浅谈桩在泥岩中的承载力设计

葛宏伟

1 项目及地质情况

图1 水泥库平面图

图2 水泥库试验桩Q-S曲线

Sonia 5000t/d水泥生产线位于印度尼西亚爪哇岛，全厂设计生料磨、窑尾框架、生料均化库、窑中、熟料库、水泥库载荷比较大的车间为桩基础，其余车间采用天然基础。地勘报告由印尼当地钻探公司完成，钻孔20m左右，地下水位通常在-2m左右，地表以下-5～-12m以下为中风化泥岩，桩持力层选择强风化泥岩层。泥浆护壁钻孔灌注桩极限侧阻力标准值为140kPa；干作业钻孔灌注桩极限侧阻力标准值为200kPa；岩石单轴抗压强度标准值为3.0MPa。具体分层以及各个土层桩的设计参数是经过国内地勘公司转化的结果。下面以水泥库为例分析桩基设计。

2 桩基设计及载荷试验结果

水泥库是6个ϕ15m的连体库，如图1所示，库底板底面标高12.000，库顶标高 50.000，每个库容量85000kN，6个库总载荷是870000kN。考虑到施工周期和承载力要求，灌注桩设计为ϕ1m，采用干作业施工工艺，设计桩长18m，进入泥岩层大于5d。若按照嵌岩桩计算，单桩竖向承载力特征值只能达到4000kN，6个库约需218根桩。基础板外挑长度不宜过大，同时又要满足3倍桩径要求，在基础范围内难以布置218根桩，因此，4000kN的单桩承载力不能满足设计要求[1]。只能变更设计方案：（1）减小库容；（2）增大库直径；（3）提高单桩承载力；（4）库之间间距加大。由于是总包工程，第一种方案变更比较困难，由于受场地限制，第二、四种方案变更也难以实现，只能考虑第三种方案。按照纯摩擦桩计算，不考虑桩端阻力，理论上加大桩长就可以达到要求的单桩承载力。由于场地内泥岩层的埋深变化较大，选择钻孔ZK-6，根据表1的数值计算，桩长设计18m，进入中风化泥岩层7.7m，设计单桩竖向承载力5000kN，基础设计为整板基础，即能满足桩间距要求，基础外挑板宽度也在合理范围内。由于没有当地工程经验，必须要通过单桩载荷试验来确定桩的承载力[1，2]，在库内某柱子下布置一根试验桩，其余两根布置在库外，做破坏性试验。经桩基试验得出，单桩竖向承载力特征值为3500kN,只达到设计值的70%，图2是水泥库试验桩的PDA试验曲线。在设计承载力保守的情况下，试验值与设计值相差较大。

表1 钻孔ZK-6土层分布

3 偏差原因

（1）土层根据SPT值分层有异议，国内地勘转化公司建议N＞60，即可划分为中风化泥岩层，但其他地勘公司建议N＞90。这样一来，桩端持力层为强风化泥岩层，桩侧摩阻力相对较小。

（2）泥岩遇水极易软化[3]，印尼当地雨量大，场地地下水丰富，水位高，施工中桩孔泡水是一个重要的原因。

（3）桩底沉渣过厚，导致桩端阻力无法发挥作用，这在窑尾车间试验桩得到了验证。桩下端埋了应变片，试验过程中，始终无应变。

通过以上分析，各个车间的桩基设计按照低一级分侧阻力来设计桩的承载力，即地勘转化报告中的中风化土层按照强风化取值，不考虑桩端层阻力，最终的静载试验值与设计值基本一致。

4 结论

设计桩端为泥岩层的桩承载力时，一定要注意泥岩遇水极易软化的特性，特别是在地下水位高，雨水量大的地区，泥岩桩端阻力基本发挥不了作用，桩基承载力务必通过载荷试验来确定。

[1]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[2]GB50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[3]李建平，张芝勇.浅析极软质岩石地基中桩的端阻力特征值的取值[J].中国煤田地质,2006,(12).■