高层建筑岩土工程勘察规程 JGJ72-2004

8.3.1 桩基工程分析评价宜具备下列条件：
1 充分了解工程结构的类型、特点、荷载情况和变形控制等要求；
2 掌握场地的工程地质和水文地质条件，考虑岩土体的非均质性、随时间延续的增减效应以及土性参数的不确定性；
3 充分考虑地区经验和类似工程的经验；
4 缺乏经验地区应通过设计参数检测和施工监测取得实测数据，调整和修改设计和施工方案。
8.3.2 桩基评价应包括以下基本内容：
1 推荐经济合理的桩端持力层；
2 对可能采用的桩型、规格及相应的桩端入土深度(或高程)提出建议；
3 提供所建议桩型的侧阻力、端阻力和桩基设计、施工所需的其他岩土参数；
4 对沉(成)桩可能性、桩基施工对环境影响的评价和对策以及其他设计、施工应注意事项提出建议。
8.3.3 当工程需要(且条件具备)时，可对下列内容进一步评价或提出专门的工程咨询报告：
1，估算单桩、群桩承载力和桩基沉降量，提供与建议桩基方案相类似的工程实例或试桩及沉降观测等资料；
2 对各种可能的桩基方案进行技术经济分析比选，并提出建议；
3 对欠固结土和大面积堆载的桩基，分析桩侧产生负摩阻力的可能性及其对桩基承载力的影响并提出相应防治措施的建议。
8.3.4 选择桩端持力层应符合下列规定：
1 持力层宜选择层位稳定、压缩性较低的可塑-坚硬状态黏性土、中密以上的粉土、砂土、碎石土和残积土及不同风化程度的基岩；不宜选择在可液化土层、湿陷性土层或软土层中；
2 当存在相对软弱下卧层时，持力层厚度宜超过6～10倍桩径；扩底桩的持力层厚度宜超过3倍扩底直径；且均不宜小于5m。
8.3.5 桩型选择应根据工程性质、地质条件、施工条件、场地周围环境及经济指标等综合考虑确定：
1 当持力层顶面起伏不大、坡度小于10％、周围环境允许且沉桩可能时，可采用钢筋混凝土预制桩；
2 当荷载较大，桩较长或需穿越一定厚度的坚硬土层，且选用较重的锤，锤击过程可能使桩身产生较大锤击应力时，宜采用预应力桩；或经方案比较，证明技术、经济合理可行时，也可采用钢桩；
3 当土层中有难以清除孤石或有硬质夹层、岩溶地区或基岩面起伏大的地层，均不宜采用钢筋混凝土预制桩、预应力桩和钢桩，而可采用混凝土灌注桩；
4 在基岩埋藏相对较浅，单柱荷载较大时，宜采用以不同风化程度为持力层的冲孔、钻孔、挖孔、扩底或嵌岩钢筋混凝土灌注桩；
5 当场地周围环境保护要求较高、采用钢筋混凝土预制桩或预应力桩难以控制沉桩挤土影响时，可采用钻孔混凝土灌注桩或钢桩(指采用压入式H型钢桩)。
8.3.6 当打(压)入桩需贯穿的岩土层中夹有一定厚度的(或需进入一定深度的)坚硬状态黏性土、中密以上的粉土、砂土、碎石土和全风化、强风化基岩时，应根据各岩土组成的力学特性、类似工程经验、桩的结构、强度、形式和设备能力等综合考虑其沉桩的可能性；当无法准确判断时，宜在工程桩施工前进行沉桩试验，测定贯入阻力(指压入桩)，总锤击数、最后一米锤击数及贯入度(指打入桩)或在沉桩过程中进行高应变动力法试验(指打入桩)，测定打桩过程中桩身压应力和拉应力；根据试验结果评定沉桩可能性、桩进入持力层后单桩承载力的变化以及其他施工参数。
8.3.7 沉(成)桩对周围环境的主要影响的分析评价内容宜包括：
1 锤击沉桩产生的多次反复振动，对邻近既有建(构)筑物及公用设施等的损害；
2 对饱和黏性土地基宜考虑大量、密集的挤土桩或部分挤土桩对邻近既有建(构)筑物和地下管线等造成的影响；
3 大直径挖孔桩成孔时，宜充分考虑松软地层可能坍塌的影响、降水对周围环境影响、以及有毒害或可燃气体对人身安全的影响；
4 灌注桩施工中产生的泥浆对环境的污染。
8.3.8 根据工程和周围环境条件，挤土桩和部分挤土桩可选择下列一种或几种措施减少沉桩影响：
1 合理安排沉桩顺序；
2 控制沉桩速率；
3 设置竖向排水通道；
4 在桩位或桩区外预钻孔取土；
5 设置防挤沟等。
8.3.9 单桩承载力应通过现场静载荷试验确定。估算单桩承载力时应结合地区的经验，根据静力触探试验、标准贯入试验或旁压试验等原位测试结果进行计算，并参照地质条件类似的试桩资料综合确定。单桩竖向承载力特征值R_a可按下式确定：

8.3.10 当以静力触探试验确定预制桩的单桩竖向极限承载力时，可按附录C估算。
8.3.11 当根据标准贯入试验结果，确定预制桩、预应力管桩、沉管灌注桩的单桩竖向极限承载力时，可按附录D估算。
8.3.12 嵌岩灌注桩可根据岩石风化程度、单轴极限抗压强度和岩体完整程度用下式估算单桩竖向极限承载力：

q_sir、q_pr 应根据极限侧阻力载荷试验和本规程附录E大直径桩端阻力载荷试验要点确定，当五条件试验时，可按照表8.3.12经地区经验验证后确定。

8.3.13 如场地进行了旁压试验，预制桩的桩周土极限侧阻力q_sis可根据旁压试验曲线的极限压力PL查表8.3.13确定；桩端土的极限端阻力q_ps可按下式估算：

当为钻孔灌注桩时，其桩周土极限侧阻力q_sis为预制桩的70％～80％；桩的极限端阻力q_ps为打入式预制桩的30％～40％。

8.3.14 详细勘察阶段，根据工程性质及设计要求，对需要验算沉降的高层建筑桩基宜按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007计算最终沉降量，亦可在取得地区经验后用有关原位测试参数按本规程附录F规定的方法进行最终沉降量的估算。
8.3.15 当需估算桩基最终沉降量时，应提供土试样压缩曲线、地基土在有效自重压力至有效自重压力加附加压力之和时的压缩模量E_s 。对无法或难以采取不扰动土样的土层，可在取得地区经验后根据原位测试参数按附录F表F.0.2换算土的压缩模量E_s值。

条文说明

8.3 桩基评价
8.3.1 主要提出桩基工程分析评价及计算所需的基本条件以及主要工作思路，特别指出土体的不均匀性、软土的时间效应和不同施工工况造成土性参数的不确定性的特点，强调搜集类似工程经验的重要性。
8.3.2 本条是对桩基分析评价的主要内容提出了要求。其中第1～4款均为基本内容，一般勘察报告均应包括。
8.3.3 当工程需要且具备条件时，提倡按岩土工程要求进行桩基分析、评价和计算。分析评价中应结合场地的工程地质、工程性质以及周围环境等条件，做到重点突出、针对性强、评价结论有充分依据、确切合理、提供建议切实可行。
8.3.4～8.3.5 基本内容与原规程JGJ 72-90中第6.3.1～6.3.2条相同，仅修改了部分提法。
8.3.6 关于判断沉桩可能性，是桩基分析中常遇到的问题，如何分析评价，是一个复杂的问题，有岩土组成的力学特性、桩身强度、沉桩设备等诸多因素，一般宜在工程桩施工前进行沉桩试验，测定贯入阻力(指压入桩)，总锤击数、最后一米锤击数及贯入度(指打入桩)或在沉桩过程中进行高应变动力法试验(指打入桩)，测定打桩过程中桩身压应力和拉应力等，以评定沉桩可能性、桩进入持力层后单桩承载力的变化以及其他施工参数。
近年来沉桩工艺有所改变，大能量D80、D100柴油锤在工程中使用较多，常用的柴油锤性能及使用桩型等可参考表18。

 

除常规的采用打入式外，在一些大城市采用静力压桩工艺沉桩，其优点避免了锤击沉桩的噪声、振动，同时由于目前压桩机械的改进和压桩能力提高，在上海等一些地区已有900t的全液压静力压桩机，部分液压静力压桩机的主要参数可参考表19。

 

8.3.7～8.3.8 这两条主要考虑高层建筑在城市施工中沉(成)桩对周围环境的影响以及相应的防治措施，也是目前城市环境岩土工程中所需要分析评价和治理的问题。需要指出的是，由于人工挖孔桩存在受地质条件限制、工人劳动强度大、危险性高、大量抽水容易造成周边建筑损害等缺陷，在过去采用挖孔桩最多的广东省，已于2003年5月正式下文限制使用人工挖孔桩。
8.3.9 单桩承载力应通过现场静载荷试验确定。采用可靠的原位测试参数进行单桩承载力估算，其估算精度较高，并参照地质条件类似的试桩资料综合确定，能满足一般工程设计需要；在确保桩身不破坏的条件下，试桩加载尽可能至基桩极限承载力状态。
基桩在荷载作用下，由于桩长和进入持力层的深度不同，其桩侧阻力和桩端阻力的发挥程度是不同的，因而桩侧阻力特征值和桩端阻力特征值，并非定值，或者说是一个虚拟的值。且单桩承载力特征值，无论是从理论上或从工程实践上，均是以载荷试验的极限承载力为基础，因此，本规程只规定了估算单桩极限承载力的公式，并规定按极限承载力除以总安全系数K的常规方法来估算单桩竖向承载力特征值(R_a)，即式(8.3.9)，按本规程所提出公式估算R_a时，其K值均可取2。
8.3.10 采用静探方法确定单桩极限承载力，被勘察人员和设计人员广泛使用，其估算值与实测值较为接近，故本次未作大的修改，保留引用原规程JGJ 72-90第6.3.5条的规定。
8.3.11 由于预制桩基的持力层通常都是硬质黏性土、粉土、砂土、碎石土、全风化岩和强风化岩，这些岩土，除黏性土外均很难取得不扰动土样，通过室内试验求得其压缩性、密实性等工程特性指标，而标准贯入试验是国际上通用的测试手段，在国内已有相当丰富的经验，故本规程提出用标准贯入试验锤击数与打入、压入预制桩各类岩土的极限侧阻力和极限端阻力建立关系，避免了取土扰动和不能取得不扰动试样的影响。由于标准贯入试验锤击数的修正方法随地区和土性各异，很难找到比较符合实际的修正系数，故本规程建表采用实测锤击数，现行国标《岩土工程勘察规范》GB 50021亦规定不修正。
国内外早有人提出了用标准贯入试验锤击数计算单桩极限承载力的公式，如Meyerhof(1976)提出的公式见《加拿大岩土工程手册》和我国贾庆山提出的公式。但这些公式经核算侧阻力计算结果明显偏小，端阻力未考虑随深度增加的影响，本规程未予采纳。
规程中提出标准贯入试验锤击数N与极限端阻力q_P的关系，主要是依据广东省标准《大直径锤击沉管混凝土灌注桩技术规程》DBJ／T 15-17建立的表，这里的“大直径”系指桩管直径为560～700mm的桩，它实际上相当于《建筑桩基基础规范》JGJ 94中的中等直径桩250mm＜d＜800mm，也是预制桩的通常范围。该表系采用修正后的标准贯入试验锤击数，本规程作了调整。该表是根据大量试桩资料和工程实例建立的，对有明显挤土效应的预制桩是适合的。
本规程提出的标准贯入试验锤击数N与基桩极限侧阻力q_sis的关系表，其N与黏性土状态关系是根据《工程地质手册》(第三版)N(手)与I_L的关系作了适当调整，N与砂土密实度关系是按国标《建筑地基基础设计规范》GB 50007的标准划分，N 与粉土密实度的关系是根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31划分。黏性土的状态、砂土的密实度确定后再与原《建筑地基基础设计规范》GBJ 7摩擦力标准值表对比，局部作了调整而提出，由于《建筑地基基础设计规范》GBJ 7已沿用很长时间，基础是可靠的。通过47根打入式预应力管桩或预制桩的静载试验对比，获得总的极限侧阻力、极限端阻力和单桩竖向极限承载力的实测值／计算值比值的标准值分别为0.983、1.111、1.042，总体而言实测值接近或略大于计算值，说明本规程所提出的两张表是可行的，且是偏于安全的。实测与计算详细比较情况见表20和图12～图14。

从图12看出，实测／计算比值0.8～1.2范围内(即误差±20％)的桩数占70.2％。
从图13看出，实测／计算比值0.8～1.2范围内(即误差±20％)的桩数占60％。
从图14看出，实测／计算比值0.8～1.2范围内(即误差±20％)的桩数占75％。
8.3.12 本条所称嵌岩灌注桩系指桩身下部嵌入中等风化、微风化岩石一定深度的挖孔、冲孔、钻孔形成的钢筋混凝土灌注桩。
1 从受力机理上看，这种桩型的抗力应包括桩身在土层中的侧阻力、在岩石中的侧阻力和桩底的端阻力三部分，故采用了式(8.3.12)的表达式。
2 岩石的侧阻力、端阻力决定于岩石风化程度、坚硬程度和完整程度三个因素。现根据深圳地区实测的559件岩样的饱和单轴极限抗压强度f_rk，考查规程中表8.3.12所列三个因素是否合理、匹配。

从表21可看出，除中等风化、完整程度破碎岩一栏，f_rk的标准值由于岩性为硬质岩、试件偏少，使其标准值偏大外，其余中等风化、较破碎，微风化、未风化较完整、完整栏的标准值均大致相当于该栏，f_rk的范围值的中值，说明规程中表8.3.12考虑三个因素的分类是合理的，也基本上是相互匹配的，当三者之间出现矛盾时，宜按低档取值。
3 关于岩石极限端阻力q_pr，主要是根据各地区的试验值和地区经验值规定的，其主要依据如下：
1)《深圳地区建筑地基基础设计试行规程》SJG 1，规定如表22：

该规范已在深圳地区施行14年，其规定的值基本上是合适的。从上表可看出中等风化的硬质岩，其q_pr范围值为9000～12000kPa，微风化硬质岩q_pr范围值为15000～20000kPa。其值与规程中表8.3.12规定的范围值是基本一致的，本规程表8.3.12中等风化q_pr范围值3000～18000kPa，微风化、未风化18000～50000kPa大体相当，但因本规程包括了软质岩，故范围值加宽，另表最后一栏中还包括了“未风化”，所以大值有所提高。
2)广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31有关桩端进入中等风化、微风化岩层的嵌岩桩，其单桩竖向承载力特征值系按下列公式计算：

从上述对比可看出，本规程所规定的极限端阻力均略小于广东省标准。
3)彭柏兴、王文忠“利用原位试验确定红层嵌岩桩的端阻力”一文介绍长沙红层为第三系泥质粉砂岩，属陆相红色碎屑岩沉积，中等风化、天然状态f_rk为1.91～5.80MPa，饱和状态f_rk为0.5～6.5MPa，软化系数0.04～0.57，其端阻力特征值推荐为3500～4500kPa，极限端阻力则为7000～9000kPa；微风化、天然状态f_rk为5.6～12.2MPa，饱和状态f_rk为2.1～7.7MPa，软化系数0.09～0.49，其端阻力特征值推荐为5000～7000kPa，极限端阻力则为10000～14000kPa，推荐值是根据深井载荷试验和高压旁压试验获得。上述值较本规程规定值为高。
4)查松亭、毛由田“软质岩嵌岩桩的应用”一文介绍，合肥地区的侏罗系、白垩系中风化一微风化岩石，经过十几组大直径嵌岩灌注桩的静载荷试验，求得并推荐其桩端极限端阻力q_pr 列于表24：

 

上表中各栏相当于本规程表8.3.12第一栏，其嵌岩深度h_r为1.0m以内时，其范围值为10000～12000kPa，较本规程规定的范围值3000～9000kPa为高。
5)林本海、刘玉树“具有软弱下卧层时桩基的设计方法”一文介绍广州地区白垩系东湖组中风化泥质粉砂岩、砂岩f_rk为4.6～5.8MPa，平均值为5.26MPa，采用其端阻力特征值为3000kPa，极限端阻力则为6000kPa；白垩系东湖组微风化泥质粉砂岩，f_rk为11.6～22.5MPa，其平均值为15.65MPa，采用其端阻力特征值为5000kPa，极限端阻力则为10000kPa。其推荐值在本规程表8.3.12中第一、二栏范围之内。
4 关于嵌岩桩极限侧阻力，其主要依据如下：
1)吴斌、吴恒立、杨祖敦在“虎门大桥嵌岩压桩试验的分析和建议”一文中介绍，根据两根埋设有测试元件的专门试验，采用综合刚度法分析结果，对白垩系强风化泥质粉砂岩中钻孔灌注混凝土嵌岩压桩，可采用允许极限侧阻力为280kPa。由此本规程规定中等风化岩最低的极限侧阻力特征值为300kPa，与该栏极限抗压强度的最低值5000kPa的比值为0.060。
2)从表23可看出，本规程表8.3.12所规定的极限侧阻力较广东省规范和公路规范所建议的值为低，尤其是对硬质岩低得更多，偏于安全。
3)本规程所规定的受压极限侧阻力与国家标准《建筑边坡工程技术规范》GB 50330所规定的岩石与锚固体黏结强度特征值f_rb乘安全系数2，变为极限黏结强度，即2f_rb后，对比如表25：

从表25对比可看出，本规程极限侧阻力q_sir，除个别值外均较《建筑边坡工程技术规范》的2f_rb值略高。q_sir是受压桩周围岩石与C25～C30混凝土之间的侧阻力(亦可看成是黏结力)，而2f_rb是受拉时周围岩石与M30砂浆强度的锚固体之间的极限黏结强度，显然前者高于后者是合理的。
5 本规程所规定的极限侧阻力、极限端阻力，再与行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94对比如下：
该规范计算单桩嵌岩桩极限承载力标准值的公式(其中将桩周土总侧阻力省略)为：

上述括弧中的系数随h_r／d的增大而增大，但在h_r／d≥5.0 时则减小似不合理，故下述对比中将其略去。现假定桩径为d＝2.0m，将按本规程与按《建筑桩基技术规范》JGJ 94计算的Q_uk值对比如表27：

从表27对比可看出，当h_r／d≤1时，两本规范计算的单桩极限承载力Q_u是接近的，最大相差17％，当h_r／d＝1时，两者最为接近，仅相差3％。随着h_r／d的比值增大相差愈多，最大时《建筑桩基技术规范》JGJ 94将比本规程大42％，这主要是《建筑桩基技术规范》JGJ 94中，由于h_r愈大，其侧阻力对单桩极限承载力贡献偏大，而本规程由于掌握实测资料不多，极限侧阻力取值较小偏于安全所致。考虑在实际工程设计中，很少用h_r／d＞2，即若设计d＝2m，桩要进入持力层＞4.Om的情况，尤其是微风化、未风化岩更无必要。因而本规程所规定的值是合适的。
总的来讲，本规程所提出的式(8.3.12)和表8.3.12，作为在勘察期间估算单桩竖向极限承载力是合适、且偏于安全的。由于我国地域宽广、岩石性状变化大，表8.3.12所提供的范围值较大亦是合理的，供岩土工程勘察人员，根据地区经验选择安全、合理的值留有空间。
8.3.13 旁压试验方法既能获得土的强度特性，还可测得土的变形特性，其结果常常能直接用来预测地基土强度、变形特性，且适用性较广，采用旁压试验估算单桩垂直极限承载力在国外应用已相当普遍，法国1985年(SETRA-LCPC1985)规程中的建议方法较为适用，经适当修改，可估算桩极限侧阻力和桩极限端阻力标准值。
本次收集了上海地区近三十项资料，通过旁压试验方法与静探方法得到的单桩极限承载力估算值(样本数342组)并与部分单桩静载荷试验实测值(样本数79组)比较，结果详见图15～图17。
由图表明：旁压试验成果估算单桩极限承载力与静力触探试验方法相比，其估算精度相当，与试桩结果相比，其相对误差一般小于15％，接近试桩的实测值。