PHC 管樁單樁豎向抗壓承載力試驗對比分析

甘梓堅

(佛山市三水區建筑工程質量安全監督站)

0 引言

PHC 管樁自從上世紀80 年代國內開始生產和使用，優點顯著：造價相對低、運輸方便、施工時效快、樁身強度高、成樁質量較可靠，在樁基礎建設方面得到了非常廣泛的應用。

樁基主要作用在于保證樁身結構性完整的情況下，將上部荷載沿著樁身傳遞到持力層。可見樁基承載力是否合格將極大地影響到建筑工程的健康與安全，因此樁基承載力檢測尤為重要。

目前單樁豎向抗壓承載力檢測通常采用單樁豎向抗壓靜載試驗和高應變法試驗，本文結合工程實例對兩種試驗方法的優缺點進行探討，并對承載力結果進行對比分析，以期給檢測人員及管理人員一定的參考和借鑒。

1 單樁豎向抗壓靜載試驗

1.1 靜載試驗的原理和試驗過程

單樁豎向抗壓靜載試驗分為慢速維持荷載法和快速維持荷載法。《建筑與市政地基基礎通用規范》GB55003-2021 強制性條文明確指出單樁豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持荷載法。

單樁豎向抗壓靜載試驗采用壓重平臺反力裝置。壓重平臺反力裝置提供荷載反力，在試驗開始前將設計要求的承載力極限值對應的堆載量一次性加上平臺，試驗時利用油壓千斤頂分級加載。

在分級加載的過程中，持續性觀察并記錄樁頂部隨著時間產生的沉降，最終通過基樁施壓的荷載（Q）與沉降（s）的曲線分析，判斷基樁破壞的形式及承載能力。

圖1 靜載試驗裝置示意圖

1.2 具體工程案例分析

佛山三水某工程A，該工程基樁采用樁徑為500mm的PHC 管樁，設計混凝土強度等級為C80，設計承載力特征值為2500kN，設計極限承載力為5000kN。要求最大試驗荷載為5400kN。

地質分布情況地面以下依次為人工填土、淤泥質黏土、砂質黏性土、全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖。單樁豎向抗壓靜載試驗的五根受檢樁，自編號分別為ZK1、ZK2、ZK3、ZK4 和ZK5 號樁。五根受檢樁采用慢速維持荷載法后的Q-S 曲線如圖2，ZK2 的s-lgt 曲線見圖3。

圖3 ZK2 的s- lgt 曲線

根據圖2 數據按照地基基礎檢測規范分析得各受檢樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果，如表1 所示。

表1 各受檢樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果

圖2 受檢樁加卸荷載Q- S 曲線

5 根受檢樁單樁豎向抗壓靜載試驗結果如表1 所示，僅有ZK1 號樁滿足承載力特征值2500kN 的設計要求。其余的4 樁檢測承載力特征值分別為：1350kN、1890kN、1620kN 和1540kN，均不滿足設計為2500kN 的要求。

靜載試驗結果分析簡單、直觀且可靠，但是堆載過程安全風險較高，且耗時太長，如圖3 所示ZK2 號樁整個加荷過程耗時約15 小時，一臺檢測設備測完5 根樁共需要111 小時，經濟成本較高。

2 高應變法試驗

2.1 原理及測試過程

高應變法試驗的基本原理：用重錘自由下落沖擊樁頂，使樁—土產生足夠的相對位移，以充分激發樁周土阻力和樁端阻力，再通過安裝在樁頂以下樁身兩側的力和加速度傳感器接收樁的應力波信號（錘上測力則通過安裝在重錘錘體和樁頂以下樁身兩側的加速度傳感器接收樁的應力波信號），兩種測力方式最終均以應力波理論為基礎分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身質量完整性。

圖4 為樁上測力高應變法測試示意圖。目前廣東省內高應變測力方法分為樁上測力和錘上測力，因PHC 管樁的混凝土強度等級為C80，彈性模量較高，在設計值較低，打擊力不大的試驗條件下較難出現塑性破壞，所以在PHC 管樁上用樁上測力可以滿足日常試驗要求。

圖4 高應變法測試示意圖（樁上測力）

在高應變法分析過程中，需要著重考慮土的非線性，是一種半經驗半理論方法，因此對從業人員的專業和經驗均有著較高的要求。

2.2 具體工程實例分析

佛山三水某工程B，地質從地面以下依次為淤泥、砂質黏性土、全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖。

PHC 管樁樁徑為500mm 壁厚為125mm，樁長均為30m，設計特征值為1400kN，設計持力層為全風化泥質砂巖。高應變法共檢測20 根。其中取B25 號的Case 信號和曲線擬合數據進行分析，如圖5 和圖6 所示。

圖5 B25 號Case 法FV 曲線和行波曲線

圖6 B25 號實測擬合法曲線

B25 的Case 法結果數據：FMX 為3533kN，VMX 為2.26m/s，DMX 為10.0mm，JC 值為0.4，RSP 為3099kN，BTA 為100%。

實測曲線擬合結果數據：Ru 為2951kN，Rs 為2239kN，DMX 為13.5mm，Jt 為0.4，MQ 為1.45。

最終承載力按照實測曲線擬合后的結果極限承載力為2951kN，樁身完整性為Ⅰ類。

高應變法現場20 根現場測試時間不到10 小時采集全部信號結束。安全風險較之靜載試驗少很多。但不管是現場信號采集還是分析信號均需要具備一定的波動學專業知識和經驗，才能夠客觀準確的反映真實情況。尤其是實測曲線擬合法，要擬合將近數十個參數，需要檢測人員具備一定的專業能力和經驗才能合理的分析出較準確的動測承載力結果。

3 動靜對比分析

佛山三水某廠房項目C，PHC 管樁，其中取19 號樁進行動靜對比分析。樁長為23.0m，樁徑為500mm，壁厚為125mm，設計承載力特征值2000kN。地質分布情況地面以下依次為素填土、淤泥和強風化砂質泥巖。先進行高應變試驗，21 天后再進行單樁豎向抗壓靜載試驗。

高應變用重錘5.0 噸在落距約2.0m 左右自由落錘進行試驗，單樁豎向抗壓靜載試驗用慢速維持荷載法。得到19 號樁高應變擬合Q-S 曲線和靜載實測Q-S 曲線對比圖，如圖7 所示。

圖7 高應變擬合Q- S 曲線和靜載實測Q- S 曲線對比

高應變實測曲線擬合法得到的結果數據：極限承載力為3530kN，最大沉降量為21.08mm，殘余沉降量為7.79mm。靜載試驗實測極限承載力為3892kN，最大沉降量為44.66mm，殘余沉降量為18.44mm。高應變法測得的極限承載力偏保守。兩種方法提供的極限承載力誤差為9.3%。從圖7 可知：在加載較低時，兩種Q-S 曲線基本吻合，在加載較高時，兩種Q-S 曲線趨勢基本一致。卸荷時，實測Q-S 曲線是逐級緩慢恢復沉降，擬合Q-S 曲線基本呈線性恢復沉降。

分析認為在加載較低時，受到樁周土阻力基本一致，所以沉降量也基本一致；在加載較高時，因試驗作用的時間量級不一致，導致沉降量差異性增大。C 項目19號樁在兩種測試方法下得到的極限承載力誤差為9.3%，小于10.0%的誤差范圍內，在檢測數據結果上可以接受。但是這個誤差取決于檢測人員的專業水平和經驗性影響較多。地質資料各項參數的準確性對擬合分析時的作用也尤為重要。

單樁豎向抗壓靜載試驗優點：結果直接客觀、分析較簡單、準確可靠，直接得到Q-S 曲線。其缺點：現場準備工作復雜、安全風險較大、經濟成本高、測試時間長、結果參數單一。

高應變法優點：現場準備較簡單、經濟成本低、安全風險低、測試時間短效率高，結果參數除了提供承載力外還可以分析判定基樁完整性類別，能夠模擬土阻力分布情況。缺點：結果不是直接測量值，而是計算值，Q-S曲線為擬合計算值，不完全客觀；數據分析過程需要檢測人員專業性強且要有長期的工程經驗。

4 結語

高應變法在我國的應用約40 年，住建部、交通部均發布了相關的行業標準；廣東省也制定了地方標準。目前高應變法對于基樁檢測的相關理論和實際運用也已經非常成熟。至于有些地方有不認同的聲音，與部分從業者濫用高應變有關：或錘重不夠，或專業能力，或經驗性不夠。

單樁豎向抗壓靜載試驗和高應變法試驗均能夠進行單樁豎向抗壓承載力檢測，且兩者在承載力檢測結果基本一致。兩種試驗方法的優缺點均很明顯，在工程上根據實際情況進行運用即可。