浅析嵌岩端承桩桩底冲切问题

王铂清

海南建设工程第四公司 海南海口 570314

摘 要：嵌岩桩是工程中普遍使用的一种桩型，桩基规范的强条对持力层岩层厚度及性能有着明确要求，导致桩底冲切问题容易被忽略。本文详细介绍了嵌岩桩桩底持力层的要求，并利用基础冲切的计算方法来计算桩底冲切问题。结合工程实例对桩底冲切问题进行探讨。

关键词：嵌岩桩；冲切破坏；基础冲切；单桩静载试验

1 引言

随着经济高速发展，建筑、桥梁、立交等工程难度、规模越来越大。不同地质条件对桩基工程的挑战也急剧增加。嵌岩桩是岩石地区经常用到的地基形式。其持力层的性状、深度直接决定着嵌岩桩单桩承载力的大小。规范规定嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。当桩底持力层厚度不满足要求时，冲切破坏成为影响桩基承载力的主要问题。本文就桩底持力层冲切破坏结合工程实例进行探讨。

2规范中关于嵌岩桩的规定

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.2.6对于完整、较完整、较破碎的岩石地基承载力特征值可按本规范附录H岩基载荷试验方法确定；对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：

f_a=ψ_r·f_rk (5.2.6)

式中：f_a——岩石地基承载力特征值(kPa)；

f_rk——岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），可按本规范附录J确定；

ψ_r——折减系数。根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地方经验确定。无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取0.1～0.2。

注: ①上述折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的继续；

②对于粘土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理。”

关于桩底岩层厚度规范描述如下：

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第“8.5.6.6嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。当桩端无沉渣时，桩端岩石承载力特征值应根据岩石饱和单轴抗压强度标准值按本规范5.2.6条确定，或按本规范附录H用岩基载荷试验确定。”

3 桩底冲切破坏的分析

规范及相关设计要求针对桩端抗冲切验算并未做出明确要求，鉴于工程特殊性，对嵌岩桩桩端抗冲切进行简化计算，供参考。从表1可以看出，桩底的冲切问题和基础的冲切问题，材料到荷载都基本类似，可以将桩底的冲切问题近似看为基础的冲切问题。

由《地基基础设计规范》8.2.8得柱下独立基础受冲切承载力按下式验算：

（1）

式中： 为受冲切承载力截面高度影响系数，取1.0；

为岩体轴心抗拉强度；

为冲切面最不利一侧计算长度， ， ；

为基础抗冲切有效高度。

得出： （2）

4实例分析

4.1工程概况

工程采用冲孔灌注桩，有效桩长范围9.443～11.333米,以桩尖进入持力层⑦层中风化玄武岩深≥500mm为控制指标，原设计桩径700mm，单桩竖向承载力特征值Ra为4500KN；原设计桩径900mm，单桩竖向承载力特征值Ra为8000KN。

受项目部委托，检测单位进行单桩竖向承载力试验，用来确定工程桩基承载力。其中桩径700mm的3根试验桩达到设计要求，单桩试验极限承载力为9000KN；Φ900㎜工程桩试验结果：3根试验极限承载力满足设计极限荷载16000 kN要求；5根桩试验极限荷载不满足设计荷载要求。

依据试桩结果，设计方对原有直径为900mm的桩的单桩极限承载力取值降低，并进行补桩。勘察单位对不合格桩进行了补充钻探。

4.2工程地质

本次勘察查明，在勘探55.10m深度范围内，场地地层为第四系全新统海相沉积土（Q₄^m）、第四系上更新统喷发岩（βQ₃）及残积土（Q^el）、第四系下更新统海陆相沉积土（Q₁^mc）和上第三系海相沉积土（N₂^m）。根据地层岩性特征和沉积新老关系从上而下划分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩共十个工程地质层。分述如下：

①层细砂(Q₄^m)：分布全场地。黄、灰黄色，局部底部为浅灰色，干～饱和，松散～稍密状。石英质，次圆状，主要由细粒组成，次为粗中粒、粉粒，粘粒含量<3%。层底埋深6.10～9.20m,平均值7.05m；层厚6.10～9.20m,平均值7.05m。

②层淤泥质粘土(Q₄^m)：深灰、灰黑色，流塑～软塑状，主要成份为粉粒、粘粒，含有机质，局部地段含较多石英砂粒，微且嗅味。层底埋深7.00～9.30m,平均值7.97m；层厚0.70～2.30m，平均值1.20m。

③层砾砂(Q₄^m)：分布全场地。黄、灰黄色，局部顶部夹浅灰色，饱和，中密状为主。层底埋深9.50～14.80m,平均值12.54m；层厚0.70～7.20m，平均值4.60m。

④层粘土(Q₄^m)：分布全场地。灰色，流塑状，局部软塑状，由粉粒、粘粒组成，较纯。层底埋深12.10～18.10m,平均值15.95m；层厚1.40～6.80m，平均值3.42m。

⑤层粉质粘土(Q^el)：为玄武岩残积土。层底埋深15.50～15.50m,平均值17.28m；层厚0.70～1.90m，平均值1.21m。

⑥层强风化玄武岩（βQ₃）：部分孔有揭露，灰、褐灰色，隐晶质结构，气孔状构造。主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石。气孔、裂隙发育，岩芯破碎，多呈块状，少量短柱状，局部夹较多风化土，RQD=0-10。层底埋深15.50～17.60m,平均值16.59m；层厚0.80～2.20m，平均值1.18m。

⑦层中等风化玄武岩（βQ₃）：分布全场地。灰色，隐晶质结构，气孔-微孔状构造。主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石等，裂隙稍发育，岩芯较完整，局部破碎，多呈短柱状、块状，少量长柱状，岩芯长8-100cm，岩石较硬。RQD=40-70。局部底部夹20-40cm强风化凝灰岩。层底埋深19.30～22.00m,平均值20.27m；层厚1.60～5.30m，平均值3.62m。孔深为20.00m孔未揭穿。

⑧层中砂（Q₁^mc）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到。浅灰黄、浅绿黄色，饱和，中密状为主，石英质，次圆状；揭露层厚3.00～7.10m，平均值5.19m。孔深为25.00m孔未揭穿。

⑨层粘土（Q₁^mc）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到。浅灰黄、浅黄、绿灰色，可塑～硬塑状，；揭露层底埋深26.60～31.10m,平均值28.86m；揭露层厚1.30～5.80m，平均值3.23m。

⑩层粉质粘土（N₂^m）：受钻探孔深限制，20.00m孔深未揭露到。揭露最大厚度28.50m。本次钻探未揭穿。

4.3原因分析

4.3.1桩端持力层

（1）不合格桩临近勘察孔地勘描述

施工前勘察报告：第七层中风化玄武岩描述为灰色，隐晶质结构，气孔-微孔状构造。主要矿物成分为斜长石、辉石、橄榄石等，裂隙稍发育，岩芯较完整，局部破碎，多呈短柱状、块状，少量长柱状，岩芯长8-100cm，岩石较硬。RQD=40-70。层厚1.60～5.30m，平均值3.62m。局部底部夹20-40cm强风化凝灰岩。层厚1.60～5.30m，平均值3.62m。

成桩后钻探说明：第七层中等风化玄武岩描述为，灰黑色，粗粒结构，块状构造，矿物成分为石英、长石、云母等。岩芯多呈短柱状，长度3～50cm，裂隙极发育，岩体极破碎，RQD=0-50,岩石质量指标为极差的～差的。层厚1.70～4.50m，平均值2.92m。第7-1层强风化凝灰岩，灰黑色，细粒结构，层状构造。岩芯多呈破碎，长度2～56cm。RQD=0，岩石质量指标为极差的，层厚0.40～2.20m,平均值1.17m。

（2）差异分析

钻孔位置为沿受检桩周边布置。通过对比可以得出，打桩之后，岩体整质量指标变差，RQD值减少明显，岩体质量指标极差。下卧强风化凝灰岩，岩石质量指标亦为极差的。持力层承载力在打桩之后明显减弱。由于裂隙发育，岩体极破碎，浇筑混凝土后，在地下水及自重的共同作用(漏浆)易产生离析，孔底部分胶结体的强度达不到设计要求。

4.3.2冲切计算

规范及相关设计要求针对桩端抗冲切验算并未做出明确要求，鉴于工程特殊性，对嵌岩桩桩端抗冲切进行简化计算。依据公式（2）计算分析如下：

（1）当 时， 数值如下表：

Fl(kN) n D(mm)	0.5	1	1.5	2	2.5	3
900	1744.45	4651.87	8722.26	13955.62	20351.94	27911.23
700	1055.29	2814.10	5276.43	8442.29	12311.67	16884.57

（2）当 时， 数值如下表：

Fl(kN) n D(mm)	0.5	1	1.5	2	2.5	3
900	872.23	2325.94	4361.13	6977.81	10175.97	13955.62
700	527.64	1407.05	2638.21	4221.14	6155.83	8442.29

得出：

（1）基岩抗冲切能力大小与 值大小呈现正相关， 值越大，基岩抗冲切能力越强。（ ）

（2）经计算，桩身侧摩阻极限值约为4000kN左右，当岩石较破碎，岩体抗拉强度的取小值，假设当 时， 2倍桩径的持力层厚度抗冲切承载力分别为6977.81kN（d=900mm），4221.14kN（d=700mm）。此时桩基单桩竖向抗压承载力小于按照岩石承载力特征值推算的单桩承载力。冲切破坏成为单桩极限承载力的的控制因素。

5 小结

1. 嵌岩桩桩底冲切问题在地质条件简单的情况下，持力层满足要求时，冲切破坏不需要考虑。基岩的抗冲切能力与基岩厚度呈现正相关。计算模式可将桩底的冲切问题近似看为基础的冲切问题简化计算。

2. 当地质条件复杂，桩底基岩下卧软弱层时，施工工艺会对持力层产生影响。尤其冲孔桩的施工会对持力层岩石造成一定程度的破坏，从而影响岩层承载力的发挥。

参考文献

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[2] 沈珠江. 理论土力学[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2000 :85~92.

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