四川红层软岩区嵌岩桩单桩承载力有关问题的讨论

张波

（四川省蜀通岩土工程公司，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：针对四川红层软岩地区嵌岩桩承载力问题，分析了现有规范计算的不合理性，以试验资料为基础进行了分析、讨论，认为四川软岩区嵌岩桩主要属摩擦型桩，承载力有较大的潜力，为进一步研究提供了一定参考意义。

关键词：红层软岩；嵌岩桩；单桩；承载力

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

四川红层软岩主要是指侏罗系上统遂宁组、蓬莱组、沙溪庙组紫灰色、紫红色、棕红色砂泥岩互层的一套地层，由于其泥质胶结的胶结程度较差，又常富含亲水矿物，具有遇水膨胀崩解、失水收缩干裂的特性，又属于膨胀岩，系泥岩中工程性质最差的一类岩石，目前对这一地层的嵌岩桩承载力特性尚缺乏系统性研究，积累的资料也相对较少。本文意在提出一些讨论意见，供同行们进一步研究参考。

2四川红层软岩的承载力问题

就收集到的成都地区12个项目单轴抗压强度资料可以看出：天然状态岩石单轴抗压强度为2.5-10.8MPa，平均值5.14 MPa，且80%以上样本介于3-7MPa之间，这也基本符合四川省范围整体情况；按照《工程岩体分级标准》GBJ150219-2014属于典型的软岩和极软岩。 根据收集到的5个项目19个点深层平板载荷试验（压板直径800mm）资料表明：中风化泥岩试验的极限承载力在4000—8030KPa之间，平均值6370KPa，且大多数属于未达到破坏的极限承载力值，故尚有一定提高的潜力。19个项目79个点中风化泥岩未加至极限破坏状态（按设计荷载的2倍加载）岩基载荷试验（压板直径300mm）结果表明：中风化泥岩极限承载力在3150—10996KPa之间，平均值为6674KPa，由于均未达到真正的极限荷载，PS曲线绝大多数为线性或缓变型，仅极少数曲线出现拐点（并非明显的比例极限点），说明真正达到破坏的或达到比例界限点的极限承载力将比这个数据高，其中仅有部分资料有单轴抗压强度指标，一般在5Mpa左右。按照《建筑地基基礎设计规范》5.2.6条，采用岩石单轴饱和抗压强度（黏土质岩为天然湿度）按fa=ψr*frk计算的承载力值和岩基载荷试验确定的承载力值存在较大差异，按未加至极限破坏荷载情况，也比按单轴抗压强度指标计算结果高30%以上。

3目前规范对嵌岩桩承载力确定的要求和四川常规做法

地基基础设计规范GB50007-2011规定，单桩竖向承载力特征值的确定应通过竖向静载荷试验确定（除丙级外）。当桩端无沉渣时，桩端岩石承载力特征值应根据饱和单轴抗压强度标准值按规范5.2.6条确定或者岩基载荷试验确定。也可以采取桩的办法，试验标准仅为300直径桩，且需要消除摩阻力。现有机械施工工艺无沉渣情况比较少见，而试验要求消除摩阻力办法，仅仅是为了测得端阻力值。

建筑桩基技术规范JGJ94-2008规定，设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载荷试验确定。对于嵌岩桩，可通过直径为0.3米岩基载荷试验确定极限端阻力标准值，也可通过直径为0.3米嵌岩短墩载荷试验确定极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值（应埋设桩身轴力测试元件进行载荷试验）。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按公式计算【1】。但规范并未明确什么条件、等级可用公式计算。为设计单位留有活口，实际做法中绝大多数均采用公式计算确定单桩承载力。

两本规范均强调了确定单桩承载力时载荷试验的重要性，但由于通过静载荷试验确定单桩承载力存在两方面问题，一是需要场地，往往在高层建筑中，场地需要等待基坑开完出来，未开挖时桩长很长，试验结果与实际情况差异较大；二是需要等待时间，施工设备机械仅仅做很少试桩，等待试验结果再设计，中间有较长的时间，时间成本和试验费用对许多业主认为难以接受，因此往往能不做尽量不做，能打擦边球尽量打擦边球，因此，四川地区常规做法基本上都是按公式计算。

4关于嵌岩桩计算公式的讨论

前述两规范的计算公式，均以单轴抗压强度指标作为计算桩端阻力和侧阻力（桩基规范用之计算嵌岩段侧阻力）的依据。但是，单轴抗压强度根本不能真实反映桩端受力特点。首先，单轴抗压试验与实际受力状况完全不一样：单轴抗压强度是完全的无侧限，而深埋的桩端持力层除了有实实在在的侧压（围压）外，岩层尚有一定的结构强度，在小试件单轴抗压试验中这种结构强度也将降低【2】。国内一些学者早就强调指出，对软弱岩带进行工程地质评价时，必须考虑应力状态，用解除围压的试样获得的强度，或者是松动圈内的原位测试成果，必然会严重失真【3】。一般勘察成果提供的单轴抗压强度，取样时由于钻探过程使用水或泥浆作为清洗液，取出后解除了围压，加上红层软岩本身具有的吸水膨胀和失水干裂特性，试样的强度将受到影响，所得出的结果往往比实际低了很多。前述单轴抗压强度平均在5Mpa左右，按照JGJ94，计算出的端阻力最大仅3.65Mpa左右（规范条文说明中极软岩、软岩端阻系数最大为0.73，嵌固段超过2倍桩径后逐步减小），而深层平板载荷试验和岩基载荷试验在未破坏时，所测出的平均极限承载力值在6.5Mpa左右，且这些试验的极限值根本还不是真正意义的极限承载力值，仅仅是按照初步设计确定的值进行验证试验，满足即可，初设又只是按公式计算、按单轴抗压强度确定的，基本没进一步加载，还有多大提升空间还不得而知。因此，按照规范的计算公式计算的承载力，存在着较大的不合理性，往往会造成桩基工作量不合理增加。

5 两个桩基载荷试验结果引发的思考

5.1成都大慈寺某写字楼

地层情况较为简单，桩顶以下卵石层2m，强风化泥岩3m，以下全为中风化泥岩。桩径600mm，桩长30m，桩身砼强度等级C60，设计要求单桩竖向承载力特征值5897KN。试桩3根，在桩顶下1m、5m、9m、13m、17m、21m、25m、29m处8个断面分别布置钢筋计与混凝土应变计，进行载荷试验。由于场地原因，两根桩分别加载至8840KN、9648KN终止，未达到极限荷载也未发生破坏，1根桩加载至12073KN，并未出现破坏和明显拐点。图为加载最大桩的桩身轴力分布曲线。

试桩表明：（1）未出现极限破坏时，桩顶荷载越大，侧阻力承担的荷载比越大；（2）桩身轴力在桩顶下17m区域内，17m以下基本没有轴力，说明17m桩长已经足够满足承载力要求；即便13m桩长也可以满足，此时桩身轴力仅1MN左右，桩底压力约为3500KPa，泥岩强度足够承压。（3）桩侧阻力值大，强风化泥岩以上侧阻力值200-300KPa，中风化泥岩段（17m以上部分）500-700KPa，比规范计算高得多；按单轴抗压强度为8MPa考虑计算，嵌岩段侧阻力为320KPa。（4）按照桩基规范计算单桩极限承载力值，极限侧阻力标准值卵石层取经验值表的上限值为170KPa，全风化、强风化泥岩取经验值表上限值200KPa，单轴抗压强度取8000KPa（未收集到具体数据，取值应属偏高范畴），计算所得单桩极限承载力仅5614KN，与试验结果相差了一倍；即便单轴抗压强度取12MPa，单桩极限承载力计算值也仅为7534KN，而这么高的单轴抗压强度在该地区泥岩中几乎存在。

本案例可以说明以下三个问题：（1）桩长超过一定值后（本项目长径比28左右），完全属于无效桩长，设计桩长有较大优化空间；（2）规范公式计算出的承载力过于保守，单桩承载力有较大潜力空间；（3）在泥岩这种软岩中，由于侧阻力值较规范计算大很多，采用中等直径的灌注桩，仍然可以取得较高的承载力，单位混凝土所提供的承载力效益可最大化，设计时可以考虑采用尽量少采用大直径桩和过多桩型，优化设计。

5.2蓝光锦绣城某楼

该项目设计旋挖钻孔灌注桩90根，直径分别为800mm、1000mm、1200mm、1500mm，其单桩竖向承载力特征值分别为2300KN、3500KN、5100KN、7300KN；试验桩桩顶以下地层情况为硬塑粘土6.3m厚、强风化泥岩2m厚，嵌入中风化泥岩3.3m，设计桩长11.6m；试验桩桩径800mm。试验取得如下结果：（1）当桩顶加载至12级，约5600KN时，測得桩端阻力960KPa，端阻力仅占桩顶总荷载的17%，侧阻力占桩顶荷载的83%；（2）加载至设计极限荷载时，硬塑粘土极限侧阻力平均值183.4KPa，4.3-6.3m段最大，达283 KPa；同一性状的硬塑粘土，在不同深度侧阻力发挥也不一致，大致随深度增加而增加；（3）试验仅仅加载至设计承载力的2倍，未进一步加载，未出现破坏和沉降曲线明显拐点。

本案例说明：（1）未出现极限破坏时，桩顶荷载越大，侧阻力承担的荷载比越大；（2）桩的长径比（15）并不大时，侧阻力仍然分担了总荷载的80%以上，呈现摩擦桩特征；（3）加载至设计荷载时硬塑粘土极限侧阻力较规范经验值表取值（上限96KPa）大一倍；（4）由于设计的保守，加载远未至正真的极限荷载，仅仅为设计值的2倍，如继续加载，侧阻力还将进一步发挥和增大；（5）从各桩设计的承载力值和桩径关系看，各桩型承载力基本上是800mm桩截面的倍数关系，典型的按照端承桩思路考虑的。

6结语

（1）四川红层软岩区嵌岩桩单桩承载力确定时，单轴抗压强度往往不能真实反应受力特性，运用相关规范计算公式计算的承载力与实际情况存在着较大出入，一方面总的承载力偏低，另一方面也存在计算的端阻和侧阻分配与实际情况出入较大。

（2）仅有的试验结果表明，四川红层软岩区嵌岩桩往往具有明显的摩擦桩特征，且桩侧阻力值比规范经验数据大得多；未出现极限破坏时，桩顶荷载越大，侧阻力承担的荷载比越大；同一性状土层侧阻力并非基本一致，随深度增加有所增加。部分建筑设计单位常常采用端承桩的做法，与桩的实际受力性状存在很大差异，也造成大量的工程浪费。

（3）为充分贯彻国家的技术经济政策，体现绿色环保岩土工程，减少工程浪费，居于前述讨论，进一步深入研究四川红层软岩嵌岩桩承载力特征，建立符合实际的地方性经验关系计算公式、修订相关地方规范显得尤为重要。

（4）为取得足够多的数据资料来建立地方经验和高质量地修订地方标准，建议由地方建设行政主管部门，强制要求在相应规模的建设项目中，进行一组中小桩径桩的破坏状态下的极限载荷试验（埋设桩身轴力测试元件），数据归口管理。

参考文献

[1]贺锦美，曾素娟. 南京地区中风化较软岩地区嵌岩桩单桩竖向承载力计算分析[J]. 河南科学，2012，（11）：1624-1627.

[2]潘艾国. 桥梁桩基中极软岩嵌岩灌注桩单桩承载力的优化设计[J]. 江西建材，2012，（01）：178-179.

[3]刘小芳，杨军. 软岩作为持力层的嵌岩桩承载力实例分析[J]. 江苏建筑，2009，（03）：48-50.