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摘 要：嵌岩桩由于沉降小、承载力高，具有良好的抗震性能，在施工过程中有着广泛的应用，但是在设计的过程中还存在很多问题，本文就嵌岩桩的设计与研究进行阐述。
关键词：嵌岩桩；设计；研究
1.前言
嵌岩桩在设计的过程中要充分考虑当地的地形，根据需要进行设计，保证嵌岩桩的质量
2.目前设计方法及存在问题
嵌岩桩设计基于设计规范进行，但不同地区、不同部门在使用嵌岩桩时存在认识上的偏差，造成了现行各规范对嵌岩桩的设计方法不一。目前国内使用较多的规范主要有以下几种：
2.1 20世纪90年代以前，人们普遍认为嵌岩桩沉降小，桩侧阻力很难发挥出来，认为是端承桩，该规范规定嵌岩桩按端承桩进行设计。这是唯一一个现行的不考虑桩侧阻力的设计规范，但这已被诸多试验证明其设计方法与嵌岩桩实际承载性状是不相符的，一般建筑工程已不再采用该规范，但桥梁基础应用嵌岩桩时，在冲刷线以下存在较薄土层时仍可使用。
2.2进入20世纪90年代，人们在工程中逐渐认识到嵌岩桩的侧摩阻力不可忽视，提出了嵌岩桩极限承载力uQk由土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力和桩端总极限端阻力标准值3部分组成，并给出了半经验公式
式（（1）一（（3）中：Qsk、Qrk 、Qpk分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力、桩端总极限端阻力标准值：几为岩石饱和单轴抗压强度标准值；h，为桩身嵌岩深度；U为桩的周长；AP为桩截面积；分别为嵌岩段桩侧阻力和桩端阻力修正系数。
对于既定嵌岩桩，其桩的几何尺寸和嵌岩深度是定值，除此之外，是决定嵌岩桩极限承载力的主要因素。而系数考虑了深度效应，按嵌岩深径比（（hrld）取值Isl，它们决定了桩侧阻力和桩端阻力各自的发挥程度，这也是其与其他规范认同不一的地方。
2.3对支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受力容许承载力[P]为
式中：C1，C，2为根据孔底清孔情况而定的系数，C1为0.4-0.6，C2为0.03-0.05。显然没有考虑桩端阻力同嵌岩深度及其他的桩基和岩石参数间的关系，认为其承载力为桩侧阻力与桩端阻力简单的线性叠加。
3.施工因素对嵌岩桩承载力的影响
施工因素对嵌岩灌注桩承载力的主要影响因素有：桩底沉渣厚度，桩侧泥皮厚度，孔壁形状，成桩时间长短及施工工艺、技术水平等。受施工因素影响，嵌岩灌注桩承载力离散性较大，可靠度较低，非正常施工的桩将导致侧阻、端阻严重损失，单桩承载力最大损失可达50～ 80%以上。其中，桩底沉渣对承载力的影响是比较突出的重要因素。相关原型试验表明：置于较厚沉渣（大于30cm）上的桩，在极限状态下端阻损失可達90%以上，同时会造成桩身中、下部岩土层摩阻力损失而降低。即桩端土强度对桩侧阻力存在增强效应，桩侧阻力随桩端土刚度的增强而有所提高，反之桩侧土阻力随桩端土刚度的降低而受到削弱。
报道一根持力层为中风化岩（fr> 60MPa），桩身质量基本完整的嵌岩灌注桩（桩长47.46m，桩径1m），成孔时间达888小时，造成泥皮厚度大，沉渣较厚，实测单桩极限承载力仅1500kN（按桩体总沉降量控制），仅为设计值的10%。
可见，置于岩石强度较高岩层中的嵌岩桩，桩的承载力往往由桩施工质量的可靠性进行控制。如何采取有效控制方法保证成桩的质量，尤其是对桩底沉渣厚度的控制，保证清渣效果是灌注桩设计与施工成败的关键。
对施工质量有问题的工程桩，如存在桩底沉渣较厚、桩身混凝土存在离析、断桩，桩侧泥皮厚度较大等缺陷，有效的施工补救方法是采用桩底、桩侧的后压浆工艺，通过桩底高压注浆可有效地弥补桩底沉渣厚度较大对桩承载力的影响。但同时也应注意到，对位于强度较高的岩层中的嵌岩桩采取后压浆工艺并不能提高桩的承载力，一般仅是作为控制成桩质量的补救措施使用，对成桩质量正常的嵌岩桩，采用桩底注浆等工艺意义不大。
4.嵌岩桩的施工控制要点
4.1嵌岩桩成孔设备的选择
目前嵌岩桩施工所采用的成孔设备不下十几种，部分只允许钻直孔，部分既可成直孔，也可成斜孔。从排渣方式分又可分为正、反循环、气举正、反循环，风排，泵吸反循环等方法，从设备的固定方式可分为座平台式和座桩式，本工程采用了座平台式的气带反循环排渣方式工艺进行成孔，其优点是经济、机身轻便、不需能量大型吊船设备移机，而且排渣效果较佳等，但也存在一些缺点：斜孔的最大斜率须不小于5：1，钻杆不易与钢管的中轴线对准等。如成孔斜率要求小于5：1，则一般国产钻机均难以完成，需采用国外生产的钻机如德国产的WIRTH-B6，B12等型号的钻孔，但成孔费用将大幅度提高。
4.2钢管桩的沉桩收锤标准
钢管桩桩尖如在沉桩过程中出现卷边，将对嵌岩桩的基岩成孔造成很大的困难，因此在设计和施工时应对钢管桩的桩尖标高及沉桩的收锤标准给予高度的重视。为了防止卷边，钢管桩的沉桩收锤标准应采用贯人度为主，标高为辅。
4.3嵌岩段实际长度的确定
《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285-2000）4.1.2条规定“嵌岩桩桩端宜嵌入新鲜基岩或微风化岩中，经论证后，也可嵌人中等风化岩”。虽然设计时根据这一标准及相关的钻探和物钻探资料，在施工图中有初步确定嵌岩段的长度，但在实际施工时由于岩石岩性及岩石顶面高度的变化，钢管桩桩尖标高总是与设计标高存在一定差异，因此在施工中如何确定嵌岩长度是否满足了设计的要求也是一大難题，本工程采用钻孔检验及成孔速度参照法进行嵌岩段长度的确定。对沉桩收锤贯人度大于收锤标准贯人度的桩，选择贯入度最大的一根进行桩内钻孔取芯确定嵌岩段的长度，其余类似桩的嵌岩长度也按该长度确定；对贯人度满足收锤标准，但桩尖标高未达到设计标高的桩，也采取抽样进行桩内钻孔，以确定强风化层的厚度及嵌岩段的长度，其余类似桩则参照抽样桩的成孔钻进速度最终确定嵌岩桩的长度；对于贯人度及桩尖标高均满足设计要求的桩，在成孔时基本按设计确定嵌岩段的长度，但也辅助采用成孔钻进速度对岩性进行校核。
5.结束语
综上所述，在嵌岩桩设计的过程中要不断采用新的技术和工艺，来提升设计水平，满足施工的需要。
参考文献
[1]赵杰林.嵌岩桩设计若干问题探讨[J].建筑技术.2016.
（作者单位：艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司上海分公司）
关键词：嵌岩桩；设计；研究
1.前言
嵌岩桩在设计的过程中要充分考虑当地的地形，根据需要进行设计，保证嵌岩桩的质量
2.目前设计方法及存在问题
嵌岩桩设计基于设计规范进行，但不同地区、不同部门在使用嵌岩桩时存在认识上的偏差，造成了现行各规范对嵌岩桩的设计方法不一。目前国内使用较多的规范主要有以下几种：
2.1 20世纪90年代以前，人们普遍认为嵌岩桩沉降小，桩侧阻力很难发挥出来，认为是端承桩，该规范规定嵌岩桩按端承桩进行设计。这是唯一一个现行的不考虑桩侧阻力的设计规范，但这已被诸多试验证明其设计方法与嵌岩桩实际承载性状是不相符的，一般建筑工程已不再采用该规范，但桥梁基础应用嵌岩桩时，在冲刷线以下存在较薄土层时仍可使用。
2.2进入20世纪90年代，人们在工程中逐渐认识到嵌岩桩的侧摩阻力不可忽视，提出了嵌岩桩极限承载力uQk由土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力和桩端总极限端阻力标准值3部分组成，并给出了半经验公式
式（（1）一（（3）中：Qsk、Qrk 、Qpk分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力、桩端总极限端阻力标准值：几为岩石饱和单轴抗压强度标准值；h，为桩身嵌岩深度；U为桩的周长；AP为桩截面积；分别为嵌岩段桩侧阻力和桩端阻力修正系数。
对于既定嵌岩桩，其桩的几何尺寸和嵌岩深度是定值，除此之外，是决定嵌岩桩极限承载力的主要因素。而系数考虑了深度效应，按嵌岩深径比（（hrld）取值Isl，它们决定了桩侧阻力和桩端阻力各自的发挥程度，这也是其与其他规范认同不一的地方。
2.3对支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受力容许承载力[P]为
式中：C1，C，2为根据孔底清孔情况而定的系数，C1为0.4-0.6，C2为0.03-0.05。显然没有考虑桩端阻力同嵌岩深度及其他的桩基和岩石参数间的关系，认为其承载力为桩侧阻力与桩端阻力简单的线性叠加。
3.施工因素对嵌岩桩承载力的影响
施工因素对嵌岩灌注桩承载力的主要影响因素有：桩底沉渣厚度，桩侧泥皮厚度，孔壁形状，成桩时间长短及施工工艺、技术水平等。受施工因素影响，嵌岩灌注桩承载力离散性较大，可靠度较低，非正常施工的桩将导致侧阻、端阻严重损失，单桩承载力最大损失可达50～ 80%以上。其中，桩底沉渣对承载力的影响是比较突出的重要因素。相关原型试验表明：置于较厚沉渣（大于30cm）上的桩，在极限状态下端阻损失可達90%以上，同时会造成桩身中、下部岩土层摩阻力损失而降低。即桩端土强度对桩侧阻力存在增强效应，桩侧阻力随桩端土刚度的增强而有所提高，反之桩侧土阻力随桩端土刚度的降低而受到削弱。
报道一根持力层为中风化岩（fr> 60MPa），桩身质量基本完整的嵌岩灌注桩（桩长47.46m，桩径1m），成孔时间达888小时，造成泥皮厚度大，沉渣较厚，实测单桩极限承载力仅1500kN（按桩体总沉降量控制），仅为设计值的10%。
可见，置于岩石强度较高岩层中的嵌岩桩，桩的承载力往往由桩施工质量的可靠性进行控制。如何采取有效控制方法保证成桩的质量，尤其是对桩底沉渣厚度的控制，保证清渣效果是灌注桩设计与施工成败的关键。
对施工质量有问题的工程桩，如存在桩底沉渣较厚、桩身混凝土存在离析、断桩，桩侧泥皮厚度较大等缺陷，有效的施工补救方法是采用桩底、桩侧的后压浆工艺，通过桩底高压注浆可有效地弥补桩底沉渣厚度较大对桩承载力的影响。但同时也应注意到，对位于强度较高的岩层中的嵌岩桩采取后压浆工艺并不能提高桩的承载力，一般仅是作为控制成桩质量的补救措施使用，对成桩质量正常的嵌岩桩，采用桩底注浆等工艺意义不大。
4.嵌岩桩的施工控制要点
4.1嵌岩桩成孔设备的选择
目前嵌岩桩施工所采用的成孔设备不下十几种，部分只允许钻直孔，部分既可成直孔，也可成斜孔。从排渣方式分又可分为正、反循环、气举正、反循环，风排，泵吸反循环等方法，从设备的固定方式可分为座平台式和座桩式，本工程采用了座平台式的气带反循环排渣方式工艺进行成孔，其优点是经济、机身轻便、不需能量大型吊船设备移机，而且排渣效果较佳等，但也存在一些缺点：斜孔的最大斜率须不小于5：1，钻杆不易与钢管的中轴线对准等。如成孔斜率要求小于5：1，则一般国产钻机均难以完成，需采用国外生产的钻机如德国产的WIRTH-B6，B12等型号的钻孔，但成孔费用将大幅度提高。
4.2钢管桩的沉桩收锤标准
钢管桩桩尖如在沉桩过程中出现卷边，将对嵌岩桩的基岩成孔造成很大的困难，因此在设计和施工时应对钢管桩的桩尖标高及沉桩的收锤标准给予高度的重视。为了防止卷边，钢管桩的沉桩收锤标准应采用贯人度为主，标高为辅。
4.3嵌岩段实际长度的确定
《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285-2000）4.1.2条规定“嵌岩桩桩端宜嵌入新鲜基岩或微风化岩中，经论证后，也可嵌人中等风化岩”。虽然设计时根据这一标准及相关的钻探和物钻探资料，在施工图中有初步确定嵌岩段的长度，但在实际施工时由于岩石岩性及岩石顶面高度的变化，钢管桩桩尖标高总是与设计标高存在一定差异，因此在施工中如何确定嵌岩长度是否满足了设计的要求也是一大難题，本工程采用钻孔检验及成孔速度参照法进行嵌岩段长度的确定。对沉桩收锤贯人度大于收锤标准贯人度的桩，选择贯入度最大的一根进行桩内钻孔取芯确定嵌岩段的长度，其余类似桩的嵌岩长度也按该长度确定；对贯人度满足收锤标准，但桩尖标高未达到设计标高的桩，也采取抽样进行桩内钻孔，以确定强风化层的厚度及嵌岩段的长度，其余类似桩则参照抽样桩的成孔钻进速度最终确定嵌岩桩的长度；对于贯人度及桩尖标高均满足设计要求的桩，在成孔时基本按设计确定嵌岩段的长度，但也辅助采用成孔钻进速度对岩性进行校核。
5.结束语
综上所述，在嵌岩桩设计的过程中要不断采用新的技术和工艺，来提升设计水平，满足施工的需要。
参考文献
[1]赵杰林.嵌岩桩设计若干问题探讨[J].建筑技术.2016.
（作者单位：艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司上海分公司）