鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗研究

馬文龍，牛兵，張曉波，蘇立保，白逸潔

（陜西中機巖土工程有限責任公司，陜西 西安 710043）

1 引言

近年來，我國經濟快速發展，城市人口暴增以及工業用地等原因導致城市土地資源不足問題愈發明顯，因此進行高層建筑和地下空間的開發利用，成為解決該問題非常有效的方法。高層建筑由于其自身荷載原因對地基承載力要求較高，一般天然地基無法滿足承載力要求，因此樁基礎得到了廣泛的應用和發展。其中鉆孔灌注樁由于具有對地層條件適應性強、樁長及樁徑變化靈活，單樁承載力較大、施工時低噪音、低振動對周邊環境影響較小等諸多優點，成為高層建筑等眾多工程建設重要的基礎形式。

近年來，我國眾多學者在鉆孔灌注樁領域進行深入的研究。李婧在上海地區開展大直徑鉆孔灌注樁大噸位靜載荷試驗，分析了大直徑鉆孔灌注樁承載特性，積累了該地區樁基設計經驗；劉紅艷基于后壓漿超長鉆孔抗壓樁的現場靜載荷試驗，研究了后壓漿超長鉆孔灌注樁的承載特性，結果表明后壓漿技術可顯著提高基樁極限承載力；許超在濕陷性黃土地區開展大直徑樁軸向靜載荷試驗，依據試驗數據總結了該地區大直徑旋挖樁承載性狀；呂鵬飛以高承載力鉆孔灌注樁為研究對象，通過現場試驗、理論分析、有限元模擬相結合，對鉆孔灌注樁的承載性能、荷載傳遞和側摩阻力進行研究；張利潔分析了巖溶發育的淤泥質土層樁身軸力的荷載傳遞機理以及樁的荷載—沉降特性，發現樁頂荷載主要通過樁側摩阻力逐漸向下傳遞，具有明顯的摩擦樁特點，樁底沉渣厚度顯著影響樁頂沉降量與極限承載力。

本文基于陜西省安康市某住宅工程，開展鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗，分析單樁在上部荷載作用下的豎向承載特性，試驗結果對該場地乃至安康地區的工程設計及施工具有一定的指導意義。

2 工程概況

擬建工程位于安康市高新區新創路以北，316國道以西區域。場地地貌單元屬漢江北岸三級沖洪積階地，地形東高西低，起伏較大，地面高程284.64m～331.87m之間，高差44.23m。該工程自上而下各地層主要特征如下。

①雜填土：主要由碎石等組成，含少量粘性土，結構松散，土質不均，厚度0.80m～8.50m，層 底 深 度 0.80m～9.50m；①素填土：主要由膨脹性粉質粘土回填而成，含少量砂卵石，局部地段結構松散，土質不均勻，厚度0.50m～13.00m，層底深度0.50m～13.00m；①淤泥質土：灰色～灰黑色，流塑狀態，厚度1.10m～6.90m，層 底 深 度 3.10m～13.60m。

②粉質粘土：黃褐色～棕紅色，土質較均勻，表層裂隙發育，局部為粉土，以硬塑狀態為主，厚度0.90m～6.80m，層底深度2.50m～8.00m。

③卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～60mm，磨圓度一般，填充物主要為中粗砂。中密狀態，呈半膠結狀，厚度 2.60m～8.60m；層底深度 3.50m～10.40m。

④粉質粘土：黃褐～棕紅色，土質較均勻，局部為粉砂，粉土，粘土，硬塑～堅硬狀態，以硬塑狀態為主，層厚0.7m～13.60m，層底深度0.70m～18.80m。

⑤卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～40mm，磨圓度一般，充填物為中粗砂，以中密狀態為主，呈半膠結狀，層厚1.00m～30.00m，層底深度2.80m～34.00m；⑤粉細砂：淺灰色，局部含有粉質粘土，粉土，中粗砂，中密狀態，呈半膠結狀，層厚0.90～3.50m，層度深度0.90～26.00；⑤中粗砂：淺灰色，顆粒不均勻，級配良好，以密實狀態為主，呈半膠結狀，層厚1.00～30.00m，層底深度2.80～34.00m。

⑥粉質粘土：灰褐色，土質較均勻，以硬塑狀態為主，層厚1.50～22.00m，層底深度8.60～40.40m。

⑦粉細砂：淺灰色，以密實狀態為主，呈半膠結狀，層厚0.70～10.10m，層底深度17.40m～48.50m；⑦中粗砂：淺灰色，顆粒不均勻，級配良好，以密實狀態為主，呈半膠結狀，層厚1.80m～8.50m，層底深度15.50m～48.50m；⑦粉質粘土：黃褐色，土質較均勻，局部為粉土，粘土，以硬塑狀態為主，層厚1.00～8.30，層底深度17.30～32.40m；⑦卵石：呈亞圓形，一般粒徑20mm～40mm，磨圓度一般，充填物以中粗砂為主，以中密狀態為主，呈半膠結狀，該層未揭穿，最大揭露厚度42.90m。

本工程擬建地上33層，地下1層，地基基礎設計等級為甲級，工程重要性等級為一級。采用灌注樁基礎，鉆孔灌注樁總樁數105根，樁徑800mm，有效樁長33.00m，樁頂設計標高為297.32m，樁端持力層層為⑦層卵石，樁身混凝土強度等級C40，設計要求成樁后單樁豎向抗壓承載力特征值R為5000kN。

工程樁主要參數 表1

3 現場試驗及結果分析

3.1 試驗方案

為研究鉆孔灌注樁受上部荷載后的單樁豎向承載力特征，對該工程進行了3組單樁豎向靜載荷試驗，試驗編號為JZ1、JZ2、JZ3。具體試驗方案如下。

試驗前預先將樁頭做好，然后在上部鋪設30mm后的中、粗砂找平層，再將與樁頂面積相等的剛性承壓板放置于樁頂。

第一級荷載加至2000kN，以后每級以1000kN的壓力遞增，最大加載值為10000kN。基樁沉降由4塊數顯百分表量測，數顯百分表均勻設置在樁身周圍。

每級荷載下沉降觀測次數為：加上部荷載后第一個小時按5min、10min、15min、15min、15min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次，直至沉降相對穩定為止。沉降相對穩定標準：每一小時內樁頂沉降量不超過0.1mm且連續出現兩次。

當出現下列情況之一時終止加載。

①在某級荷載作用下，樁頂沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍，且樁頂總沉降量超過40mm。

②在某級荷載作用下，樁頂沉降量為前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經過24h樁頂沉降尚未達到相對穩定標準。

③上部荷載已加載到設計要求的最大加載值且樁頂沉降達到相對穩定標準。

④當Q-s曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量60mm～80mm；當樁端阻力尚未發揮時，可加載至累計沉降量超過80mm。

圖1 單樁豎向承載力靜載荷試驗

3.2 試驗結果分析

根據單樁豎向靜載荷試驗，通過百分表測得沉降數據，繪制了荷載—沉降曲線（Q-s）曲線和時間—沉降（t-s）曲線，如圖2，圖3，圖4。

圖2 JZ1靜載荷試驗曲線

圖3 JZ2靜載荷試驗曲線

圖4 JZ3靜載荷試驗曲線

①從圖2（a），圖3（c），圖4（e）可以看出，JZ1、JZ2、JZ3三根工程樁在終止荷載10000kN壓力作用下，沉降量介于23.61mm～26.45mm之間，在進行逐步卸載后回彈介于2.77mm～3.06mm之間，回彈率分別為12.81%、10.47%、12.24%。

②由圖2，圖3，圖4發現，各工程樁Q-s曲線規律類似，隨著樁頂荷載的增加豎向位移也不斷變大，均表現出緩變型，無明顯的陡降段，根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2019），3根試驗樁的單樁豎向極限承載力可取10000kN；

單樁豎向抗壓靜載荷試驗加、卸荷一覽表 表2

③由于單樁豎向承載力特征值為單樁豎向極限承載力的一半，因此本場地單樁豎向承載力特征值R可取5000kN，滿足設計要求。

④從圖2（b），圖3（d），圖4（f）三組試驗的t-s曲線可以看出，每級荷載下的曲線均接近水平，在荷載作用下樁體均快速達到穩定狀態，各級荷載之間的穩定時間差異不大，這與本工程中持力層為卵石層有很大關系，眾所周知，巖層的壓縮模量遠大于其他地層，因此該試驗范圍內t-s曲線在較大荷載下也可迅速達到穩定狀態。

4 結論

以安康市具體工程為依托，開展鉆孔灌注樁單樁靜載荷試驗，對靜載荷試驗結果進行分析，得到如下結論：

①三根工程樁在上部荷載作用下荷載—沉降曲線均為緩變型，無明顯的陡降段，工程樁的單樁豎向極限承載力可取10000kN；

②由于單樁豎向承載力特征值為單樁豎向極限承載力的一半，因此本場地單樁豎向承載力特征值R可取5000kN，滿足設計要求；

③本工程3根工程樁持力層均為卵石層，壓縮模量較大，t-s曲線在各級荷載下均近似水平，因此樁體在較大荷載下也可以較短的時間達到穩定狀態。