高層建筑樁基單樁豎向抗壓靜載試探討

摘 要：在高層建筑中，樁基礎(chǔ)是一種被普遍采用的基礎(chǔ)形式。為保證樁基安全可靠，對(duì)樁基的檢測(cè)是有必要的。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了高層建筑樁基單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的全過(guò)程，并整理和研究了試驗(yàn)結(jié)果，作出了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S、S～lgt曲線(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：樁基；靜載試驗(yàn)；抗壓承載力；試驗(yàn)荷載；Q～S曲線(xiàn)；S～lgt曲線(xiàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市可利用土地也日益減少，因此，建筑物的高度向著更高的方向發(fā)展，高層建筑也越來(lái)越多。樁基礎(chǔ)是一種被高層建筑普遍采用的基礎(chǔ)形式。但由于樁基深埋于地下，隱蔽性極強(qiáng)，為保證樁基安全可靠，因此，樁基的檢測(cè)是十分必要的。單樁豎向承載力一直是樁基檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)。確定單樁豎向承載力的方法有很多，但目前靜載試驗(yàn)仍是確定樁身承載力最直接、最可靠的方法，應(yīng)用也最為廣泛。

1工程概況

某工程總建筑面積為27611m2，包括了19層主樓及地下室。該建筑采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁總數(shù)252根，樁身直徑最長(zhǎng)為Ф1000mm，最短為Ф800mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30～C40。

2單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

為了檢測(cè)樁基單樁豎向抗壓承載力，對(duì)本工程的5#樁、8#樁和13#樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，基本參數(shù)如表1所示。

表1 試樁基本參數(shù)

本次試驗(yàn)依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），試驗(yàn)方法采用錨樁反力法，用四錨樁配合“工”字形反力梁提供試驗(yàn)反力，采用慢速維持荷載法進(jìn)行。

2.1試驗(yàn)設(shè)備

全自動(dòng)基樁靜載儀1臺(tái)；8000kN千斤頂1臺(tái)；壓力傳感器1只；位移測(cè)量容柵式數(shù)顯百分表2只；主梁采用7000mm×800mm鋼梁2根；位移測(cè)量基準(zhǔn)梁采用4000mm×60mm方鋼1根；超高壓油泵站一個(gè)。該設(shè)備總加載能力不小于8000kN。

2.2豎向抗壓試驗(yàn)樁制作

試驗(yàn)樁按照設(shè)計(jì)圖紙施工，樁帽進(jìn)行特別制作，為節(jié)省工期，可在樁身混凝土澆筑時(shí)一次成型，但應(yīng)注意清除浮漿。

2.3錨樁制作

配合單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的4根錨樁樁身尺寸按照原設(shè)計(jì)圖紙施工，樁頂標(biāo)高按照設(shè)計(jì)圖紙施工，鋼筋籠縱筋應(yīng)高出自然地面不少于500mm。在試驗(yàn)時(shí)要對(duì)錨樁上拔量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)前對(duì)鋼梁應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算，并對(duì)錨樁的拉筋進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。

2.4試樁、錨樁平面布置示意圖（如圖1A）

2.5主梁支承墩基制作（如圖1B）

圖1

圖中為試驗(yàn)大梁支承墩基，其底面積為4000×900mm2；“U”形墩基的中間部分比試驗(yàn)樁樁頂高660mm，兩端部分比試驗(yàn)樁樁頂高1920mm；支承墩基用機(jī)制紅磚、水泥砂漿砌成，自然養(yǎng)護(hù)10d，支承墩基基礎(chǔ)應(yīng)夯實(shí)。

2.6荷載分級(jí)

本次靜載試驗(yàn)的單樁豎向抗壓承載力特征值設(shè)計(jì)要求為2700kN～3600kN，根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），最大試驗(yàn)荷載為單樁豎向抗壓承載力極限值5#樁、13#樁為5400kN，8#樁為7200kN，當(dāng)保證樁身混凝土不被破壞時(shí)，可再施加0.5～1級(jí)荷載。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），每級(jí)加載量為預(yù)估極限荷載的1/10～1/15，第一級(jí)可按照2倍分級(jí)荷載加載。

表2單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載分級(jí)表（荷載單位kN）

本次試驗(yàn)首級(jí)加載量取最大試驗(yàn)荷載的2/10，以后各級(jí)取最大試驗(yàn)荷載的1/10。實(shí)際荷載分級(jí)如下。本工程單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，在試驗(yàn)加、卸荷過(guò)程，沉降觀測(cè)時(shí)間間隔及相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)還有終止加載條件都執(zhí)行《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）的規(guī)定。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果

本工程單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表（見(jiàn)表3）。

表3各試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果匯總表

本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S、S～lgt曲線(xiàn)（見(jiàn)圖2）。

圖2單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S、S～lgt 曲線(xiàn)

3.2單樁豎向抗壓承載力的確定

本次試驗(yàn)單樁豎向抗壓承載力的確定方法遵循下列原則：

①根據(jù)沉降隨荷載變化的特征確定：對(duì)于陡降型Q～S曲線(xiàn)，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值。

②根據(jù)沉降隨時(shí)間變化的特征確定：取S～lgt曲線(xiàn)尾部出現(xiàn)明顯彎曲的前一級(jí)荷載。

③某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24h未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，取前一級(jí)荷載。

④對(duì)于緩變型Q～S曲線(xiàn)可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40mm對(duì)應(yīng)的荷載值；當(dāng)樁長(zhǎng)大于40m，時(shí)，宜考慮樁身彈性壓縮量；對(duì)于直徑大于或等于800mm的樁，可取S=0.005D（D為樁端直徑）對(duì)應(yīng)的荷載值。

⑤當(dāng)按照上述4款判定樁的豎向抗壓承載力未達(dá)到極限時(shí)，樁的豎向抗壓承載力應(yīng)取最大試驗(yàn)荷載值。

3.3試驗(yàn)結(jié)果分析

①?gòu)?#樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S曲線(xiàn)上可以看出，當(dāng)荷載最大加至5400kN時(shí)，樁頂最大沉降量為34.42mm，曲線(xiàn)未出現(xiàn)陡降，末級(jí)荷載作用下的樁頂沉降量為7.92mm；從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為29.33mm，最大回彈量為5.09mm，回彈率為14.8%；從S～lgt曲線(xiàn)看，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的沉降曲線(xiàn)均較平坦，未見(jiàn)明顯下彎。考慮到最大試驗(yàn)荷載已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為避免樁身混凝土受壓破壞，試驗(yàn)加載至5400kN穩(wěn)定后停止加載。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），該樁的豎向抗壓極限承載力不小于最大試驗(yàn)荷載5400kN，該樁的豎向抗壓承載力特征值不小于2700kN。

②從8#樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S曲線(xiàn)上可以看出，當(dāng)荷載最大加至7200kN時(shí)，樁頂最大沉降量為35.07mm，曲線(xiàn)未出現(xiàn)陡降，末級(jí)荷載作用下的樁頂沉降量為7.21mm；從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為29.68mm，最大回彈量為5.39mm，回彈率為15.4%；從S～lgt曲線(xiàn)看，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的沉降曲線(xiàn)均較平坦，未見(jiàn)明顯下彎。考慮到最大試驗(yàn)荷載已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為避免樁身混凝土受壓破壞，試驗(yàn)加載至7200kN穩(wěn)定后停止加載。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），該樁的豎向抗壓極限承載力不小于最大試驗(yàn)荷載7200kN，該樁的豎向抗壓承載力特征值不小于3600kN。

③從13#樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)Q～S曲線(xiàn)上可以看出，當(dāng)荷載最大加至5400kN時(shí)，樁頂最大沉降量為32.64mm，曲線(xiàn)未出現(xiàn)陡降，末級(jí)荷載作用下的樁頂沉降量為7.04mm；從卸載回彈情況看，完全卸載后樁頂殘余沉降為28.05mm，最大回彈量為4.59mm，回彈率為14.1%；從S～lgt曲線(xiàn)看，各級(jí)荷載對(duì)應(yīng)的沉降曲線(xiàn)均較平坦，未見(jiàn)明顯下彎。考慮到最大試驗(yàn)荷載已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為避免樁身混凝土受壓破壞，試驗(yàn)加載至5400kN穩(wěn)定后停止加載。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003），該樁的豎向抗壓極限承載力不小于最大試驗(yàn)荷載5400kN，該樁的豎向抗壓承載力特征值不小于2700kN。本工程檢測(cè)的3根試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓承載力特征值分別為：5#樁為2700kN；8#為樁3600kN；13#為樁2700kN，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。限于本文篇幅，8#樁與13#樁的Q～S、S～lgt曲線(xiàn)不再一一介紹。

4結(jié)語(yǔ)

雖然單樁豎向抗壓承載力靜壓試驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、成本較高，但其直觀性和可靠性是其他檢測(cè)方法無(wú)法比擬的。但需要注意的是，在嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)范的同時(shí)，針對(duì)特殊地區(qū)，必須認(rèn)真研究和加以解決，才能使單樁靜壓試驗(yàn)客觀地、科學(xué)地反映樁基工程的特性。

參考文獻(xiàn)

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