載荷試驗在基樁承載力檢測中的應用研究

李必敬

摘要 近年來，隨著城市化進程的加快，高層建筑、橋梁、隧道等大型工程的建設越來越頻繁，準確地檢測和評估基樁的承載力成為當前土木工程領域的熱點問題之一。文章通過對1#和2#樁基展開現場的載荷試驗，測量在不同荷載作用下后注漿技術對基樁樁身軸力、基樁側阻力、基樁端阻力和沉降變化規律的影響，明確了載荷試驗在基樁承載力檢測中的應用。結果表明，基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，隨著深度的增加整體呈現遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發生突變，下降的速率進一步增大。隨著荷載等級的增加，樁側阻力和端阻力呈現遞增的趨勢；采用后注漿分層技術的2#基樁的極限承載力、總側阻力和端阻力均大于未采用后注漿分層技術的1#基樁。

關鍵詞 載荷試驗；基樁；承載力檢測

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0114-03

0 引言

近年來，隨著城市化進程的加快，高層建筑、橋梁、隧道等大型工程的建設越來越頻繁，這些工程的基礎承載力的穩定性對工程的安全運行至關重要[1-3]。因此，在工程建設中，對基礎承載力的檢測和評估顯得尤為重要。基樁是地下工程中常用的基礎形式之一，它能夠有效地傳遞載荷至地下深處，提高地基的承載能力。然而，由于地下土層的復雜性，以及基樁施工中的一些不確定性因素，如土體的不均勻性、地質條件的變化、施工工藝的不規范等，導致基樁承載力的真實情況難以準確評估[4]。因此，如何準確地檢測和評估基樁的承載力成為當前土木工程領域的熱點問題之一。載荷試驗是目前常用的一種評估基樁承載力的方法，通過對基樁施加一定的荷載，測量其在不同荷載水平下的變形和應力變化，進而確定其承載力和變形性能。該方法具有操作簡單、直觀易懂、能夠獲得較為準確的承載力數據等優點，在基礎承載力檢測中得到了廣泛應用[5-6]。該文通過對1#和2#樁基展開現場的載荷試驗，測量在不同荷載作用下后注漿技術對基樁樁身軸力、基樁側阻力、基樁端阻力和沉降變化規律的影響，明確了載荷試驗在基樁承載力檢測中的應用。

1 工程概況

該工程建設場地的地貌單元為錢塘江沖海積沉積平原，樓高518 m共110層，地下室四層，原場地分布有農田、民宅、池塘，現局部已用碎石、塊石、磚塊、混凝土塊等建筑垃圾回填，目前場地略有起伏，各勘探孔口標高為4.66～10.10 m。經地質勘察發現地層自上而下共分8個大層，16個工程地質亞層，即雜填土、粉土、黏土、粉砂、圓礫、粉質黏土、泥質粉砂巖，勘察等級屬甲級。兩根基樁的樁長為40 m，持力層的土質為泥質粉砂巖，樁端刺入8 m，基樁直徑為1 100 mm，采用旋挖成孔水下灌注施工工藝，其中1#基樁不采用后注漿技術處理，設計的承載力標準值為21 000 kN，當基樁的承載力達到設計值的1.3倍被視為破壞；2#基樁采用后注漿技術處理，設計的承載力標準值為33 000 kN。

2 試驗材料及方法

基樁載荷試驗的加載裝置由油壓傳感器、千斤頂和靜載測試儀組成，彼此之間由特制導線連接。1#基樁共設置12級荷載，最低荷載為4 200 kN，最大荷載為27 300 kN，2#基樁共設置10級荷載，最低荷載為6 600 kN，最大荷載為36 300 kN。電腦設定分等級荷載，通過油壓加載系統將對應的力施加基樁上，待荷載和軸力以及沉降度數穩定后才能施加下一級荷載，待施加到目標荷載后，進行卸荷試驗，每一級卸荷等級的大小應為分級加載大小的2倍，每級卸荷時間為0.5 h。采用光纖傳感器法測量沉降，在測量前，需要安裝光纖傳感器設備。將光纖傳感器沿著基樁埋入土壤中，傳感器的一端固定在測量點上，另一端連接到讀數器上。傳感器記錄土壤的變形信息，并把信息轉化成光纖長度的變化。通過讀數器可以獲取沉降量的變化情況。通常每隔一段時間進行一次測量，將測量數據記錄下來。沿樁身不同高度設置傳感器，每一個高度沿樁身設置四個傳感器，取其平均值為該深度處的樁身軸力。樁身的軸力、樁側阻力和樁端阻力的計算公式如下：

3 測試結果分析

3.1 基樁樁身內力

圖1（a）顯示了不同荷載等級下1#樁體軸力與深度的關系，可知1#基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，在4 200 kN荷載等級下的最小軸力為311 kN，在27 300 kN荷載等級下的最小軸力為12 718 kN。隨著深度的增加整體呈現遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發生突變，下降的速率進一步增大。樁基的承載力主要來自土層的支持，一般情況下，離地面較近的土層所承受的壓力比較大，離地面較遠的土層所承受的壓力比較小。因此，隨著樁基深度的增加，樁身所受的土層壓力逐漸減小，導致樁身軸力整體呈現遞減趨勢。發生突變現象的原因是多方面的，首先樁基的形狀或長度發生變化，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的情況，導致樁基形狀或長度發生變化，從而導致樁身軸力發生突變；其次，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的荷載變化，從而導致樁身軸力發生突變；最后，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的施工問題，導致樁身軸力發生突變。圖1（b）顯示了樁側阻力和端阻力分布，由圖可知隨著荷載等級的增加，樁側阻力和端阻力呈現遞增的趨勢。首先，隨著荷載等級的增加，樁基所受的荷載也隨之增加，導致樁周土層的壓實和固結程度增加，從而提高了樁側阻力和端阻力；其次，隨著荷載等級的增加，樁基所受的荷載也隨之增加，導致樁周土層的變形程度增加，從而提高了樁側阻力和端阻力；接著荷載增加也可能導致樁身與土層之間的摩擦力增加，進而提高樁側阻力和端阻力；最后，隨著荷載等級的增加，土層的內聚力和黏聚力也隨之增加，從而提高了樁側阻力和端阻力。

3.2 不同方法測量的基樁沉降

圖2顯示了1#基樁和2#基樁的Q-S曲線。由圖可知1#基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，在27 300 kN荷載作用下，沉降達到最大值為73.49 mm，隨著卸載沉降逐漸減小，卸載后的沉降值為61.5 mm，沉降回彈量為11.99 mm。2#基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，在36 300 kN荷載作用下，沉降達到最大值108.24 mm，隨著卸載沉降逐漸減小，卸載后的沉降值為91.25 mm，沉降回彈量為16.99 mm。由此可見基樁在荷載作用下發生了沉降回彈。在荷載作用下，土體受到了壓縮變形，導致基樁發生沉降。隨著荷載的增加，土體的壓縮變形增加，導致基樁沉降逐漸增大。卸載后，土體受到的壓力減小，壓縮變形逐漸恢復，導致基樁發生回彈。沉降回彈量的大小取決于土體的壓縮性質和基樁的剛度。2#基樁的沉降回彈量比1#基樁的沉降回彈量大是由于兩者的注漿技術不一樣導致2#基樁的剛度相比1#基樁較小，因此2#基樁的沉降回彈量也會比較大。

3.3 后注漿技術效果評價

隨著深度的增加，最大樁側阻力逐漸增大，且后注漿分層技術在任一深度區間內的最大樁側阻力大于非后注漿分層技術，兩者之間的差異隨著深度的增加先增加后減小，在深度為29.7～32 m區間內達到最大，在深度為32～38.9 m區間，非后注漿分層技術的最大樁側阻力為265 kPa，后注漿分層技術的最大樁側阻力為395 kPa。樁側阻力隨著深度的增加而增加，這是由于土體的受力狀態、土層的性質和樁基與土體的相互作用等因素的影響，后注漿分層技術是指在灌注樁施工過程中，在樁側注入分層漿液，可以改善樁側土體的力學性質，增加樁側阻力。相比之下，如果不采用后注漿分層技術，則樁側土體的力學性質可能會較差，導致樁側阻力較小。因此，后注漿分層技術可以增加樁側阻力，提高樁的承載力和穩定性。顯示了不同注漿技術對樁體承載力的影響。采用后注漿分層技術的2#基樁的極限承載力、總側阻力和端阻力均大于未采用后注漿分層技術的1#基樁，經過后注漿技術處理的2#基樁，其側阻力相對1#基樁增大了32.23%，端阻力相對1#基樁增加了46.6%。

4 結論

該文以某項目為工程背景，通過對1#和2#樁基展開現場的載荷試驗，測量在不同荷載作用下后注漿技術對基樁樁身軸力、基樁側阻力、基樁端阻力和沉降變化規律的影響，明確了載荷試驗在基樁承載力檢測中的應用，得出以下結論：

（1）基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，隨著深度的增加整體呈現遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發生突變，下降的速率進一步增大。隨著荷載等級的增加，樁側阻力和端阻力呈現遞增的趨勢。

（2）基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，隨著卸載沉降逐漸減小，基樁在荷載作用下發生了沉降回彈。沉降回彈量的大小取決于土體的壓縮性質和基樁的剛度。

（3）隨著深度的增加，最大樁側阻力逐漸增大，且后注漿分層技術在任一深度區間內的最大樁側阻力大于非后注漿分層技術，兩者之間的差異隨著深度的增加先增加后減小，在深度為29.7～32 m區間內達到最大，在深度為32 ～38.9 m區間，非后注漿分層技術的最大樁側阻力為265 kPa，后注漿分層技術的最大樁側阻力為395 kPa。

參考文獻

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