單樁豎向抗壓靜載試驗方法分析及應用

詹俊宇

（東莞市建設工程檢測中心）

1 靜載試驗的作用

1.1 為結構設計工作提供依據

工程項目建設前，根據現場實際條件選取具有代表性的區域，試打試驗樁，并對其組織靜載試驗，從而確定施工質量達到最佳狀態時的設計參數，作為基礎設計施工的參照基準。必要時，可以安裝傳感器，將其埋設至樁身處，以便根據需求完成對樁身應力、位移等關鍵參數的測定工作，進而對試驗結果做出更為科學的判斷，為后續設計工作提供依據。

1.2 為竣工驗收提供依據

靜載試驗的結果能夠作為驗收環節的關鍵依據。在實際試驗中，可以根據設計要求確定最大加載量，據此組織加載作業，待實際值達到預定最大試驗荷載后，結束試驗?？紤]到試驗數據的可靠性要求，應當精準控制最大加載量，即該值一般常取單樁豎向承載力特征值的2.0 倍，在此條件下試驗。

1.3 為樁基質量檢測提供保障

在工程項目中，諸如聲波透射法、低應變法等均為樁基質量檢測首批檢測方法，可用于判斷樁身完整性。若出現異常曲線，可進一步組織靜載試驗進行驗證，以便對實際情況做出準確判定，可判斷基樁承載力的真實大小。

2 單樁豎向抗壓靜載試驗內容

2.1 反力裝置搭設

以現場作業條件為立足點，選擇具有可行性的加載反力裝置，需著重考慮裝置可提供的最大反力，要求該值至少達到最大試驗荷載的1.2 倍，同時在整個加載過程中，反力裝置均可維持穩定狀態（不發生變形）。換言之，裝置應有足夠的安全儲備。為滿足裝置的穩定性要求，需要從強度和變形兩個角度切入，針對裝置各構件加以驗算。

2.2 荷載計量

靜載試驗的千斤頂與油泵相連，試驗過程中啟用千斤頂，根據要求逐級加載?，F階段，一系列自動化靜載試驗設備相繼面市，其普遍適配的是電子傳感器，由該裝置完成油壓壓強的測量工作。根據測定的壓強和壓力，經轉換后得到千斤頂的壓力值，整個加載過程的自動化水平較高，數據的精確性得到保證，可有效減輕人工工作強度，同時也可以減小人為因素對測試數據準確性的不良影響。

2.3 加載方式

靜載試驗期間應以合理的方式有效控制樁基絕對沉降。在靜載試驗中，應用較為廣泛的當屬慢速維持荷載法，但在部分工程中采用到快速維持荷載法。根據相關規定可知，若采用的是慢速維持荷載法，則應當保證樁頂沉降⊿S≤0.1mm/h；若采用的是快速維持荷載法，則應當優先選用等時距加載的方式，每完成一級加載作業后，持荷1h，若無誤則進入下一級加載環節，按此順序有序推進加載進程。卸載環節，慢速維持荷載法、快速維持荷載法的每級荷載維持時間分別為1h、15min。對比發現，相比于慢速維持荷載法而言，快速法具有更為突出的應用優勢，一方面可縮短試驗周期，為后續工作的開展提供更充足的時間；另一方面可以減小晝夜溫差等外部因素的影響，使沉降觀測結果具有更高的準確性。

2.4 沉降觀測

基準梁和基準樁是沉降觀測中的關鍵裝置，但也是工作中易忽視的部位。若未打設基準樁、將基準樁設置在沙袋上、基準樁打設深度或長度等基礎指標不合理、基準樁的剛度偏低或是其它原因，均容易出現較明顯的變形現象；而在防護措施不當時，也容易導致基準梁出現質量問題。在實際工作中，需要以合理的方式設置基準梁，將其一端固定在基準樁上，將另一端簡支于基準樁上，此時可以有效提高基準梁對溫度變化的抵御水平，以免出現撓曲變形現象。靜載試驗期間，試樁、錨樁及壓重平臺支墩均會在不同程度上對基準樁帶來影響，具體又與兩者間的距離、荷載關系、現場地質條件有關，此類因素的差異化將導致影響程度的差異化。

3 試驗數據整理與分析

靜載荷試驗后，生成典型P-S 曲線，即陡降型和緩變型。各自所傳達的信息不盡相同，具體如圖1 所示。在陡降型曲線中，著重考慮的是單樁豎向抗壓承載力出現明顯下降處，取該部分對應的荷載值；而對于緩變型曲線，則著重考慮沉降量情況，據此確定，較為合適的是S=40mm 的荷載值。樁體尺寸也是重點考慮內容，若其長度達到40m 以上，則需密切關注樁身彈性壓縮量；若樁徑≥800mm，較為合適的是取S=0.05D 時的荷載值。視實際情況靈活確定極限承載力的具體值，但需要同時滿足兩項基本要求，一是盡可能地發掘樁的極限承載力（在許可的前提下增加），二是留有足夠的安全儲備。

圖1 兩種典型的P-S 曲線

4 靜載試驗的影響因素

4.1 試驗剛度所帶來的影響

經靜載試驗后可確定沉降量，但該指標的指導意義不足，僅指樁身或樁身的某點沉降值，而無法作為樁端沉降的反映依據。針對此局限性，需對沉降值加以修正，具體又需根據樁體的類型作相應的分析。例如，對于摩擦樁，樁身軸力按三角形分布計算，此時假定樁端無軸力（為零）；對于端承樁，則按矩形分布計算，此時假定樁端存在軸力且與樁頂軸力保持一致。

4.2 反力裝置所帶來的影響

在堆載反力裝置的應用過程中，壓重平臺的支墩所產生的重力作用會改變地基土的狀態，如圖2 所示，并且此現象在大噸位的樁基靜載試驗中體現得尤為明顯。在上部荷載的作用下，將明顯加大地基的附加應力，導致樁基負摩擦力和附加摩擦力均偏大，最終取得的試驗結果缺乏準確性。為解決此問題，可適當擴大承壓區的面積。

圖2 堆載布置示意圖

⑴加載全流程中，因負載而產生的負摩擦力具有持續減小直至消除的變化特點，盡管加載初期其對沉降的影響較為顯著，但樁的極限承載力可以維持相對穩定的狀態（僅存在微弱的影響）。

⑵附加應力將形成側壁摩阻力，其在初期會對樁體帶來影響，但在荷載量逐步增加之下，該影響程度逐步減小。

5 靜載試驗的常見問題

5.1 樁結構受損

主要考慮如下兩種情況：

⑴樁帽壓壞：在樁頂質量缺陷（平整性不足、缺乏足夠的強度）、樁帽與樁身連接部位缺乏穩定性時，加載易產生不良影響，例如樁帽受損。

⑵樁身傾斜、破壞：樁身強度不足、預制樁接頭未得到有效的處理時，在靜載試驗期間均容易出現樁身傾斜、折斷等異常狀況，而此時地基土的承載力優勢并未得到有效的發揮，導致靜載試驗結果缺乏指導意義，即難以呈現樁土體系的實際情況。

5.2 加載系統故障

⑴千斤頂量程不足：千斤頂是靜載試驗中的關鍵裝置，在使用前未將量程回零，此條件下千斤頂在尚未達到最大試驗荷載時便已經處于完全頂出的狀態，難以有效參與到下一級荷載的加載作業中。因此，在試驗前需對千斤頂做詳細的檢查，確保量程回零。

⑵裝置提供的反力荷載不足：堆載量較小或較大時，堆載中心有偏位的情況，隨之顯現出偏心問題，此情況下試驗被迫中止。因此，在大噸位試樁作業前，需從實際情況出發，編制具有可行性的方案，作為后續工作的參考依據。

⑶主梁、次梁變形過大：在尚未完成試驗時，因剛梁強度不足而出現較為明顯的撓曲變形現象，若未隨即暫停試驗，則易誘發安全事故；并且，剛梁存在撓曲變形時，將隨之影響千斤頂的正常使用，例如其量程不足，此時也將中斷試驗。因此，需要切實提高剛梁的力學性能。

5.3 測量系統故障

⑴基準樁、基準梁移動：精確設置固定基準梁的樁，較為合適的是將其布設在被測試樁的影響范圍外，且還需考慮到溫度等因素所帶來的影響。

⑵系統失靈：試驗前對測試系統做詳細的檢查與調試，對傳感器采取防水以及其它防護措施，確保傳感器可穩定運行。

6 工程實例

受東莞中集創新產業園發展有限公司的委托，東莞市建設工程檢測中心于2018 年2 月9 日至4 月1 日，對中集智谷八期49 號地下室(37-48 號辦公樓)工程的基柱進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，目的是檢測樁的豎向承載力是否滿足設計要求。根據國家、省的有關規定，經委托單位與有關單位研究協商，確定本次檢測19 根+2 根(擴大檢測)工程樁。

6.1 檢測儀器設備、方法和標準

6.1.1 試驗裝置

本次試驗采用壓重平臺反力裝置(詳見圖3)。壓重平臺反力裝置作為荷載反力，將大于最大試驗荷載的荷重在試驗開始前一次性加上平臺，試驗檢測過程由全自動靜載測試儀控制，油壓千斤頂分級加卸載。

圖3 試驗裝置示意圖

6.1.2 試驗方法

⑴最大試驗荷載：4600k；

⑵試驗加載：采用快速維持荷載法，每級加載為要求最大試驗荷載的1/10，第一級可按2 倍分級荷載加載，在每一級荷載作用下，當樁頂沉降速率達到相對收斂標準時，再施加下一級荷載；

⑶相對收斂標準：加載時每級荷載維持時間不小于一小時，最后15min 時間間隔的樁頂沉降增量小于相鄰15min 時間間隔的樁頂沉降增量；

⑷試驗卸載：卸載分級進行，逐級等量卸載，每級卸載量取分級荷載的2 倍。

6.1.3 沉降觀測

在樁頂兩邊裝設2 個位移傳感器，按規定時間測定沉降量。加載時，每級荷載施加后按第5、15、30min 測讀樁頂沉降量，以后每隔15min 測讀一次；卸載時，每級荷載維持15min，按第5、15min 測讀樁頂沉降量；卸載至零后，測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為2h，測讀時間為第5、15、30min，以后每隔30min 測讀一次。

6.1.4 檢測標準按廣東省標準《建筑地基基礎檢測規范》（DBJ15-60-2008)中有關規定進行

6.2 檢測結果

檢測結果匯總表見表1。檢測結論：

表1 試驗結果匯總

⑴1811#工程樁(37 號辦公樓)試驗加載到4600kN時，總沉降量為10.60m，沉降量較小，且Q-S 曲線平緩，無明顯陡降段，s-1gt 曲線呈平緩規則排列。綜合分析，該樁極限承載力為Qu≥4600kN。

⑵1793#工程樁(37 號辦公樓)試驗加載到4600kN時，總沉降量為30.97m，沉降量較大，但Q-s 曲線平緩，無明顯陡降段，s-1gt 曲線呈平緩規則排列。綜合分析，該樁極限承載力為Qu≥4600kN。

⑶1759#工程樁(37 號辦公樓試驗加載到4600kN時，總沉降量為10.72m，沉降量較小，且Q-s 曲線平緩，無明顯陡降段，s-1gt 曲線呈平緩規則排列。綜合分析，該樁極限承載力為Qu≥4600kN。

⑷1460#工程樁(38 號辦公樓）試驗加載到4600kN時，總沉降量為8.49m，沉降量小，且Q-s 曲線平緩，無明顯陡降段，s-1gt 曲線呈平緩規則排列。綜合分析，該樁極限承載力為Qu≥4600kN。

⑸1391#工程樁(38 號辦公樓)試驗加載到4600kN時，總沉降量為13.67m，沉降量較小，且Q-S 曲線平緩，無明顯陡降段，s-1gt 曲線呈平緩規則排列。綜合分析，該樁極限承載力為Qu≥4600kN。

7 結語

單樁抗壓靜載試驗是樁基施工質量管控的最后一道防火墻，能夠給地上結構的順利施工提供保障。由于靜載試驗的受擾因素較多，在多項因素的干擾下，易導致結果缺乏準確性，甚至難以繼續開展試驗工作。因此，工作人員需立足實際情況，綜合考慮樁型、施工條件、技術可行性等因素，形成合理的規劃，有序組織試驗，確保所得的試驗結果具有指導意義。