16技术核定单.doc

技 术 核 定 单
核定编号：2017-10-23
工程名称
晋城市城区南街办事处金华社区居委A2块16#住宅楼
核

定

问

题
关于16#楼桩基有效长度小于5米，但已挖至石灰岩层，石灰岩层厚度不足5米，石灰岩下部为第五层泥岩、而泥岩的承载力为6000kpa，厚度未结穿，如何施工桩基的入岩深度及扩大头部分？

核

定

意

见
对于16#桩长不足5米的情况，应继续下挖至第五层泥岩，以该层作为桩端持力层，桩头按设计图纸要求进行扩底施工
施工单位：

代表人：

年 月 日
监理单位：

代表人：

年 月 日
设计单位：

代表人：

年 月 日
建设单位：

代表人：

年 月 日
地勘单位

代表人：

年 月 日

[主要内容] 综合归纳了12本国家、行业和地方标准，总结了嵌岩桩竖向承载力4种主要规范计算方法，对比了其差别要点；并就使用规范方法的相关问题进行分析讨论。
[关键词] 嵌岩桩；竖向承载力；规范；桩基础
     本文所讨论的嵌岩桩，是指桩端嵌入中等风化或微风化基岩中的桩，通常是钻（冲）孔或人工挖孔的灌注桩，其桩端岩体能取样进行单轴抗压试验。对于桩端支承于全风化、强风化岩中的桩，由于不能取岩样成型，其强度不能通过单轴抗压试验确定，本文不作具体讨论。
嵌岩桩具有承载力高、沉降小、群桩效应低的特点，是高层建筑的主要基础形式之一。单桩竖向承载力是最基本的设计参数，静载试验是规范[1,2]推荐确定单桩竖向承载力的首选方法。然而嵌岩桩单桩承载力大，静载试验费用高，一般难以直接压至极限荷载，某些工程受设备或现场条件限制甚至无法进行静载试验，因此对其承载机理的研究尚不够深入。除重大工程外一般仅采用规范提供的经验参数法估算其承载力。下文将对比常见的嵌岩桩承载力规范计算方法，并对相关问题进行讨论。
1   嵌岩桩竖向承载力的四种规范计算方法
    综合归纳12本国家、行业和地方标准，估算嵌岩桩竖向承载力共有四类规范方法，见表1。四类规范方法有很大的差异，其差别要点汇总于表2。

2   对嵌岩桩岩土勘察报告的研读
仔细研读、正确使用岩土勘察报告，是做好结构设计的关键环节之一，其步骤和方法见文[13]。四类规范计算方法都是直接或间接以基岩的frk推算嵌岩段的桩承载能力，因此对拟采用嵌岩桩的工程，应重点检查勘察报告对基岩持力层的勘察和评价是否到位，包括：
（1）是否评定了基岩的坚硬程度、完整程度和基本质量等级。从表2可知，该评价结论将是决定采用何种规范计算方法的主要依据。
（2）勘探孔是否已钻入预计嵌岩面以下(3~5)d，并穿过溶洞、破碎带，到达稳定地层。
（3）基岩持力层frk试验值是否具有足够的代表性。一方面应采取不少于6组的岩样进行单轴抗压强度试验，另一方面岩样应取自预计桩端深度范围。有的场地上部基岩裂隙发育而取样困难，用于抗压强度试验的岩样取自该岩带的下部，甚至取样深度已接近钻孔终孔深度。对此有必要要求勘察单位取上部的破碎岩样补充做点荷载试验，或根据地方经验对岩样frk值作适当降低。
对基岩设计参数的检查判断，可进一步参考文[14]。
3   注意规范方法适用条件，避免嵌岩桩设计误区
笔者认为，嵌岩桩竖向承载力四种规范计算方法的差异，可能是源于地区、行业的习惯和统计数据来源的差异。按照我国技术标准体系的特点，列入规范的方法、公式一般都有一定的实测数据、成功的工程经验予以支持，是比较成熟可靠的。
根据有关研究[15-19]，各种规范方法的承载力估算结果都普遍偏于安全，个别情况下有较大的富余，因此不存在哪种方法更好的问题。具体使用时需注意规范方法的适用条件、配套的施工要求（如成桩工艺、桩端沉渣厚度等）和调整系数的正确取值，因地制宜地合理选择采用。下面就一些相关问题进行分析讨论。
3.1  是否可以采用地基规范法估算嵌入软岩的嵌岩桩承载力
对嵌入完整、较完整硬质基岩的嵌岩桩，地基规范法提供了只计端阻力的单桩承载力简化计算公式。按《建筑地基基础设计规范》[1]表4.1.3，硬质岩frk>30MPa。
有些工程师没有注意到此法的适用条件。例如文[15]记载了一个嵌岩桩承载力实测值与规范估算值对比的实例，该工程实测值与估算值见表3；原文未交代桩端持力层frk值和完整程度，按该文规范估算值反算，其持力层frk值低于30MPa（表3），可见该工程基岩不属于硬质岩，是不能采用地基规范法估算承载力的。又如文[16]记载了另一个嵌岩桩承载力实测值与规范估算值对比的实例，原文按89版《建筑地基基础设计规范》的规定进行估算，若从现行《建筑地基基础设计规范》[1]的角度来看，该工程基岩frk值仅为10MPa、低于桩身混凝土强度C25，也是不能采用地基规范法估算承载力的。

文[15]试桩结果与规范估算值对比          表3
桩号
桩径/m
实测单桩承载力特征值/kN
地基规范法估算单桩承载力特征值/kN
按ψr=0.5反算桩端持力层frk值/MPa
按ψr=0.2反算桩端持力层frk值/MPa
zh6
1.8
18940
8648
6.8<30
17.0<30
zh7
2.5
23340
27240
11.1<30
27.7<30
zh8
2.5
34200
27240
11.1<30
27.7<30
zh12
1.8
39100
18872
14.8<30
37.1

地基规范法的意义在于硬质基岩强度超过了桩身混凝土强度，嵌岩桩承载力以桩身强度控制，不必要再计入侧阻、嵌岩阻力等不确定因素。这种情况下，用何种规范方法估算岩土对嵌岩桩的支承阻力其实并不重要，重点在于保证桩身强度，不必做桩端扩底，也没有必要过分追求嵌岩深度；提高单桩承载力的有效途径是增大桩径、提高桩身材料强度以及在施工中确保桩身质量、减少桩端沉渣厚度。
3.2  设计阶段是否可以采用高层勘察规程法
高层勘察规程法本来是供勘察阶段估算单桩竖向极限承载力的。作为全国性的行业标准，考虑到我国地域宽阔、岩石性状变化大，《高层建筑岩土工程勘察规程》[3]提供的嵌岩段桩侧阻力、桩端阻力范围值较大，可靠性相对较低。
该法实际上是传统桩基设计概念的延续，直接建立嵌岩段桩侧阻力、桩端阻力与基岩风化程度、完整程度和软硬程度之间的经验关系，利用这种关系预估单桩承载力。当与地方经验相结合，该法估算结果的可靠性比较高，如福建地方标准[9]提供的中风化岩桩侧阻力、桩端阻力范围值就较小，可用于常规嵌岩深径比的嵌岩桩工程。
3.3  建筑工程是否适合采用公路规范法
公路规范法在我国交通部门广泛采用,对大多数建筑行业的工程师而言则比较陌生，只是在广东地区建筑工程应用较多，广东省标准[10，20]一直沿用此法，多年的实践证明是安全可靠的。
例如广州某18层酒店采用钻（冲）孔嵌岩桩基础，如图1所示。塔楼桩径Φ1200~Φ1800，桩端嵌入较完整的微风化花岗岩0.5m，基岩frk值为25.5MPa，按公路规范法（广东省标准[10]）确定单桩承载力特征值为11000~25100kN。受现场条件限制未进行静载试验，改用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，确认满足设计要求后予以验收。在施工过程中进行了系统的沉降观测，直至沉降趋于稳定（工程竣工2年后）为止，最大沉降量为13.29mm，最大沉降差为2.29mm，说明该工程桩承载力的设计取值是安全合理的。

图1  某酒店嵌岩桩基础平面

    公路规范法也是传统桩基设计方法的延续，根据基岩风化程度、完整程度建立嵌岩段桩侧阻力、桩端阻力与基岩frk之间的比例关系。其优点是适用条件宽松、范围广，例如下文提到的两种基岩特殊情况都可以用公路规范法很方便地估算出桩承载力。其缺点是没有考虑嵌岩深径比对桩侧阻力、端阻力分摊比例的影响，公式中端阻力与嵌岩深度无关、侧阻力随嵌岩深度无限增加，是与实际不符的。当嵌岩深径比较大或需要详细考虑嵌岩桩侧阻力和端阻力分摊比例时，宜采用桩基规范法。
3.4  桩基规范法的有关问题
理论及试验表明，在竖向荷载作用下，桩侧阻力较桩端阻力先发挥，且嵌岩段的侧阻力相当大，嵌入中、微风化基岩一定深度后桩底压力已很小。
94版《建筑桩基技术规范》[21]引入嵌岩段侧阻力、端阻力系数反映了这一现象，但该规范参数在hr/d≥5时嵌岩段总极限阻力反而减少，似乎不合理。2008版《建筑桩基技术规范》[2]修改了嵌岩段侧阻力、阻力修正系数，克服了旧版规范的上述问题，比较符合嵌岩桩的竖向承载性状。
以下就两种特殊情况下如何运用桩基规范法进行分析讨论。
3.4.1 桩端中（微）风化基岩能取样测定frk值、完整程度为破碎、较破碎
根据本文的定义，这种情况仍属于嵌岩桩。《建筑桩基技术规范》[2]对此存在以下问题：
（1）该规范表5.3.5-1和表5.3.5-2提供了传统桩基设计方法的经验参数，其中仅有强风化岩层的参数，似乎暗示对中（微）风化基岩就可以按嵌岩桩模式进行计算。
（2）该规范第5.3.9条则规定，仅完整、较完整的基岩方可按嵌岩桩模式进行计算。
（3）因此对风化程度为中（微）风化、完整程度为破碎、较破碎的基岩，该规范没有清晰的设计指引。
鉴于基岩完整程度只是定性评价指标，多数勘察报告判定完整程度并不十分严谨，笔者认为，只要中（微）风化基岩能取样测定frk值，即使勘察报告判定其完整程度为破碎、较破碎，仍可采用桩基规范法。
建议考虑岩层破碎的影响，对嵌岩段侧阻和端阻综合系数ζr适当折减，折减系数可参考《公路桥涵地基与基础设计规范》[4]中C1，C2在基岩不同完整程度下的比例关系，对较破碎基岩建议取0.8~0.85，对破碎基岩建议取0.6~0.65。此外应重视桩基沉降问题，建议对桩端沉渣厚度提出更加严格的要求，施工期间加强沉降观测、以监控桩基沉降的发展。
3.4.2 桩端嵌入岩性或风化程度不同的多个岩层
   《建筑桩基技术规范》[2]对嵌岩段总极限阻力作了如下简化计算：

推导过程中嵌岩段侧阻力和端阻力采用了相同的frk值，说明《建筑桩基技术规范》[2]的简化计算公式仅适用于桩端嵌入岩性和风化程度相同的单一岩层。
    当地面以下第一个中（微）风化岩层厚度较小或frk值较低时，为满足承载力要求嵌岩桩往往需要穿越该岩层、进入下一层岩性或风化程度不同的岩层（图2）。对这种情况，《建筑桩基技术规范》[2]的简化计算公式反而容易造成认识上的混乱，如图2中的嵌岩深度hr应该取hr1，hr1+hr2还是hr2？基岩frk值是取frk1，frk2还是加权平均？

(a)基岩特殊情况1            (b) 基岩特殊情况2

图2  桩端基岩特殊情况举例
    如用桩基规范法计算嵌岩段有多个岩层的情况，建议不采用《建筑桩基技术规范》[2]的简化计算公式，而按下面公式直接计算嵌岩段侧阻力和端阻力：

    式（2）中各嵌岩段侧阻力系数ζsi、端阻力系数ζp可参阅《建筑桩基技术规范》[2]第5.3.9条条文说明的表9，查表时嵌岩总深度hr可按下式计算，即hr从地面以下第一个中风化岩面起计（如中风化岩层缺失则从第一个微风化岩面起计）：

4   结语
结构设计没有唯一解，在保证安全的前提下可用解可以有很多。技术规范是工程实践经验和教训的总结，因此对同一个工程问题，不同的规范可能会有不同的规定，提供不同的解决方案。结构工程师一方面应尊重技术规范中包含的工程经验，另一方面应注意各种规范方法的适用范围，分析其局限性，对比其地区性、合理性的差别，并在工程实践对其进行检验，不断地改进和提高。

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