單樁豎向抗壓靜載試驗方法及實踐綜述

張洪波

河北省張家口市建設工程質量監督站 河北 張家口 075000

前言

單樁豎向抗壓靜載試驗采用接近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，是目前公認的檢測樁基豎向抗壓承載力最直觀、最可靠的試驗方法。

1 靜載試驗的目的

1.1 為設計提供依據

在工程樁正式施工前，在地質條件具有代表性的區域，先施工幾根樁，進行靜載試驗，以確定設計參數的合理性和施工工藝的可行性。必要時，可以在樁身埋設測量樁身應力、應變、位移、樁底反力的傳感器或位移桿，測定樁分層側阻力和端阻力，在這種情況下，可采用中、小直徑樁進行試驗來模擬大直徑樁的工作性質，以減少試驗成本。

1.2 為工程驗收提供依據

目前，絕大多數靜載試驗時為工程驗收提供依據，大多數為工程驗收提供依據的靜載試驗，可按設計要求確定最大加載量，不進行破壞試驗，即加載至預定試驗荷載后終止試驗。為工程驗收提供依據的靜載試驗，要求最大加載量為單樁豎向承載力特征值的2.0倍。

1.3 驗證檢測

針對其他檢測結果，如低應變法或聲波投射法檢測發生樁身質量有問題，或對高應變承載力試驗結果有疑問，需要采用靜載試驗進行驗證檢測，判斷樁的豎向抗壓承載力是否滿足設計要求[1]。

2 靜載試驗內容

2.1 反力的提供

靜載試驗加載反力裝置可根據現場條件選擇錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯合反力裝置、地錨反力裝置，巖錨反力裝置、靜力壓樁機等。在選擇反力裝置的同時應注意：反力裝置提供的最大反力不得小于最大試驗荷載的1.2倍，在最大試驗荷載作用下加載反力裝置不得產生大的變形，應有足夠的安全儲備。應對加載反力裝置的全部構件的強度和變形進行驗算。當采用錨樁橫梁反力裝置時，還應對錨樁抗拔力進行驗算，并應檢測錨樁上拔量。

2.2 荷載測量

靜載試驗均采用千斤頂與油泵相連的形式，由千斤頂施加荷載。常用的測力裝置有以下兩種：通過用放置在千斤頂上的荷重傳感器直接測定；2通過并聯于千斤頂油路的壓力表或油壓傳感器測定油壓，再根據千斤頂的率定曲線換算得到壓力值。近幾年來，很多科研單位生產出的自動化靜載試驗設備，都采用油壓傳感器測定油壓壓強，通過千斤頂的壓強和壓力的轉換關系得到千斤頂出力值，實在加載、穩荷、卸載的自動化過程控制，這樣不僅減輕了檢測人員的工作強度，而且測試數據準確可靠。如武漢巖海公司研制的JYC系列靜載測試儀就是這方面的代表。

2.3 沉降觀測

在沉降觀測中，最重要但又最容易忽視的問題就是基準梁和基準樁的問題。在實際試驗中，應避免一些違反規范要求的做法，如不打基準樁，直接將基準梁架設在地面上或者沙袋上；基準樁打得不夠深、不穩；基準梁長度不符合規范要求；基準梁的剛度不夠，容易產生較大的變形；未采取有效措施防止外界因素對基準梁的影響。基準梁的一端應固定在基準樁上，另一端應簡支于基準樁上，以減少溫度變化引起的基準梁撓曲變形。在靜載試驗過程中，試樁、錨樁、壓重平臺支墩對基準樁會產生一定的影響，其影響程度與它們之間的距離和荷載大小有關，同樣也與地質條件有關。由土力學基本原理可知，試樁對基準樁的影響與試樁的尺寸和試樁承受的荷載大小、試樁與基準樁之間的距離有關，同樣、錨樁、壓重平臺支墩與基準樁也存在如上述的影響關系。當然，試樁、錨樁、壓重平臺支墩的尺寸及荷載大小我們是無法改變的，我們所能做的就是加大它們之間的距離以減少影響程度的大小。具體的距離大小應滿足相應的規范要求。

2.4 加載方式的選擇

對大多數樁基而言，為保證上部結構能正常使用，控制樁基絕對沉降是最重要的，這是地基基礎按變形控制設計的基本原則。我國靜載試驗的傳統做法是慢速維持荷載法，但在某些工程驗收樁檢測中，也可容許采用快速維持荷載法。規范規定慢速維持荷載法的樁頂沉降穩定為⊿S≤0.1mm/h，且需連續出現兩次；而對快速維持荷載法則采用等時距加載的方式；每級荷載維持1h后就施加下一級荷載。對于卸載階段而言，慢速維持荷載法要求每級荷載維持一小時，而快速維持荷載法則僅要求維持15分鐘。

相對于慢速維持荷載法，快速法可以縮短試驗周期，又可以減少晝夜溫差等環境影響引起的沉降觀測誤差，特別是在某些工程樁驗收試驗中，每級荷載施加不久，沉降迅速穩定，縮短荷載維持時間不會明顯影響試樁結果，是可以采用快速維持荷載法的[2]。

圖1 兩種典型的P-S曲線

3 試驗數據整理

3.1 單樁豎向承載力的確定

根據載荷試驗可得到兩種典型的P-S曲線，如圖1所示，

分為陡降型和緩變型曲線。對于陡降型p-s曲線而言，單樁豎向抗壓承載力取其發生明顯陡降的起始點所對應的荷載值。對于緩變型P-S曲線可根據沉降量確定，宜取S=40mm對應的荷載值；當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓縮量；對于直徑大于或等于800mm的樁，可取S=0.05D對應的荷載值。

對于極限承載力取值的問題，各國標準和國內不同規范有不同的規定，基本原則就是盡可能地挖掘樁的極限承載力而又保證有足夠的安全儲備[3]。

4 靜載試驗結果的影響因素分析

4.1 試驗剛度對試驗結果的影響

采用靜載試驗獲得的沉降量是樁頂或樁身的某一點沉降值，并沒有真實反映樁端的沉降。特別是在超長樁的靜載試驗中，這種現象就反映得非常明顯，所以應對沉降值加以修正：

S’=S-⊿S

式中S’—單樁實際沉降量

S—樁頂實測沉降量

⊿S—樁身彈性壓縮量

樁身彈性壓縮量合一根據最大試驗荷載時的樁身平均軸力P、樁長L、橫截面積A、樁身彈性模量E，按照下式計算：

對于摩擦樁，樁身軸力可按三角形分布計算（假設樁端軸力為零），對于端承樁，樁身軸力可按矩形分布計算（假設樁端軸力等于樁頂軸力），對于摩擦端承樁，則認為樁身軸力按體型分布，樁端軸力根據實際經驗估計。

4.2 反力裝置的影響

當采用堆載反力裝置時，其壓重平臺的支墩會對地基土產生一定的影響，如圖2所示，特別是在一些大噸位的樁基靜載試驗中，由于上部荷載引起地基土的附加應力比較大，這樣就會出現過大的樁基負摩擦力和附加摩擦力，影響了試驗結果的精度。在這種情況下，我們應盡量擴大承壓區的面積。

有關人員做過關于堆載承臺對試樁的影響和研究，其研究結果認為：

（1）堆載引起的負摩擦力在加載的過程中逐漸消除，雖然對加載開始階段的沉降有很大影響，但對樁的極限承載力沒有多大影響。

（2）附加應力產生的側壁摩阻力開始時對樁又一定的影響，隨著試樁上荷載的增加，影響逐漸減少，試樁承載力加至最大時，其影響值不超過2%。

（3）堆載使地基加密，提高了承載力，由于土的壓縮模量和樁周摩阻力的關系非常復雜，難以定量分析，認為承載力不超過實際承載力的10%。

圖2 堆載布置示意圖

5 靜載試驗過程中常見問題及處理

在樁基承載力試驗中，可能碰到的問題可歸結為三類，第一類是樁的結構性問題，第二類是加載系統問題，第三類是量測系統問題。

5.1 樁的結構性問題

（1）樁帽壓壞：由于樁頂（樁帽）頂面不平或強度不夠、樁帽中心與樁身中心不在同一鉛垂線上、樁帽與樁身結合處強度不夠等，造成加載過程中樁帽破壞、靜載試驗無法繼續。我們在靜載試驗前的準備工作中應注意盡量避免該情形發生。

（2）樁身傾斜、破壞：由于樁身強度不夠、樁身傾斜度過大或預制樁接頭處理不妥，在靜載試驗過程中造成樁身傾斜、破壞、折斷等，而地基土的承載力遠未發揮完畢，使靜載試驗無法真實反映樁土體系共同測承載力狀況。

5.2 加載系統問題

（1）千斤頂量程用完：由于在上次試驗過程結束以后，沒有把千斤頂的量程回零，使得本次試驗過程中，千斤頂在未達最大試驗荷載時已完全頂出，無法進行下一級荷載，所以在試驗開始之前，需檢查千斤頂量程是否回零。

（2）裝置提供的反力荷載不夠；采用堆載加荷時，由于堆載量不足，或有時由于堆載噸位過大，堆載中心難以控制，造成偏心過大，試驗中在達到目標噸位前堆載被向上頂動，試驗不得不中止。故此大噸位試樁，試驗前必須編制詳細的檢測方案。

（3）主梁、次梁變形過大：試驗未結束之前，由于剛梁自身的強度不夠，發生較大的撓曲變形，如不停止試驗，容易發生工程安全事故；同時，正是因為剛梁發生比較大的撓曲變形，使得千斤頂的量程不夠，不得不中途終止試驗

5.3 測量系統問題

（1）基準樁、基準梁移動：為保證基準穩定，固定基準梁的樁必須設置在被測試樁的影響范圍之外，此外還應防止或減少溫度及其他因素的影響。

（2）量測系統失靈；此種情況偶有發生，試驗前量測系統必須檢測好。在試驗的過程中，應盡量做好位移傳感器的防水工作，減少一起出現故障的概率。

6 工程實例

6.1 端承樁靜載實例

河北張家口某工地采用堆載試驗法，設計樁截面直徑為800mm，單樁承載力設計值為3150KN，要求試驗最大荷載值為6300KN， 現將1#樁試驗結果介紹如下：

圖3 荷載-沉降曲線

顯然，荷載-沉降曲線為緩變型曲線，為此，取S=40mm對應的荷載值為單樁極限承載力，取P=4429KN。由試驗結果分析可得，此樁為端承樁，樁端阻力所占比例比較大，發揮端阻力所需位移大，破壞特征不明顯。雖然端阻的潛力比較大，但對建筑物而言已失去利用的價值，因此以一定的位移值控制單樁極限承載力。

6.2 摩擦樁靜載試驗實例

河北張家口某工地采用堆載試驗法，設計樁截面直徑為500mm，單樁承載力設計值為600KN，要求試樁最大試驗荷載為1200KN，現將3#樁試驗結果介紹如下：

圖4 荷載-沉降曲線

由圖4可得，顯然荷載-沉降曲線為典型的陡降型，取曲線的拐點處對應的荷載值為極限承載力，則p=1050KN，由試驗結果分析可得，此樁為摩擦型樁，摩阻力占有很大比例，樁端一般為刺入剪切破壞，破壞特征明顯。

7 結束語

相對于其他一些低應變、高應變、聲波透射等動測方法而言，靜載試驗是一項耗時長、費用高、危險系數高的工程，因此在進行單樁豎向靜載試驗的過程中，各項規劃工作必須細致全面。每項工作、每個步驟、包括每個試件，每次加卸載，每次的量測內容都應十分明確，在試驗進行以前，應對一整套測量系統進行檢查，避免在試驗過程中發生各種各樣的情況，使得試驗無法進行。更為重要的是要對剛梁、錨筋等進行承載力判斷，防止發生嚴重的工程安全事故。在試驗的過程中，各項工作應盡量按照規范要求展開，這樣才能保證數據的準確性。只有這樣才能讓檢測工作真正做到位建設工程質量保駕護航。