地基基礎單樁豎向抗壓靜載試驗研究

徐 笛

(南通市建筑設計研究院有限公司，江蘇 南通 226001)

0 引言

高層建筑基礎部分的造價在整個建筑物投資中占據了較大的比例，而樁基礎往往又是高層建筑結構采用最廣泛的地基加固形式，樁基的力學特性對于整體建筑物的結構安全、質量控制和投資管理等起著舉足輕重的作用[1-3]。本文結合某即將開工的高層住宅項目，以其中兩根預應力管樁為試驗對象，進行單樁豎向抗壓靜載試驗，根據試驗數據獲得單樁豎向抗壓靜載試驗樁頂沉降量與荷載對應關系曲線及單樁豎向抗壓靜載試驗樁沉降與時間對數關系曲線，分析曲線推導出各樁的最終沉降和極限承載力，為樁基設計及優化提供依據[4-6]。

1 工程地質概況

工程擬建場地屬于長江下游沖積平原區新三角平原，成陸時間較晚，場地地貌單一，主要覆蓋第四紀松散沉淀積物，地質工程勘察院提供的工程勘察地質資料如表1所示?？辈煸航ㄗh以⑤-2層和⑨-2層土為樁端持力層，設計人員以此確定樁基方案，并估算出預應力管樁(樁徑600 mm)的單樁豎向極限承載力標準值，詳見表2。

表1 地基土評價表

表2 單樁豎向極限承載力標準值估算表

2 單樁豎向抗壓靜載試驗

單樁抗壓靜載試驗是公認的檢測基樁豎向抗壓承載力最直觀、最可靠的傳統方法。本文以6號樓SZ3和SZ8為試驗對象進行單樁豎向抗壓靜載試驗研究。樁型：預應力管樁；樁長：49 m；樁規格：φ600 mm；樁身混凝土強度等級：C80；樁端巖土層：⑨-2層粉砂；樁頂絕對標高：2 m(±0.000相當于85國家高程4.500 m)；擬加最大試驗荷載：6 500 kN。試驗環境：室外、常溫，周圍無強振動、無強磁場干擾。

2.1 試驗裝置

常用的加載裝置有千斤頂、靜力荷載測試儀、油壓傳感器和位移傳感器等?？箟涸囼灱虞d裝置為9 000 kN靜載試驗反力架1套，采用2只QF-630T-20b千斤頂(配套油壓傳感器)并聯加壓?；鶞柿翰捎脙筛L6.0 m的φ60鋼管，對稱安置在試樁兩側。試樁端部對稱安置4個沉降測點，用磁性表座將量程為50 mm位移傳感器固定在基準梁上，具體裝置見圖1[7]。

2.2 試驗原理及方法

單樁靜載荷試驗是通過測定樁頂在不同的受荷狀態下的變形參數、特征，即樁受荷情況下的應力—應變曲線，采用一定的方法(規范、規程、規定的)分析、評價樁的承載力水平[8]。

本次抗壓加載采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級荷載達到相對穩定后，加下一級荷載，直到要求極限為止，然后跳級卸載至零。所謂“沉降相對穩定標準”是指每1 h的沉降量不超過0.1 mm，并連續出現兩次(由1.5 h內連續出現3次觀測值計算)時，認為已達到相對穩定。試驗具體按JGJ 106—2014建筑基樁檢測技術規范中有關要求進行。

分級荷載宜為預估極限載荷的1/10，第一級可按2倍分級荷載加載。每級加載后間隔5 min,10 min,15 min各測讀一次沉降，以后每隔15 min讀一次，累計1 h后每隔30 min測讀一次，每次測讀值記入試驗記錄表。當某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍，或樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24 h尚未達到“沉降相對穩定標準”時，終止加載。每級卸載值為加載值的2倍，卸載后隔15 min測讀一次沉降，讀兩次后隔30 min再讀一次，即可卸下一級荷載。全部卸載后，隔3 h再讀一次。加、卸載時應使荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%[9，10]。

3 試驗結果及分析

3.1 豎向抗壓靜載結果

SZ3樁試驗歷時2 130 min。當試驗進行至6 050 kN時，經240 min觀測，樁頂本級沉降量為4.97 mm，累計沉降量為26.65 mm，當加載至6 500 kN時，經120 min觀測，樁頂本級沉降量為3.35 mm，累計沉降量為30.00 mm，遂終止加載。經過6次分級卸載后，測得該樁豎向抗壓靜載試驗最終累計沉降量為2.88 mm。

SZ8樁試驗歷時2 460 min。當試驗進行至6 050 kN時，經240 min觀測，樁頂本級沉降量為8.01 mm，累計沉降量為32.05 mm，當加載至6 500 kN時，經570 min觀測，樁頂本級沉降量為10.73 mm，累計沉降量為42.78 mm，遂終止加載。經過6次分級卸載后，測得該樁豎向抗壓靜載試驗最終累計沉降量為16.29 mm。

3.2 試驗關系曲線

根據試驗樁抗壓試驗過程實測數據，分別繪制SZ3樁、SZ8樁的樁頂沉降量與荷載對應關系Q—s曲線、SZ3樁、SZ8樁的樁頂沉降量與時間對數關系s—lgt曲線，如圖2～圖5所示。

3.3 試驗分析意見及結論

SZ3樁、SZ8樁的樁頂沉降量與荷載對應關系Q—s曲線均未出現陡降，加載6 500 kN時的樁頂沉降量與時間對數關系s—lgt曲線，尾部均未出現明顯下彎，SZ3樁本級荷載(6 500 kN)下的沉降量小于40 mm，兩樁的單樁豎向抗壓承載力均已達到設計要求而終止加載。根據JGJ 106—2014建筑基樁檢測技術規范第4.4.2條文規定，兩樁的豎向抗壓極限承載力取最大試驗荷載值(6 500 kN)，試驗成果見表3。

表3 單樁豎向靜載試驗成果匯總表

序號樁號樁徑mm最終加載kN沉降量/mm累計殘余最大回彈量mm回彈率/%極限承載力kN1SZ36006 50030.002.8827.1290.406 5002SZ86006 50042.7816.2926.4961.926 500

4 結語

本次試驗的預應力管樁是以地勘資料建議的樁端持力層設計的，通過單樁抗壓靜載試驗，可以較為準確地確定單樁豎向抗壓承載力極限值。在實際工程的樁基礎設計中，可以通過單樁抗壓靜載試驗，進一步結合建筑物上部的荷載，在充分考慮樁、土、筏板之間共同作用下，通過方案比選和優化，確定更為經濟合理的樁端持力層、樁長、樁徑、混凝土強度等級、筏板及配筋等樁基礎設計方案，更大發揮樁自身固有的極限承載能力，加大土的分擔比，提高群樁效率，從而在保證建筑物安全的前提下合理控制成本，取得更好的經濟效益和社會效益。