足桥梁对地基强度、变形和稳定性方面的要求时，被广泛应用在山区高速公路桥梁设计中。

在以前的工程设计中，对于嵌岩桩的受力认识往往存在一定的误区，认为嵌岩桩即端承桩，完全不考虑桩周土体的摩阻力，这将无谓增加桩基长度，造成不必要的浪费。实际研究表明，桩身受力是自上而下的，当桩顶受到桥墩传递来的竖向荷载作用时，桩身本身会产生一定的弹性压缩变形，相邻桩周土体发生或即将发生相对位移，产生桩侧摩阻力，随着桩顶荷载加大，竖向荷载继续往下传递，直至桩尖，当桩侧摩阻力增大至最大值时，桩端阻力逐步产生并增大直至最大值。

在现行的新版《公路桥涵地基与基础设计规范》中所给出的嵌岩桩单桩轴向受压容许承载力考虑了桩侧土层、嵌岩段摩阻力的计算，计算公式为:

其中，［R］为单桩轴向受压容许承载力，kN;c1，c2分别为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而确定的系数;Ap为桩底截面积，对于扩底桩取扩底面积，m2;frk为桩端岩石饱和单轴抗压标准强度，kPa;hi为桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括全风化和强风化岩石，m;u为各岩层和土层部分的横截面周长，m;ζs为覆盖土层的侧阻力发挥系数，根据桩端岩石饱和单轴抗压强度确定，当2 MPa≤frk＜15 MPa时，ζs=0.8，当15 MPa≤frk＜30 MPa时，ζs=0.5，当frk＞30 MPa时，ζs=0.2;li为各土层的厚度;qik为桩侧第i层土的侧摩阻力标准值，采用单桩摩阻力试验值，kPa;n为土层的层数，强风化和全风化岩石按土层考虑。

嵌岩桩的承载力应根据不同受力情况，分别按桩身结构强度和地基对桩的支承能力进行计算。

嵌岩桩桩基础工程的勘察，除应满足《公路桥涵地基与基础设计规范》的相关规定外，尚应符合下列规定:

1)钻孔布置数量和间距应根据桥梁布孔等综合因素确定。当相邻两孔间的岩层面坡度较大时，应适当加密钻孔，对桥位处地质复杂的情况，宜逐孔钻。

2)控制性钻孔应占钻孔总数的1/3～1/2。钻孔深度应钻至桩尖以下3倍～5倍桩径处，当持力岩层较薄有部分钻孔钻穿过持力岩层时，还应探明下卧层的地质情况。

3)在岩溶发育地区，应仔细查明溶洞、溶沟和石笋等不良地质分布情况。

灌注型嵌岩桩桩身构造应符合桥梁工程灌注桩设计与施工的有关规定。灌注型嵌岩桩嵌岩段的直径和配筋，应根据桩的受力状况确定，并应符合下列规定:

1)主筋宜采用螺纹钢筋，直径不小于18 mm，截面积应计算确定，且配筋率不宜小于0.4%，根数不宜少于12根，应沿周长均匀通长布置。当嵌岩孔径小于桩径时，嵌岩段主筋伸入上部桩内的长度不应小于35倍主筋直径。

2)箍筋宜采用Ⅰ级钢筋，直径不应小于8 mm，间距应为150 mm～300 mm，并宜每隔2 m左右焊接一道加强箍筋，其直径不宜小于16 mm。在岩面上下1 000 mm范围内箍筋间距不应大于60 mm，宜采用螺旋或焊接环式箍筋。

3)桩的混凝土强度等级不应低于C25。

4)对于桩底沉淀土厚度应作明确指示，以减少桩基后期沉降。

5)由于嵌岩桩桩尖应力较大，对于较长桩基宜增加声测管，以保证桩基混凝土强度。

嵌岩桩在完成了前期的勘察设计以后，后期的施工质量对保证桥梁运营期的安全至关重要。

在山西黄土高原地区，嵌岩桩多以人工挖孔与冲击钻孔为主。

在冲击钻孔过程中，时常伴有坍孔、卡钻现象的发生。坍孔产生的主要原因有护筒埋设过浅、周边回填土不密实、泥浆比重过低等;漏浆主要是因为孔壁不密实、空隙大、透水性强。往往坍孔伴随在漏浆之后产生，为避免漏浆坍孔的发生，必须首先保证泥浆的比重，其次在漏浆发生前，或漏浆起始阶段，采取抛红粘土和片石的方式，使孔壁挤压密实。对于卡钻现象，较轻微的，可以用起重设备小心提锤，较严重的，应实施水下微量爆破，将周边岩体破碎后，再实施提锤。

［1］ 张 军，周强新.岩溶地区长嵌岩桩的优化设计［J］.山西建筑，2010，36(20):95-96.

［2］ 胡德华，吴燕玲.嵌岩桩桩端极限阻力分析与设计研究［J］.路基工程，2010(3):89-90.