斜坡基岩端承桩桩底高差超规范研讨

王纪州 

中国水利水电第九工程局有限公司，贵州  贵阳  550081

摘  要：贵州境内山脉众多，重峦叠峰，绵延纵横，山高谷深，山地和丘陵占全省总面积92.5%。由于工程实际需要，一些建筑物必须建在此种地质条件复杂、地势起伏大的倾斜基岩上。为了满足承载力及沉降变形的要求，大型房建工程常采用端承桩作基础，设计桩基说明中有这一条“相邻端承桩桩底高差不得大于桩间距”。由于桩基础施工过程中条件限制，且地勘资料并不能完全反映地下真实情况，导致施工时很难保证桩底高差满足此要求。本文通过分析相邻端承桩桩底高差必要性，总结经验，确保桩基础稳定性的前提下，减少桩底不必要入岩深度，保证施工工期，控制工程造价。

关键词：倾斜基岩    端承桩桩底高差    工期    造价

1   工程概述

我公司承建百里杜鹃项目位于贵州省毕节市百里杜鹃管理区，项目包括学校，公租房，棚改安置房及一系列的配套基础设施，建筑面积20余万平方米。根据钻探和地表调查所知: 基岩面有溶沟、溶槽发育，基岩面凹凸不平。经初步钻探（367个柱位钻孔）遇溶洞裂隙的孔位共74个，遇洞率20.2%。场地相邻柱位间基岩面高差大于5m。根据《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB52/T046—2018）第7.1.3条，综合确定本建筑物场地为岩溶强发育场地。本项目房屋基础采用桩基础，持力层为中风化白云岩，fa=2900kPa。基础设计要求桩基础冲击钻成孔，桩端完整进入持力层500mm，桩身混凝土强度等级C30。桩底高差应满足图1要求。                                           图1  设计要求桩底高差

2   工程难点

本项目在施工前经过认真研究，根据先深后浅、先内后外（局部密集区域）、跳打等成桩顺序组织施工。如上图所示施工时为了满足桩底高差要求，A桩常常需加大入岩深度，有的地形甚至入岩7米以上，因持力层岩石硬度大，冲击入岩非常困难，对工期、造价有较大影响。另一个情况，地勘资料不能完全体现地下情况，实际施工时地勘资料仅能做为参考。按照施工顺序，B桩施工完成后进行A桩钻孔，A桩钻至设计标高后并未如期见基岩，致使A桩继续往下钻孔，直到AB桩桩底高低关系反转，反转后高差H’大于水平净距L的情况也屡屡出现。出现此类事件，若要满足此大样构造要求，唯一的方式是将B桩（先施工的）拔出，重新钻孔和浇筑B桩，这显然是不可能的。

3   桩数量及造价粗算

仅公租房项目地下室桩数为1208根，桩径0.9~1.6m。初步估计总桩长12080m。图2为地勘剖面图9-9：根据此剖面，列表1计算初始桩长调整后桩长及桩长差。

图2  似建场地地质剖面图

表1    地质剖面显示下统计桩长									单位(m)
桩编号	桩顶标高(H1)	基岩面标高(H2)	初始桩长	与前桩水平净距	与前桩桩底高差(绝对值）	调整后桩底标高（满足桩底高差要求时不调整）	调整后桩长（满足桩底高差要求时不调整）	前后桩长差	备注
ZJ-01	1498.5	1489.66	9.34			1489.16	9.34	0.00
ZJ-02	1498.5	1486.29	12.71	6.8	3.37	1485.79	12.71	0.00
ZJ-03	1498.5	1482.36	16.64	6.8	3.93	1481.86	16.64	0.00
ZJ-04	1498.5	1491.03	7.97	6.8	8.67	1488.66	9.84	1.87
ZJ-05	1498.5	1494.2	4.8	6.8	3.17	1488.47	10.03	5.23
ZJ-06	1498.5	1482.17	16.83	6.8	12.03	1481.67	16.83	0.00
ZJ-07	1498.5	1482	17	6.8	0.17	1481.5	17	0.00	击穿溶洞
ZJ-08	1498.5	1488.85	10.15	6.4	6.85	1482.48	16.02	5.87
ZJ-09	1498.5	1480.43	18.57	2.55	8.42	1479.93	18.57	0.00	最低点
ZJ-10	1498.5	1481.64	17.36	3.5	1.21	1481.14	17.36	0.00
ZJ-11	1498.5	1481.24	17.76	1.65	0.4	1480.74	17.76	0.00
ZJ-12	1498.5	1483.43	15.57	1.4	2.19	1482.14	16.36	0.79

根据表1，得出在12根桩里，为了达到设计要求的桩底高差要求，有四根桩需要加大入岩深度，前后桩长差合计13.76，平均到12根桩上，每根桩多钻1.15m，且这仅考虑单个方向桩底高差的影响。根据经验及统计，纵向和横向皆考虑桩底高差时，再乘1.3系数，即1.15×1.3=1.5m。因此仅公租房项目1208根桩多钻1812m,按每米835.33元（1.2m桩径）考虑，公租房项目桩基施工增加造价151.36万。因入岩之后钻进效率降低明显，且越深越难钻，有的孔位甚至出现长时间无进迟现象，预计将耽误工期3个月。

4   论证

桩底高差是否有必要满足图中构造要求！经与相关设计人员沟通，给出理由如下：A桩与B桩桩底高差太大，A桩传到地基中的附加应力会影响B桩稳定性以及对B桩桩身造成破坏等等；稳定性可以分为为抗倾覆性及抗滑移性。因B桩处于地底下，桩周被土层包围，桩底嵌入坚硬持力层，除非发生强烈地震，否则不可能倾覆（房屋整体倾覆不在本文讨论范围）。又B桩桩底处于较低岩层面，B桩绝不会滑移，因此B桩稳定性可以不考虑。

经查《建筑桩基技术规范》及《建筑地基基础设计规范》没有明确条文规定L>H。相关条文在桩基技术规范3.3.3第6条要求：倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；地基设计规范8.5.6第6条规定：桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。在《贵州建筑地基基础设计规范》8.5.4第4条规定：“桩底宜在同一标高上。对于端承桩，当相邻桩的桩底高差大于1倍桩的中心距时，应验算桩的稳定性，在岩溶或有软弱层分布地段，应查明桩底以下是否存在临空面、陡坡、鹰嘴以及其他不良地质等情况。群桩承台下的桩长相差过大时，还应考虑桩顶作用效应对桩的影响。”经过笔者认真理解三本范文相关条文认为：针对端承桩，规范均未强制要求L>H，而规范侧重点应在验算A桩（桩底标高较高）的稳定性上，即A桩入岩深度的计算。

如工程中遇到此种情形，首先应通知监理及业主，要求地勘单位对AB桩之间的持力层加密勘探，精确掌握AB桩之间持力层的岩面标高信息，若临空面距A桩较远（安全距离>2d），则A桩正常入岩0.5m即可满足稳定性要求。若临空面距A桩较近，则应加大A桩入岩深度，验算A桩稳定性。对于端承桩，如图3所示，当H>L时，A桩桩底应力扩散范围内将大概率存在临空面。本工程持力层基岩为白云岩（沉积化学岩），假定岩体力学性质各向同性，对于倾斜岩体，受桩基础传递上部结构荷载影响，岩体最可能的破坏面如图3所示，剪切面面积如图中：S=2×S1+S2。     

图3  破坏面三维图

倾斜基岩发生剪切坡坏是因为受到桩传递到基岩的非垂直荷载，而此荷载也可能会导致桩发生剪切破坏（图4桩可能存在的剪切破坏面），可以这么理解，只要基岩的抗剪强度大于桩抗剪强度，则基岩不会破坏（桩剪切破坏不在本文讨论范围）。因此可以将桩抗剪承载力作为基岩承受水平力的最大值，以此计算桩距临空面的安全距离b及桩入岩深度。

桩抗剪承载力计算： 

本工程中桩径1.2m时，桩底箍筋C8@250。持力层单轴抗压强度标准值8.18MPa，可按偏心受压构件计算桩受剪承载力，根据《混凝土结构设计规范》第6.3.12条和第6.3.15条。因此桩受剪承载力：其中：b=1.76r,h0=1.6r。r为圆形截面的半径，（N为桩轴力）。由于纵向钢筋对桩抗剪贡献很少，可忽略不计。根据以上各项，可得出Vmax是r的一元二次函数，即：

V桩=3.987r2+144.864r+0.637r2=4.624r2+144.864r(牛顿)。

基岩抗剪承载力计算：                                图4  计算简图

岩体剪切面面积经简化处理得，则岩体抗剪承载力；h为桩端嵌入完整基岩的深度，η为考虑岩体不均匀性的折减系数，取0.7，fr为岩体抗剪强度，其值取岩石单轴抗压强度的一半。即V基岩=0.7×fr×(h+2r)×h/tana

基岩稳定的条件是V基岩>K×V桩；K为抗滑移安全系数，取1.5。

即：

假设倾角为60度，将各项已知数代入，得到关于h和r的二元二次方程：；在其他条件不变的情况下，可以理解为桩基入岩深度与桩径相关，则以r为已知数解h。则上式为解关于为知数h的一元二次方程，列式如下：         （mm）；假设基岩倾角为60度（较陡）时，取1.2米直径桩进行计算,即r=600,可得出h≥738.54mm。通过计算可知（本计算过程考虑了足够的安全富余度）：在倾斜基岩面上的桩，只需适当加大入岩深度即可满足稳定性要求。经与设计院多次沟通，不再坚持桩底高差硬性要求，最终同意按计算入岩深度进行施工。

得出结论如下：

①对于桩端持力层若为非岩石的土类时，相邻两桩底的标高差不得大于其水平中心距的一半，形成的刚性角不大于45度，可采取适当加深、加密桩予以解决；

②对于有斜坡基岩时，保证嵌入基岩最小深度500mm，或视基岩坡度情况适当加深桩短者予以解决。

5   结束语

通过本工程实际经验，在斜坡基岩施作端承桩时，在充分了解地质的情况下，会同有关专业人士，共同商讨解决措施。施工时应注意到倾斜基岩面上桩的入岩深度与桩径、基岩面倾角、基岩完整性、岩层走向等因素相关，当遇到不利因素时，应综合考虑，大胆探索，细心求证，有理有据。遇到不合理及可以改进的地方，应及时沟通。在保证工程安全、质量、工期的前提下，节省工程造价，节约资源。

参考文献：

[1]王伟,杨红莲. 对灌注桩设计中几个问题的探讨[J]. 黑龙江科技信息，2009（4）.

[2]王伟堂,胡毓敏,周宏凯.倾斜基岩上嵌岩桩稳定性近似计算方法的研究[J].浙江建筑,2003(1).

[3]李永红.岩溶地区嵌岩桩桩基稳定性分析[J].工程勘察，2006年（09）.

[4]DBJ52/45-2018 《贵州建筑地基基础设计规范》[S]贵阳 贵州省住房和城乡建设厅 2018

[5]GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》[S]北京 中国建筑工业出版社2011

[6]JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》[S]北京 中国建筑工业出版社 2008

[7]GB50010-2010《混凝土结构设计规范》[S]北京 中国建筑工业出版社2010

作者简介：王纪州（1988-），男，贵州遵义人，工程师，从事房建市政工程项目施工管理工作。

作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司