嵌岩桩及较破碎岩石地基灌注桩承载性状探讨

王田龙 黄质宏 帅海乐 杨成 李罡烨

摘要：完整、较完整岩石地基上的嵌岩桩的理论研究已相对比较完善，然而通过实际工程对嵌岩桩影响因素的研究相对较少。同时，对于嵌入较破碎岩石地基中的桩，规范没有明确的计算方法，相关研究也较少。通过收集的1叭根嵌岩桩的静载试验资料，根据统计的试验数据对嵌岩桩的侧阻力、端阻力影响因素进行研究，提出一种嵌岩桩的分析模型;结合嵌岩桩传力机理和较破碎岩石的特性探讨较破碎岩石桩基传力机理，并通过对较破碎岩石地基上9组（26根）灌注桩基静载试验结果进行分析，考虑较破碎岩石中的侧阻力影响系数及端阻力影响系数，得到一种适宜较破碎岩石地基桩承载力建议计算公式，可为相似工程提供参考。

关键词：嵌岩桩;承载性状;较破碎;传力机理：桩基础

中图分类号：TU473.1文献标识码：A

对于嵌岩桩的理论研究已经比较成熟。但通过实际工程对桩的承载特性进行的研究较少。另外由于岩石的完整性程度对承载性状影响较为显著，贵阳地区桩基础的桩端大多数置于较破碎的岩层中。对于该类型桩的承载力计算，桩基规范中未给出具体计算方法，给桩基的设计带来诸多不便。

SERRANO A等、雷孝章等一对嵌岩桩的侧阻力进行了研究，史佩栋对嵌岩深度、长细比等进行研究，并提出了计算嵌岩桩竖向承载力的公式。东南大学的张帆、张颖辉、黄亚琴通过桩基载荷试验对嵌岩桩的承载特性进行研究。

赖庆文等针对贵州山区地基特点，按岩石的完整性对嵌人较破碎岩石中桩的承载力计算提出建议公式，并提出侧阻、端阻综合影响系数。陈筠等对贵州地区较破碎岩体上的桩基进行研究，发现嵌人较破碎岩体中桩的侧阻力非常可观。童菁等根据地基承载力特征值fa，结合桩基规范提出较破碎岩石地基桩承载力的建议计算公式。湛铠瑜对较破碎中等风化岩石桩的端阻力进行研究。《建筑桩基技术规范》（JG，194-2008）中（以下简称桩基规范），当桩端置于完整、较完整基岩时的嵌岩桩，对桩基础进行设计计算时提出了明确的计算公式，对于较破碎岩石则没有明确规定。

本文根据101根桩基静载荷试验数据探讨影响侧阻力、端阻力的因素，提出一种分析嵌岩桩的模型;并依据9组（26根）较破碎岩中灌注桩静载荷试验，探讨较破碎岩石地基上桩的承载性状，提出一种改进的计算方法，可为相似T程提供参考。

1嵌岩桩承载性状

本文收集了国内101根桩的静载试验实测数据，包括桩端嵌人极软岩、软岩、较软岩、较硬岩的岩体。本文将嵌岩桩静载试验资料汇总整理，研究桩端阻力、桩身侧阻力与深径比、长径比、岩石的坚硬程度、上覆土厚度的关系，均未考虑部分离散数据。另外，根据影响嵌岩桩桩端阻力、侧阻力的因素，并充分考虑嵌岩桩的传力机理，从位移协调角度提出一种分析嵌岩桩的模型。

1.1 深径比对嵌岩桩的影响

根据图1所示，嵌岩深径比大于10后，嵌人岩石中的桩体端阻力基本不发挥。但软岩、极软岩在较大的深径比下，端阻力尚有一定程度的发挥。

图2所示，随着嵌岩深径比的增大，各岩层中的侧阻力发挥程度逐渐增大。相同嵌岩深径比情况下，强度高的岩石侧阻发挥程度高。

1.2长径比对嵌岩桩的影响

图3所示，随着长径比的增加，端阻力的发挥程度降低。当长径比大于35后，端阻力基本不发挥。长径比相同的情况下，桩端岩石越硬，端阻力发挥程度越高。

图4所示，嵌岩段侧阻力与长径比近似呈抛物线关系。长径比为30左右达到极值。

1.3上覆土对嵌岩桩的影响

图5所示，嵌岩段侧阻力随上覆土厚度增大，先变大后变小，在上覆土厚度为30m左右达到极值。

通过以上的分析研究可知，嵌岩桩端阻力、侧阻力均与深径比、长径比及岩石的强度有关，而侧阻力的大小还与上覆土厚度有关。

1.4嵌岩桩分析模型

对于嵌岩桩来说，在桩顶竖向荷载作用下，由于樁土相对滑移及桩身的自身压缩变形，桩土侧阻力、嵌岩段侧阻力依次发挥，随着桩顶荷载的增大，压缩桩端岩体，端阻力开始发挥。嵌岩桩可用如下分析模型来表达，如图6所示。

桩端发生的位移主要取决于岩石的抗压强度、完整程度等岩石本身的性质，可简化为弹簧模型。岩石的强度及完整性对应于弹簧的弹性常数：对于桩侧位移，取决于桩身混凝土与岩石之间的摩擦因数（与岩石的强度、成桩工艺等有关）以及垂直于桩身的法向应力大小，简化为滑动模型。

从位移协调角度分析，桩身可视为刚体（桩身变形较小），桩顶位移s主要由桩土、桩岩的滑移（S、S）及桩端岩石的压缩变形S组成，即S=S+S+S。在桩顶荷载Ⅳ的作用下，由于桩土、桩岩侧向位移S和S，的渐次发挥，产生桩土侧阻力Q和桩岩侧阻力Q桩与桩端岩石的压缩变形产生端阻力Q，即N=Qk+Q+Q。

对于较破碎岩石上的桩基如何进行设计计算，规范中未做详细说明。这给T程设计带来了一定的问题。因此需要对较破碎岩石桩基础承载性状和承载力计算进行探讨，以满足工程需要。

3较破碎岩石地基桩承载性状

根据嵌岩桩承载性状和较破碎岩石的特点，对较破碎岩石桩基承载性状进行分析。因机械成孔施工使侧壁凹凸不平，加上较破碎岩体节理裂隙的存在，混凝土浇筑时会使混凝土浆液进人桩侧壁和桩底处的岩石，如图7、8所示。

由于较破碎岩石的节理裂隙中被混凝土浆液进入，在桩侧使桩与岩石界面的摩擦阻力增强，而在桩端则使较破碎岩石的性能得到一定的改善。

在桩顶荷载不断增大的过程中，被裂隙进人的混凝土浆液将会对桩体的承载性状产生一定影响。在桩侧达到极限侧阻力即桩侧与岩石将小柱体破坏和桩土、岩石发生相对滑移时。同时在桩底由于混凝土浆液进入桩底较破碎岩石，使岩石的压缩性有所改善，从而改变了桩极限端阻力。

5 工程实例

本文选取9组（26根）较破碎岩石地基上灌注桩的静载试验数据，桩长、深径比、承载力取平均值，见表2。不考虑桩周土体的侧阻力，只计算嵌岩段承载力。

将表2数据代人式（3），计算所得结果与静载试验数据进行对比，如表3所示。其中侧阻、端阻影响系数由桩基试验计算得到。

根据以上分析可以得出：

（1）对于较软岩、较硬岩，公式计算与试验实测较为接近，可为相似工程提供一定的参考：对于软岩、极软岩，因试验数据较少，岩石性质较复杂且影响因素较多，所得计算值偏小，建议使用现场载荷试验确定桩基承载力。

（2）改进公式中使用的侧阻、端阻影响系数是根据定义计算得到的试验实测值。对于较破碎岩石桩的侧阻、端阻影响系数，因静载试验数量较少，不能给定不同强度和深径比下相应的取值范围，为本公式存在的不足。今后可根据不断地工程实践，进行相关试验数据收集整理，对较破碎岩石上的桩侧阻、端阻影响系数进行研究。

6 结论

本文通过101根嵌岩桩和26根较破碎岩石桩基的静载试验数据，得到如下结论。

（1）嵌岩桩的深径比、长径比、岩石强度以及上覆土层厚度对承载性状影响较大。

（2）嵌岩桩分析模型对嵌岩桩的研究有一定的参考。

（3）改进的较破碎岩石嵌岩桩的建议计算公式，考虑较破碎岩石桩的侧阻力、端阻力影响系数，所得结果与现场静载试验吻合得较好，相似工程可参考，其它情况建议通过现场载荷试验确定桩基承载力。