基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗研究

彭曦

摘 要：為了探究基礎工程樁單樁豎向抗壓靜載，本研究通過堆載試驗法，明確試驗裝置、技術參數、安裝等要點，檢測反力裝置采用壓重平臺，檢測期間做好數據記錄和數據分析。得出試驗結果：本次共檢測1根試驗樁，所檢測的試驗樁其沉降量未達40 mm，Q～S曲線呈緩變形，其單樁豎向抗壓承載力特征值滿足設計要求。本試驗采取的方法效果顯著，值得推廣與實踐。

關鍵詞：基礎工程;工程樁;豎向抗壓靜載試驗;加載方式;Q～S曲線

中圖分類號：TU473.1 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）11-0084-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.019

Research on Vertical Compressive Static Load Test of Single Pile for Foundation Test Pile

PENG Xi

（Hunan Construction Engineering Quality Testing Center Co.， Ltd.， Changsha 410000， China）

Abstract：? To explore the vertical compressive static load of single pile in foundation engineering. The test device， technical parameters， installation and other key points were defined by the heap load test method. The pressure platform was adopted for the test reaction device. Data were recorded and analyzed during the test.? A total of 1 test pile was tested， the settlement of tested pile was less than 40mm， Q-S curve showed slow deformation， and the characteristic value of vertical compressive capacity of single pile met the design requirements.The method adopted in this experiment is effective and worthy of popularization and practice.

Keywords： foundation engineering; engineering pile; vertical compressive static load test; loading mode; Q～S curve

0 引言

堆載反力梁裝置使用比較廣泛，其承重平臺搭建簡單，適用于不同荷載量試驗，以及不配筋或少配筋的樁，可對工程樁進行隨機抽樣檢測。在千斤頂配合下，該裝置可以將力比較均勻而緩慢地施加到樁上，能明顯改善電動油泵加載中的過沖現象，從而使荷載量的大小比較容易控制。在建筑工程中樁基礎是工程安全與質量的保障，要求樁基的力學特征符合要求，確保能為建筑物的結構安全與質量提供保障。本研究以歡樂海洋主體施工項目二標段B2棟為例，對單樁豎向抗壓靜載進行試驗，得到檢測結果，為樁基設計與優化提供參考。

1 工程概述

工程場地位于湖南省長沙市大王山旅游度假區湘江歡樂城西南方向，是在建工程主體施工項目二標段B2棟，該工程由某土木建筑設計研究院有限公司設計，為框剪結構。采用旋挖鉆孔灌注樁基礎，樁徑、樁身混凝土設計強度分別為φ800 mm、C40，將持力層為微風化灰巖設計在樁端。基樁工程施工期間總樁數、單樁豎向抗壓承載力特征值分別為142根、5 000 kN。2020年，對該工程的基樁進行試驗樁單樁豎向抗壓靜載試驗。

2 場地地基條件

2.1 人工填土

填筑時間約3 a，按照成分可分為以下兩種。①素填土。顏色為黃褐色，組成為黏性土，同時還有一部分風化巖碎石塊與建筑垃圾組成，塊石存在于局部地段，塊徑>1.0 m，近期堆填，稍濕～濕，自重固結沒有完成。標高在頂層的變化為33.10～48.93 m，層厚0.30～30.40 m，平均厚度9.22 m。②雜填土。色雜，由建筑水泥塊、固結后的水泥渣、磚渣等組成，成分不夠單一，且密實度不均勻;層頂標高變化為32.33～48.91 m，層厚0.30～6.40 m，平均厚度2.42 m。

2.2 耕植土（Q4pd）

這類土屬于原來的地表土，由黏性土、少量植物根莖共同組成，處于濕～很濕的狀態。主要分布在工程地質區，層頂標高變化為34.04～37.88 m間，層厚0.50～0.70 m，平均厚度0.54 m。

2.3 第四系全新世沖積（Q4al）粉質黏土

這類土顏色為灰褐色與黃褐色，灰白色高嶺土夾雜在局部，黑色氧化物顆粒清晰可見。主層頂標高變化為32.07～44.15 m，層厚0.70～6.20 m，平均厚度2.16 m。

2.4 第四系晚更新世沖積（Q3al）層

此類土主要分布在工程地質分區，按其狀態及其成分可分為如下兩層。①黏土，顏色為紅褐色與黃褐色，白色夾雜其中，結構為網狀，稍濕。切面光滑，光澤反應一般層頂標高變化為40.25～47.65 m，層厚1.10～9.70 m，平均厚度4.38 m。②含圓礫粉質黏土，顏色為褐黃色，有灰白色夾雜其中，圓礫不均勻摻在其中，粒徑為0.2～4.0 cm，稍濕。切面沒有光澤，稍顯光滑。層頂標高變化、層厚、平均厚度分別為34.13～43.67 m、2.40～7.80 m、4.15 m。

2.5 第四系殘積（Qel）層

按其狀態及母巖成分可分為以下兩層：①粉質黏土。呈褐黃色，系砂巖風化巖殘積而成，原巖結構清晰，不均勻夾有強風化巖石碎塊，稍濕。層頂標高變化為27.03～45.99 m，層厚0.40～8.90 m，平均厚度1.69 m。②黏土。呈灰褐色，系灰巖殘積而成，很濕，軟塑～可塑狀態，切面光滑，光澤反應一般，其干強度及韌性中等，搖震無反應，局部不均勻的含有少量碎石及礫石。層頂標高變化為26.94～42.33 m，層厚0.40～10.00 m，平均厚度2.48 m。

2.6 泥盆系（D）地層

由砂巖及灰巖組成，具體如下。

①強風化砂巖。顏色為黃褐色與灰綠色，礦物大部分都被風化，結構為層狀，屬極軟巖，巖體容易破損，短柱狀為巖芯，很難用手折斷巖石單塊[1]。巖芯采取率、巖石質量指標分別為60%～85%、RQD<25。層頂標高為28.01～45.05 m，揭露厚度為0.40～5.45 m。②中風化砂巖。呈灰綠色、灰白色，主要礦物成分為石英及長石等，硅質膠結為主，細粒結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖芯多呈碎塊狀及柱狀，敲擊聲脆。其巖體較完整，屬軟巖，巖芯采取率為80%～90%，巖石質量指標RQD為60～80，為較差～較好，巖體基本質量等級為Ⅳ級。揭露厚度為0.90～3.57 m。

3 單樁豎向抗壓靜載試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗經濟效益好、操作便捷、可確保單樁豎向極限承載力標準值與樁身質量符合要求。

3.1 試驗裝置

在本試驗中所運用到的裝置有位移傳感器、壓力傳感器、千斤頂、方形大梁、混凝土配重等，其規格、數量如表1所示。在試驗前，要做好設備檢查與調試，確保設備符合試驗要求，在試驗結束后做好設備清潔工作，并將設備歸還于指定單位。

3.2 參數要求

3.2.1 測試參數。

①主機與數控盒組網成功后，選擇《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106—2014）。

②連接位移傳感器，檢查傳感線是否損壞，位移傳感器警戒值不超過50 mm。

③嚴格按標定證書上的標定表值設置千斤頂的工作壓強。

3.2.2 基準樁的搭建和基準梁的搭設。

①基準樁需要布設得比較牢固，并且要方便架設基準梁。

②盡量將基準樁埋設較深，確保符合標準。

③基準梁要具有較強的剛度，同時還要避免外界因素的干擾，比如氣溫、振動等。

3.2.3 位移傳感器的安裝。傳感器安裝后，必須豎直。磁性表座在基準梁上面要安裝牢固，避免對試驗產生影響。位移傳感器的正確安裝方式是安放在樁頭以下20 cm處。

3.3 試驗加卸載方式

采取分級加載，逐級等量的方式。預估極限承載力的1/10確定為分級荷載，第一級荷載為分級荷載的2倍。采取分級卸載的方式，每級卸載量需合理確定，為分級荷載的2倍[2]。荷載需在加載與卸載過程中均勻、連續傳遞，變化幅度要在每級荷載中合理控制，確保其控制在分級荷載的±10%以內。

3.4 終止加載的條件

①樁頂沉降量在某級荷載作用下，是前一級荷載作用下沉降量的5倍大。樁頂沉降穩定后，總沉降量在40 mm以內時，需加載到樁頂，要求總沉降量在40 mm以上。

②樁頂沉降量在某級荷載作用下，要比前一級荷載作用下沉降量大2倍，在24 h之后穩定性未達到標準。

③已達到設計要求的最大加載量。

④錨樁上拔量在工程樁作錨樁過程中，必須達到允許值。

⑤當荷載—沉降曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量為60～80 mm;加載至樁頂累計沉降量超過80 mm，可在特殊情況下確定。

3.5 檢測數據的分析與判定

在荷載變化下，沉降也會發生變化，按照這一特征可確Q～S曲線屬于陡降形，荷載值要在發生明顯陡降的起始點提取。

在時間變化下，沉降也會發生變化，按照這一特征可確定：荷載值可取s～lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。

按照沉降量，緩變形Q～S曲線的荷載值可確定為s=40 mm;樁身彈性壓縮量需在樁長大于40 m時進行考慮;樁直徑在80 mm以上時，可取s=0.05 D（D為樁端直徑）對應的荷載值[3]。

3.6 加載方式

選擇壓重平臺為本項目的檢測反力裝置，壓重物重量在平臺上需合理控制，要求能在預估施加總荷載的1.2倍以內，施加荷載可使用6 300 kN千斤頂2臺實現，全自動加載可使用靜載儀、傳感器并聯在千斤頂油路上，可對荷載值進行讀取，對稱安裝4個位移傳感器，對沉降變形進行觀測。采用慢速維持荷載法的加載方式，按設計要求的承載力特征值2倍計算最大加載量，也就是5 000 kN×2=10 000 kN。分9級進行加載，第一級與其他各級加載量分別為2 000 kN、1 000 kN。

沉降相對穩定標準：樁頂沉降量要求控制在0.1 mm/h以內，且出現次數為連續2次，樁頂沉降速率處于一個比較穩定的范圍時，要對下一級荷載進行施加[4]。卸荷需分為5級進行，在每級荷載需維持1 h，樁頂沉降量測讀時間分別為15 min、30 min、60 min，可以卸下一級荷載;卸載到0后，對樁頂殘余沉降量進行讀取，要將時間控制在3 h以內，測讀時間分別為第15 min、30 min，以后每隔30 min測讀一次樁頂殘余沉降量。

3.7 試驗原理及現場檢測

3.7.1 試驗原理。施加軸向壓力需在樁頂逐級進行，對樁頂隨時間發生的沉降進行觀察，單樁豎向抗壓承載力可按照荷載與位移的關系予以確定，也就是Q～S曲線。

試驗最大加荷值的確定如公式（1）所示。

Q=2×Ra? ? ? ?（1）

式中：Q為試驗最大加荷值，kN;Ra為設計要求檢測單樁承載力特征值，kN。

3.7.2 現場檢測。

①工作內容。對場地進行勘查，并對場地進行合理布置，對試驗點進行確定，做好儀器的安裝與拆卸工作，對觀測點和觀測設施進行設置，對觀測儀器進行校正、加荷，并做好觀測與記錄，對試驗資料進行整理，對圖表進行繪制與計算，做好數據統計，編寫報告，提供正式檢測成果。

②觀測程序。

a.沉降觀測。加載需分10級進行，樁頂沉降量需在對每級施加荷載后的第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min進行測讀，之后可按照每隔30 min測讀一次的方法進行。

b.試樁沉降相對穩定標準。樁頂沉降量規定需控制0.1 mm/h，且需連續出現2次。

c.施加下一級荷載要求樁頂沉降速率達處于一個相對穩定的狀態。

d.卸載時，每級荷載應維持1 h，樁頂沉降量需分別按照第15 min、30 min、60 min測讀，然后進行下一級荷載的卸載;卸載到0后，要對樁頂殘余沉降量進行讀取，時間需控制在3 h以上，測讀時間分別為第15 min、30 min，以后每隔30 min測讀一次樁頂殘余沉降量。試驗結果如表2所示。

4 結果分析

4.1 檢測試驗數據及分析

本次共檢測1根試驗樁，樁長、樁徑分別為15.80 m、800.00 m。在檢測時，荷載分為10個等級，所檢測的試驗樁其沉降量未達40 mm，Q～S曲線呈緩變形，極限荷載的陡降段沒有出現，按最大試驗荷載確定單樁豎向抗壓極限承載力，為不小于10 000 kN，這樣就可以計算出單樁豎向抗壓承載力特征值不小于5 000 kN。

4.2 試驗關系曲線

抗壓試驗數據可由試驗獲取，并對所測樁的樁頂沉降量與荷載對應關系Q～S曲線，樁頂沉降量與時間對數關系s～lgt曲線進行繪制，如圖1、圖2。

4.3 檢驗結論

在本次測試中，單樁豎向抗壓靜載試驗所檢測的試驗樁為1根，單樁（107#試驗樁）豎向抗壓承載力特征值為5 000 kN以上，滿足設計要求。Q～S曲線圖在2 000 kN時較陡，在2 000～8 000 kN之間變得緩和，在8 000 kN以后圖像有明顯下彎。在30 mm之前s～lgt曲線較緩和，變化不大，但在30 min以后發生較大變化。

5 結語

基礎工程樁單樁豎向抗壓靜載試驗要注意很多要點，做好試驗工作，能對單樁豎向抗壓承載力極限值進行準確計算，為提升群樁效率和建筑物的安全提供保障。試驗過程中，要做好工藝控制，確保數據獲取的精準性與可靠性，同時也要在試驗期間，做好數據記錄，并最終計算出荷載值。

參考文獻：

[1] 鄧岳飛，張向陽，蘇強，等.后注漿與非注漿單樁豎向抗壓極限承載力及側阻力對比分析[J].工程勘察，2018，46（6）：29-32.

[2] 趙春風，吳悅，趙程，等.黏土中樁端后注漿單樁抗壓承載特性室內模型試驗研究[J].天津大學學報（自然科學與工程技術版），2019，52（12）：1235-1244.

[3] 陳東升，周標和，吳春燕，等.沉樁方式及樁型對湛江組結構性黏土中單樁承載力時效性的影響[J].科學技術與工程，2020，20（29）：12071-12077.

[4] 王杰，李建輝，韓易桐.多層級錨索反力靜載檢測裝置在超大荷載樁基試驗檢測中的應用[J].建筑技術，2021，52（3）：355-356.

[5] 何瑋山.錨樁壓重聯合法在某工程管樁單樁豎向抗壓極限承載力試驗中的應用[J].建筑監督檢測與造價，2014，7（2）：38-4.