單樁豎向抗壓靜載試驗在建筑工程中的應用

王宇鵬

摘要：單樁豎向抗壓靜載試驗是采用接近于豎向抗壓樁的實際工作條件的試驗方法，確定單樁豎向抗壓承載力，其試驗目的主要有：為樁的設計與工程驗收提供依據、驗證高應變法單樁承載力檢測結果等。隨著樁在建筑工程中的應用越來越廣泛，單樁靜載實驗作為最直觀反映出所檢測樁的承載力的檢測方法，在建筑工程中得到了廣泛的應用。本文結合實例，對此進行分析。

關鍵詞：建筑工程；靜載檢測；單樁豎向極限承載力

一、工程概況

某禪城以西工程，工程采用旋挖鉆孔灌注樁，樁型為摩擦端承型樁，樁端持力層為微風化泥（砂）巖，fr=15.0Mpa。基坑開挖深度為9.5米，基坑支護結構選用放坡+加筋水泥土樁錨支護。該工程場地地質條件較為復雜，淤泥跟淤泥質土分布較廣且厚度可超過10m，局部區域可超過20m，在開挖至底板底標高后，仍然有超過10m厚度的情況存在。在施工過程中，地下室基坑已經全部開挖至底板底時遭遇季節性臺風，在超過100mm的日累積降水量后，基坑支護出現局部位移、開裂，部分基樁發生較為嚴重的偏位現象。經工程建設各方會議討論，其原因是因施工偏差與基坑支護出現反涌兩方面的原因，需抽取3條偏位較為嚴重的樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗，以驗證偏位樁的實際單樁承載力，試驗樁規格與最大試驗荷載分別為：（1）2#樁，樁徑（mm）Φ1200，最大試驗荷載20000kN，（2）5#樁，樁徑（mm）Φ1200，最大試驗荷載20000kN，（3）3#樁，樁徑（mm）Φ1000，最大試驗荷載10000kN。

二、試驗場地設置

試驗采用壓重平臺反力裝置。由于檢測噸位較大而現場有基坑支護出現位移，基坑內淤泥層厚等特殊情況，靜載試驗前首先對基坑支護進行了磚渣反壓，以阻止其繼續變形。緊接著對以試驗樁為中心周圍地基土以及樁頭進行處理。在以樁為中心15×15的地面進行換填，規格為底部500mm厚磚渣和塊石，分層壓實后在其上設置一塊500mm厚鋼筋砼板，完成后按有關要求設置鋼筋混凝土樁帽。在鋼筋砼板和樁帽達到強度要求后進行壓重平臺堆載，將不小于最大試驗荷載的1.2倍荷重在試驗開始前一次性加上平臺。

本次試驗采用油壓千斤頂分級加載，位移和壓力觀測儀器采用JCQ-503B靜力載荷測試儀，試驗方法采用快速維持荷載法。為安全起見，試驗開始后對壓重平臺支墩四個邊角位置進行沉降觀測，以防不均沉降引起的安全隱患以及對試驗驗結果的判斷。

三、試驗數據和分析

試驗數據如下；第1條樁5#

試驗樁號：5# 樁長：26.86m 樁徑：1200mm 偏位：570mm

荷載（kN） 0 4000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

本級沉降（mm） 0.00 0.66 0.45 0.39 0.41 0.40 0.43 2.45 2.63

累計沉降（mm） 0.00 0.66 1.11 1.50 1.91 2.31 2.74 5.19 7.82

從數據上分析，5#樁加載到16000kN（第八級）時總沉降量為2.74mm，沉降量較小，加載到18000kN（第九級）時總沉降量為5.19mm，荷載穩定，沉降量稍微增大，本級沉降2.45mm，超過上級16000kN（第八級）時沉降0.43mm的5倍，且Q-s曲線稍微出現陡降的情況；但沉降量沒有超過40mm，且荷載穩定沉降收斂，可以繼續往下加載。往下一級，當加載到最大試驗荷載20000kN（第十級）時，樁頂沉降速率達到收斂標準，總沉降為7.82mm，本級沉降2.63mm，荷載壓力能夠穩定。

從曲線上分析，該曲線與典型的陡降型Q-s曲線有所不同，在典型的Q-s曲線中，曲線在某及荷載作用下出現陡降沉降量位移突然增大時，樁頂位移量一般較大（Q-s曲線有明顯拐點，總沉降量超過40mm，甚至60mm），并且位移不能收斂。荷載不能穩定（繼續加壓，沉降繼續增大，荷載無法維持當前荷載值），屬于邊加載，邊下沉，且荷載壓力反而下降并有可能降至很低的情況。

所以，該曲線應該按s=0.05d（d為樁端直徑），既s=60mm來控制確定單樁豎向極限承載力比較科學可行。

綜合分析，該樁豎向抗壓極限承載力Qu≥20000kN。

第2條樁2#

試驗樁號：2# 樁長：27.04m 樁徑：1200mm 偏位：600mm

荷載（kN） 0 4000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

本級沉降（mm） 0.00 0.85 0.74 0.51 0.60 0.69 1.54 2.26 3.03

累計沉降（mm） 0.00 0.85 1.59 2.10 2.70 3.39 4.93 7.19 10.22

數據上得出，試驗加載到20000kN（第十級）時，總沉降量為10.22mm，沉降量不大，荷載壓力穩定。Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規則排列。

綜合分析，該樁豎向抗壓極限承載力Qu≥20000kN。

第3條樁3#

試驗樁號：3# 樁長：28.86m 樁徑：1000mm 偏位：800mm

荷載（kN） 0 3000 6000 7500 9000 10500 12000 13500 15000

本級沉降（mm） 0.00 1.19 1.87 1.24 1.33 1.86 2.19 4.13 39.13

累計沉降（mm） 0.00 1.19 3.06 4.30 5.63 7.49 9.68 13.81 52.94

從數據上看，試驗加載到當試驗加載到12000kN（第八級）時，該樁總沉降量為6.53mm，沉降量不大；當試驗加載到13500kN（第九級）時，該樁總沉降量為13.81mm，本級沉降4.13mm，荷載穩定，沉降量有增大趨勢；

當荷載加至15000kN（第十級）時，沉降量突然增大，達到52.94mm（繼續加壓時，荷載不能穩定且不斷下降，最后維持在6800kN～7300kN），本級沉降39.13mm（大于上級荷載作用下樁頂沉降量4.13mm的5倍），Q-s曲線出現明顯陡降的情況，停止加載試驗。

可以看出，該曲線屬于在第1條樁5#樁分析中提到的典型陡降型Q-s曲線。

根據《建筑地基基礎檢測規范》（DBJ 15-60-2008）綜合分析：取陡降型Q-s曲線發生明顯陡降的起始點所對應的荷載值為單樁豎向抗壓極限承載力，該樁豎向抗壓極限承載力Qu=13500kN。

從以上三條樁的試驗結果可以看出，雖然在基樁發生較為嚴重的偏位現象，已經超過《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB 50202-2002）垂直度<1%的情況，并且是樁成型驗收后，由于發生突發情況基坑支護反涌所造成的，但是經過單樁豎向抗壓靜載試驗驗證，其仍然具有一定的抗壓（使用）能力，5#樁跟2#樁經過驗證甚至還可以保持最初設計的抗壓能力。

相比較更加要注意的是偏位位移最大的3#樁，其試驗曲線屬于典型陡降型Q-s曲線，試驗到最后，荷載與千斤頂油壓值降到很低。從3#樁有樁身偏位的情況來看，極有可能在15000kN（第十級）荷載作用下發生了樁身剪切破壞。按照規范（DBJ15-60-2008），雖然這根樁的極限承載力可以定到13500kN，經過設計復合可能滿足使用要求，但該樁本身幾乎成為廢樁！不建議繼續作為工程樁使用！

四、結語

隨著成樁工藝的增加與完善，樁基礎在建筑工程中，特別是超高層建筑所占據的位置越來越重要，然而影響成樁質量的因素眾多，如樁型、樁材、施工方法、土層特性還有樁端持力層的選擇等等眾多復雜的因素，如何能確定其是否具有良好的使用效果，顯然單樁豎向靜載試驗將在今后的建筑工程中得到越來越廣泛的應用！

參考文獻：

[1] 廣東省建設工程質量安全監督檢測總站 主編。工程樁質量檢測技術培訓教材。北京：中國建筑工業出版社。

[2] 廣東省標準《建筑地基基礎檢測規范》（DBJ 15-60-2008）。北京：中國建筑工業出版社，2008。