嵌岩桩竖向承载力计算探讨

强若辉

（华陆工程科技有限责任公司，西安710065）

1 引言

嵌岩桩作为一种山区类场地常用的桩型，具有竖向承载力高、桩基沉降量小等特点，在山区、滨海地区的地基工程中得到了广泛的应用，极大地满足了高层建筑、工业厂房、化工装置等大型工程项目基础设计的需要。当基岩埋深较浅时，采用嵌岩桩能够获得非常好的经济效益，有利于节省工程造价。嵌岩桩的设计中基桩的竖向承载力是地基计算的首要任务，越来越多的学者对嵌岩桩的竖向承载特性展开相关研究，从而更加准确地预测嵌岩桩的竖向极限承载力[1，2]。

对比国家标准、行业标准、路桥标准中嵌岩桩的计算方法，存在一定的差异，因此，需要对不同的计算方法进行探讨分析，解析其异同。

2 嵌岩桩竖向承载力规范计算方法的异同

方法1：GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》（以下简称“地基规范”）第8.5.6 条：对于桩端嵌入完整、较为完整的硬质岩中，当桩长较短且入岩较浅时，按照公式（1）估算。

式中，Ra为基桩竖向承载力特征值；qpa为桩端岩层承载力特

征值；Ap为桩底横截面积。

对于桩端嵌入破碎岩和软质岩中的基桩，按式（2）估算。

式中，up为基桩周长；qsia为桩周侧阻力特征值；li为第i层桩侧岩土的厚度。

方法2：JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》（以下简称“桩基规范”）第5.3.9 条：对于桩身置于完整、较完整基岩岩层的嵌岩桩的单桩竖向极限承载力，由桩周土的总极限侧阻力和嵌岩段总极限端阻力组成，按照公式（3）～式（5）估算：

式中，Quk为土的总极限侧阻力标准值；Qsk、Qrk分别为土层段、嵌岩段总极限端阻力标准值；qsik为桩周第i层土的极限侧阻力；ζr为桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数值；frk为岩层的饱和单轴抗压强度标准值。

方法3：JGJ/T 72—2017《高层建筑岩土工程勘察规范》（以下简称“高层勘察规范”）第8.3.12 条：对于嵌入中等风化岩石和微风化岩石中的嵌岩灌注桩，可根据桩端岩石的坚硬程度、桩端岩石的单轴抗压强度标准值及完整程度，按式（6）估算：

式中，Qu为灌注桩的单桩竖向极限承载力；us，ur为桩身在土、全风化、强风化以及中等、微风化岩石中的周长；qsis，qsir为分别为第i层土、岩石的极限侧阻力；qpr为桩端岩石极限端阻力；hri为桩身全截面嵌入第i层中风化、微风化得岩石内的长度值。

方法4：《公路桥涵地基与基础设计规范》（以下简称“公路规范”）第6.3.7 条：对于桩端支撑在基岩上，或桩端嵌入基岩中的钻孔桩、沉桩，基桩的单桩竖向承载力特征值按照（7）估算：

式中，ci为根据岩石强度、岩石破碎程度等因素从而确定出的的端阻力发挥系数；frki为第i层岩石的饱和单轴抗压强度标准值，hi为桩嵌入各个岩层的厚度；frk为岩石的饱和单轴抗压强度标准值；m为岩层的层数，不包括基础地层中的强风化层和全风化层；ζs为覆盖层土的侧阻力发挥系数值；n为土的层数，其中强风化、全风化岩层按照土层考虑。

3 不同规范算法比较

3.1 地基规范算法

对嵌入完整、较完整的硬质岩层中的嵌岩桩，桩长较短且入岩较浅时，公式（1）为只计入桩端阻力的基桩单桩承载力计算公式，当桩端区域的硬质岩强度大于桩身混凝土强度，嵌岩承载力将会以桩身强度为控制因素，桩长较小时计入基桩的侧阻、嵌岩阻力已经没有工程意义，因此，不再计入。在这种情况下，需要提高桩身强度等级，没有必要过多地增大嵌岩深度。

此时，提高单桩承载力的有效途径是增大基桩直径、提高桩身材料强度、保证基桩自身的身施工质量等。

对于嵌入破碎岩、软质岩石中的基桩，基桩的侧阻力所占总的承载力特征值的百分比较大，不能忽略。单桩承载力特征值应当按照公式（2）计算。桩长较大时，同样按照公式（2）计算，能够考虑桩周侧阻力的有利作用。

3.2 桩基规范算法

嵌岩桩极限承载力由桩周土体侧阻力、嵌岩段总侧阻力、总端阻力以上3 部分组成。为简化计算，规范将嵌岩段的桩周侧阻力、桩端阻力合并为桩的嵌岩段极限阻力。

桩周侧阻力主要与桩径、桩长、侧阻力等参数大小成正比；增大桩径、桩长，可以有效提高桩周侧阻力。

嵌岩段总极限阻力与嵌岩深径比、基岩的坚硬程度、基桩的成桩工艺，并考虑干作业桩（清底干净）和泥浆护壁成桩的有利作用。

嵌岩深度大时，嵌岩桩承载力相对较高，但施工难度大，成本高，同时根据参考文献[2]可知，在一定嵌岩深度的范畴之内，增加嵌岩深度可以在一定程度上提高嵌岩桩的承载力，但当嵌岩深度超过一定数值后，嵌岩深度的增加对于单桩竖向承载力的影响相对较小。因此，存在最佳嵌岩深度。最佳嵌岩深度可以充分发挥侧阻力和端阻力的作用，取得一个最优解。目前，最佳的嵌岩深度尚未有一个共识。

3.3 高层勘察规范算法

高层勘察规范算法与桩基规范算法虽然来自不同的路径，但两者的计算结果是接近的，尤其是当深径比为0～4 时，差值在5%以内；当深径比为5～8 时，桩基规范计算值小于高层勘察规范算法，但高层勘察规范算法结果依然是安全的。同时实际工程中深径比大于4 的相对较少，此问题并不突出。

桩基规范将嵌岩段侧阻力和端阻力合并为嵌岩段极限阻力，只适用于嵌岩为同一岩性。当岩性不同时，采用高层勘察规范算法更为合理。

3.4 公路规范算法

公路规范法在我国交通领域的工程设计广泛采用，只有在广东地区的工业与民用建筑工程领域应用比较多，因此，建筑行业的工程师对此普遍比较陌生。公路规范中桩基竖向承载力计算法是传统的基桩承载力计算方法的延续，计算时应根据岩层风化程度、岩石的完整程度，分析嵌岩桩的侧阻力及桩端阻力与岩层饱和单轴抗压强度标准值之间的关系。

4 结语

结构设计相对来说没有唯一解，在保证安全的前提下计算嵌岩桩承载力有很多种算法，不同技术规范算法是都是在实践总结中不断完善的。具体使用时需要结合过往的工程经验并注意各个规范方法的适用条件、使用范围，深入理解不同规范方法的局限性，才能在实践中对嵌岩桩的竖向承载力进行合理、准确的评估，更好地为实际工程服务。