对钻孔灌注桩嵌岩深度的探讨

对钻孔灌注桩嵌岩深度的探讨
[摘要]对京珠高速公路广珠段（新隆至宫花）内的钻（冲）孔灌注桩进行了研究和探讨，并就其嵌岩深度提出了建议，对工程的施工和管理有一定的参考作用。

关键词钻孔灌注桩嵌岩深度
前言
钻（冲）孔灌注桩作为隐蔽工程，由于地质情况复杂多变或地质勘探不够充分，使实际钻（冲）孔时遇到的情况与原设计描述往往有较大的差异。

正在施工中的京珠高速公路广珠段（新隆至宫花段，简称“京珠”）也遇到这种情况。

从已施工的钻）（冲）孔桩的情况看，桩底标高比原设计超出2~18m的较为普遍，而依据设计单位的意见：超出1~3m时由总承包、总监办“技术部”派主管到现场鉴定；高度超出3m时，要由总承包、总监办领导到现场决定。

从实施效果来看，这一做法操作性较差，给管理增加了难度；同时对桩基嵌岩深度的要求不够时确，也易造成意见分歧：从设计的角度考虑，桩基入岩越深越安全；从施工考虑，桩基入岩入越少，施工难度越小。

如何解决这一分歧，并定出较易操作的终孔原则，是我们在工作中常考虑的问题。

本人根据在“京珠”的施工情况，在此作上简单的探讨，以供同行们参考。

1设计资料介绍
“京珠”全线的桩基均按嵌岩桩设计，但从设计图纸可知，多数的桩基（L/D ＞15），属中长桩，桩基施工多采用泥浆护壁钻（冲）孔工艺；从地质勘探资料看，“京珠”地处珠江三角洲平原河网区，地表基岩自然露头较少，以花岗岩、片麻岩为主，含较厚的风化壳，上覆一定厚度的淤泥、（粘土）、砂和砂砾层。

2理论依据
桩基的受力情况，在荷载和自重作用下，桩基受村周土的摩阻力F1、村周嵌岩层的摩阻力F2及村底岩层的支承力R的共同作用。

在何种状态下以何种力的作用为主，《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）中已有明确规定，即：
摩擦桩—考虑F1和村尘的极限承载力；
支承桩—考虑F2和R；
嵌岩桩—考虑基岩顶面处的弯矩。

那么，这些规定是否还有可以补可以补充的地方呢？有资料表时：对于桩长径比L/D＞15~20的钻（冲）孔灌注桩，特别是采用泥浆护壁钻孔的，只不要清底不是特别是采用泥浆护壁钻孔的，只要清底不是特别彻底，在较小位移（s＜2mm＝时，无论是嵌入风化岩还是完整的基岩中，桩侧摩阻力（F1、F2）先于桩端阻力R充分发挥出来，桩端阻力的发挥程度，则与桩的长径比、覆盖土层性质、嵌岩段岩生、成桩工艺等有关。

从这一观点出发，当基岩顶面上覆盖层、嵌岩段层对桩周的摩阴力和桩底岩层对桩端的部分阻力，较之《规范》中支承桩、嵌岩桩计算时忽视覆盖层存在的观点更为合理些，而且桩基随着长径比的逐渐加大，桩端阻力会逐渐变小，嵌岩桩→支承包桩→摩桩得于逐渐转变。

根据这个观点，可引出中长桩单桩轴向受压容许承载力[P]的表达式：
[P]=F1+F2+K-1R （1）
式中：F1、F2、R均按《规范》中摩擦桩、支承桩的内容定义，分别为覆盖层、嵌岩段岩层对桩的摩阻力及桩端阻力；K为折减系数，在3~5范围内取值（L/D 较小时取低值，L/D较大时取高值）。

所以公式（1）又可表达为：
[P]=U（WliIi+C
hRa）+K-1C1Ara (2)
2
式中：h为嵌入岩层（含弱风化岩）的深度，其余符合的定义与《规范》相同。

3设计资料分析
3.1桩基举例
依据上述理论，对“京珠”特大桥—东河大桥中桩径D=1.5m的桩基层行分析，如43号墩的桩基资料：
设计桩长L1=40m，设计嵌岩深度h=4.09m；
桩顶轴向荷载：P=6554kN;
桩身自重：W=1767Kn；
总荷载：P+W=8321kN.
[P]=U（WliIi+C
hRa）+K-1C1Ara
2
=
1.5(1.7×40+2×20+4.3×60+4.7×30+1.8×100+0.04×12×103×4.09)+
×0.752×0.5×12×103/3.9
=15207kN＞P+W=8321kN
（基岩为片麻岩，一般Ra＞30Mpa，现取小值30Mpa作为其强度；入岩为弱风化，取其风化系数为极小值0.4；假定清底一般，取C1=0.5,C2=0.04;因L/D=40/1.5=26，取折减系数K=3.9）。

从计算结果可知：[P]值在各项系数都取极小情况下也大大超过了荷载和桩自重之各，这说明对于43号墩的村基嵌入弱风化片麻岩4.09m，不仅能保证安全，而且是偏安全的，其嵌岩深度尚有调整的余地。

假设当嵌岩深度为h1，时，其单桩轴向承载力与P+W相等（即8321kN），则h1=[(8321-K-1C1ARa)/U-WLi]/C2Ra
=[8321-3.3-1×0.5× ×0.752×30×
103×0.4]/( ×1.5)-687]/(0.04×30×103×0.4)
0.83m
这说明：当桩基嵌岩0.83m时，土层和岩层已能提供8312kN的支承力。

安全些考虑，嵌岩1m以上完全可以保证安全。

由此可见，考虑覆盖层的作用时，桩基的嵌岩深度可减沙许多。

3.2对桩径为1.5m桩基的综合分析
对于每根桩基，可以根据实际钻孔时所得的资料进行分析，得出最小嵌岩深度，但这种做法同样不利于现场操作，施工单位普遍希望有一简要的、易操作的终孔原则进行指导。

因此以东河大桥全线桩径1.5m的中长桩为研究对象，试分析其有何规律。

从资料中得知，基岩以花岗岩、花岗片麻岩为主，Ra＞30Mpa，考虑风化系数0.4，即弱风化岩Ra=12Mpa；覆盖土层（包括强风化岩层）的极限摩阻力I在20~100Mpa之间，取其较小值为40Mpa；作用在桩基上的最大荷载为6554kN,假设所有桩顶荷载均为P=6500kN，则不桩长和不同覆盖厚度时桩的理论嵌岩深度H 可由公式（2）推导出来：
H=[(P+Lar-K-1C1Ara)/U-WLiIi]/C2Ra (3)
H=[(6500+44L-10603K-1)/4.71-40Wli]/480
不同桩长L、覆盖层厚度Wli时的嵌岩深度H可根据式（3）计算出来，现归纳如表1。

从以上分析所得的数据，可得出以下结论；
（1）对于长径比L/D＞15的中长桩，其嵌岩深度确实存在调整的余地。

（2）桩基的嵌岩深度随桩长的增加而略有增加。

当覆盖层的厚度一定时，随着桩长的增加，桩的自重也增加，同时桩端的支承力也会略有降低，这都需要嵌岩段的桩侧摩托车阻力的相应增加来与之抵消。

（3）桩基的嵌岩深度随覆盖厚度的增加而逐渐减小。

当桩长一定时，随着覆盖层的增加，桩周土层对桩的侧向摩阻力也相应增加，在外荷和自重不变的情况下，桩端支撑力不变，则嵌岩段的传周摩阻力可适当减小。

（4）对于东河大桥桩径1.5m的桩基，不管其桩长多少，其嵌岩深度H均可按桩长L为50m时来控制H1值，如表2所示。

5
对于“京珠”的桩基施工所遇的有关终孔的问题，经设计代表、总监办、总承包、施工单位四方的反复磋商、研究，拟出了终孔原则的补充规寂静，其中提到：
覆盖层厚度在10~15m之间的，嵌岩深度在2m以上；
覆盖层厚度在15~20m之间的，嵌岩深度在1.5m以上；
覆盖层厚度在20m之间的，嵌岩深度在1m以上；
从理论上推导出来的东河大桥桩径1.5m的桩基嵌深度控制值（见表2）与上述“终孔原则的补充规定”中的控制值基本相符，从另一角度验证了“补充规定”的可行性；同时，这一补充规定，也得到也设计单位的认可并从1998年8月起在“京珠”上推荐使用。

从近2个月的实际操作来看，对于桩基施工中遇到的终孔问题，驻地监理、总承包的驻地代表可从“终孔原则的补充规定”中得到简单明了的工作依据和断方式，能较好地处理终孔，而施工单位也因“补充规定”能在保证安全、质量的基础上尽量照顾其效益而提高了工作的积极性，各方面的运作也由此变得更为有序和顺畅。

6对“补充规定”的补充
“京珠”的桩基除了桩径1.5m之处，尚有桩径为1.2m、2m、2.4m的桩基，而且各桩桩底的岩层岩性也不尽相同，这些因素有可能会影响桩的嵌岩深度，以下就这些问题作简单的定性分析，以充实“终孔原则的补充规事实上”的内容。

从公式（3）可推导出：
当D增加时，
因（L×R-K-1×C1×Ra）通常为负值，
所以LAR-K-1C1Ara为负值，且以D的倍数递减，
故（P+LAR-K-1C1ARa）/U应为减少，同理[（P+LAR-K-1C1Ara）/U-WliIi]/C2Ra 也应减少，即嵌岩深度H减小。

由此类推，当D减小时，嵌岩深度H可相应增加；
当Ra减小时，（P+LAR-K-1C1Ara）/U则会增加。

所以[（P+LAR-K-1C1Ara）/U-WliIi]也应增加。

故[（P+LAR-K-1C1Ara）/U-WliIi] /C2Ra也相应增加，即嵌岩深度H增加。

由此类推，当Ra增加时，嵌岩深度H可相应减小。

以上推论的用途在于：在现场施工管理中，遇到地质情况与设计不符，或对地质情况难于断时，管理人员能依据“终孔原则的补充规定”及推论中嵌岩深度H的各变化趋势，与现场情况对双，迅速得出结论进行指导，避免施工的延误。

7结束语
对桩基的研究可说是意义深远，每一次、每一方面的突破都可能带来大的社会效益和经济效益，许多专家、学者对此都有有论著但仍有许多未解的难题期待着我们去研究、去探讨；本人根据在“京珠”工作所遇到的问题及参与解决难题时的思考撰写成此文，文中难免有不足之处，尚请各位前辈、同行们批评指正。

同时，也希望能给大家带来一些启迪和参考。