關(guān)于基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)分析

卓燦明

（福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)是靜載試驗(yàn)中的基礎(chǔ)項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)操作要求較高且需要多方合作完成。當(dāng)前，各個(gè)檢測(cè)單位均組織展開對(duì)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)流程操作的探究，依托單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的優(yōu)化工作確定基礎(chǔ)樁的施工質(zhì)量與現(xiàn)實(shí)承載能力，作用明顯。因此，在基礎(chǔ)樁中選取試驗(yàn)樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)分析，并對(duì)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定極為重要且必要。在本研究中，主要選擇2根基礎(chǔ)試驗(yàn)樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程與要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，并以此為參考判斷基礎(chǔ)樁的設(shè)計(jì)與建設(shè)是否滿足項(xiàng)目需求。

1 試驗(yàn)背景

某建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔樁灌注樁；設(shè)計(jì)樁徑為1 000 mm；設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度為C40；設(shè)計(jì)樁端持力層為中風(fēng)化凝灰熔巖，設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值為6 250 kN，該項(xiàng)目基樁的總施工樁數(shù)為42根。本次研究在該項(xiàng)目工程內(nèi)選定2根基礎(chǔ)試驗(yàn)樁（9#樁、35#樁為基礎(chǔ)試驗(yàn)樁），依據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106—2014）展開單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

該建筑場(chǎng)場(chǎng)地土層自上而下的情況如下：①耕土：灰色、灰褐色，松散，濕，主要由黏性土組成，含有大量的植物根系及腐殖質(zhì)，層厚0．20～0．90 m。①-1素填土：灰黃色、褐黃色，松散，干～濕，主要由黏性土組成，層厚0．40～4．30 m。①-2塊石：灰色、褐黃色，松散，松散，干～濕，主要由卵石、塊石、碎石等回填組成，層厚0．40～3．60 m。②-1粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，濕，沖洪積成因，主要成分為黏、粉粒，層厚0．30～1．00 m。②卵石：灰褐色，黃灰色，稍密～密實(shí)，局部為松散，飽和，主要成分為砂卵石，骨架顆粒為卵石，層厚2．30～6．60 m。③凝灰熔巖殘積黏性土：褐灰色，褐黃色，可塑～硬塑，濕～飽和，凝灰熔巖風(fēng)化殘留物，以黏粒、粉粒、石英顆粒為主，層厚1．40～3．90 m。④全風(fēng)化凝灰熔巖：褐灰色、褐黃色，土狀，凝灰熔巖風(fēng)化物，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英，揭露厚度為1．80～5．71 m。⑤砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：灰白色、灰黃、褐黃色，散體狀，長(zhǎng)石已基本風(fēng)化成為黏土礦物，主要成分為黏土礦物、石英、長(zhǎng)石及少量暗色礦物風(fēng)化物，巖芯呈砂土狀，層厚2．10～5．90 m。⑥碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：灰黃，褐黃色、灰白色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖礦物風(fēng)化強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)清晰可辨，巖芯以碎塊狀為主，碎塊錘擊易碎，主要成分為長(zhǎng)石、石英及暗色礦物，揭露厚度為0．57～4．39 m。⑦中風(fēng)化凝灰熔巖：褐灰色，柱狀，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，以長(zhǎng)石、石英為主，含少量云母及暗色礦物，巖石風(fēng)化裂隙較發(fā)育，部分巖體被切割成巖塊，錘擊易碎，揭露厚度為4．45～6．94 m。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)裝置的配置

在本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，所投放的試驗(yàn)裝置設(shè)備主要如下：1套徐州市建筑工程研究院生產(chǎn)的包含位移傳感器及壓力傳感器的全自動(dòng)靜載儀、3臺(tái)上海千斤頂場(chǎng)出產(chǎn)的規(guī)格為6 300 kN的千斤頂、2條規(guī)格為12 000 mm×450 mm×700 mm的方形主梁、10條規(guī)格為12 000 mm×300 mm×560 mm的方形次梁，660個(gè)規(guī)格為1 600 mm×800 mm×800 mm的鋼筋混凝土配重等。在實(shí)際的檢測(cè)試驗(yàn)展開前，要求針對(duì)所有的試驗(yàn)裝置進(jìn)行性能檢查及調(diào)試，要求所有試驗(yàn)裝置均可以在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中正常運(yùn)行；在試驗(yàn)結(jié)束后，要求全面落實(shí)試驗(yàn)裝置清潔，并依照相關(guān)質(zhì)量管理及技術(shù)要求歸還至指定單位部門。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定

第一，測(cè)試參數(shù)。主機(jī)與數(shù)控盒組網(wǎng)；對(duì)位移傳感器進(jìn)行連接，確定相應(yīng)傳感器的線路是否存在損壞現(xiàn)象，要求位移傳感器的警戒值能夠始終保持在不高于50 mm的水平；嚴(yán)格依照相關(guān)要求完成千斤頂工作壓強(qiáng)的設(shè)定。

第二，基準(zhǔn)樁的搭建及基準(zhǔn)梁的構(gòu)建。要求牢固布設(shè)基準(zhǔn)樁，并能夠?yàn)楹罄m(xù)基準(zhǔn)梁的架設(shè)創(chuàng)造理想條件；盡可能更深地設(shè)置基準(zhǔn)樁，并保證符合相關(guān)要求；保證基準(zhǔn)梁的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期，并且盡量避免振動(dòng)、氣溫等外部因素的干擾。

第三，安裝位移傳感器。要求傳感器始終保持豎直安裝；牢固地將磁性表座安裝在基準(zhǔn)梁上，盡可能地避免對(duì)本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)產(chǎn)生影響；要求在樁頭以下20 cm的位置通過(guò)引出裝置安裝位移傳感器。

2.3 試驗(yàn)加載與卸載方式的確定

在本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，所應(yīng)用的加載方式為分級(jí)加載、逐級(jí)等量的模式。提前預(yù)估基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的極限承載力，確定相應(yīng)數(shù)據(jù)的1/10為分級(jí)荷載數(shù)據(jù)，且在針對(duì)基礎(chǔ)試驗(yàn)樁落實(shí)第一級(jí)荷載的加設(shè)時(shí)，設(shè)定此時(shí)投放的荷載為后續(xù)分級(jí)荷載的2倍。實(shí)踐中，可以應(yīng)用慢速維持荷載的方式落實(shí)加載，依照2倍的設(shè)計(jì)要求的承載力特征值實(shí)現(xiàn)對(duì)加載量最大值的確定，即12 500 kN；將其劃分為9級(jí)實(shí)施加載，第一級(jí)加載量以及其他各級(jí)加載量分別設(shè)定為2 500 kN、1 250 kN。所應(yīng)用的卸載方式為分級(jí)卸載的模式，設(shè)定分級(jí)荷載數(shù)據(jù)的2倍為單級(jí)卸載量，即2 500 kN。在整個(gè)荷載施加與卸除過(guò)程中，要求荷載可以在加載與卸載過(guò)程中持續(xù)且均勻地傳遞，合理控制單級(jí)荷載的變化幅度，保證其始終合理可控，其可以持續(xù)保持在±10%分級(jí)荷載的范圍內(nèi)。

2.4 終止加載條件的設(shè)定

在本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，所設(shè)定的終止加載條件如下。

第一，在某一級(jí)荷載的作用下，基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量達(dá)到了前一級(jí)加載所得到樁頂沉降量數(shù)值的5倍及以上時(shí)；在基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降穩(wěn)定后且總沉降量適中保持在低于40 mm的水平時(shí)，需要加載至樁頂，總沉降量不低于40 mm，此時(shí)要求停止加載[1]。

第二，在某一級(jí)荷載的作用下，基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量達(dá)到了前一級(jí)加載所得到樁頂沉降量數(shù)值的2倍，并且在持續(xù)24 h后依然沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)要求停止加載。

第三，在已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量后，要求停止加載。

第四，在荷載-沉降曲線表現(xiàn)出緩慢變化的狀態(tài)下，可以加載至基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量為60～80 mm的水平且在加載至樁頂所得到的累計(jì)沉降量不低于80 mm時(shí)，可以在特殊條件下組織加載的終止。

2.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析與判定

當(dāng)荷載發(fā)生變化時(shí)，基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量也會(huì)隨之發(fā)生改變，以此為特征與規(guī)律能夠完成基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的Q-s曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量與荷載之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般情況下，Q-s曲線包含在陡降型曲線的范圍內(nèi)，所以要求在發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)位置落實(shí)荷載值的提取。當(dāng)發(fā)生時(shí)間變化時(shí)，基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量也會(huì)隨之發(fā)生改變，以此為特征與規(guī)律能夠完成基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的s-lgt曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量與時(shí)間之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。實(shí)踐中，可以在s-lgt曲線的尾部發(fā)生顯著性下彎變化的前一級(jí)荷載位置，完成荷載值的獲取。

結(jié)合沉降量，緩變形Q-s曲線的荷載值可以設(shè)定為40 mm（使用s進(jìn)行表達(dá)）；對(duì)于基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁身彈性壓縮量而言，需要在基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁長(zhǎng)不低于40 m的條件下做出考量；當(dāng)基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁徑保持在不低于80 mm的條件下，可以將s的數(shù)值設(shè)定為0．05 D（使用D表示基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁端直徑）所對(duì)應(yīng)的荷載值[2]。

3 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)原理及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

（1）試驗(yàn)原理。針對(duì)選定的基礎(chǔ)試驗(yàn)樁，在其樁頂位置逐級(jí)施加軸向壓力，并同時(shí)落實(shí)對(duì)相應(yīng)基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量實(shí)時(shí)性觀察，以此為基礎(chǔ)完成該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的Q-s曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量與荷載之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在整個(gè)試驗(yàn)期間，確定試驗(yàn)荷載最大值時(shí)所使用的計(jì)算公式主要如下：

其中，試驗(yàn)荷載最大值使用Q進(jìn)行表達(dá)，單位為kN；設(shè)計(jì)要求檢測(cè)單樁承載力特征值使用Ra進(jìn)行表達(dá)，單位為kN[3]。結(jié)合公式（1），在確定出試驗(yàn)荷載最大值的條件下，也可以反向推導(dǎo)計(jì)算出設(shè)計(jì)要求檢測(cè)單樁承載力特征值。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的工作內(nèi)容。針對(duì)該項(xiàng)目的施工建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，完成現(xiàn)場(chǎng)合理布置，確定試驗(yàn)點(diǎn)，并結(jié)合試驗(yàn)點(diǎn)位置及現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)時(shí)需要落實(shí)儀器安裝和后續(xù)拆卸；確定觀測(cè)點(diǎn)、設(shè)置觀測(cè)設(shè)施；校正觀測(cè)儀器；組織加荷，并在實(shí)際加荷期間完成實(shí)時(shí)性觀測(cè)及數(shù)據(jù)結(jié)果記錄；整理單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算及圖表繪制；落實(shí)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，完成單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)報(bào)告的編寫，由此生成正式的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論。

（3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的程序設(shè)定。在本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，所設(shè)定的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的程序如下：第一，觀測(cè)沉降。分10級(jí)展開逐級(jí)加載，在施加每一級(jí)荷載后的5 min、15 min、30 min、45 min及60 min條件下，均落實(shí)一次對(duì)樁頂沉降量的檢測(cè)與數(shù)據(jù)獲取，然后每間隔30 min進(jìn)行一次樁頂沉降量的檢測(cè)與讀數(shù)即可[4]。第二，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定基礎(chǔ)試驗(yàn)樁沉降情況。基礎(chǔ)試驗(yàn)樁沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為樁頂沉降量保持在每小時(shí)0．1 mm的范圍內(nèi)，并且連續(xù)兩次讀數(shù)均滿足相應(yīng)要求。第三，荷載逐級(jí)施加。在進(jìn)行后續(xù)一級(jí)荷載的施加之前，要求樁頂沉降速率保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。第四，卸載。此時(shí)要求每一級(jí)荷載要維持至少1 h；在完成單級(jí)荷載的卸載后，需要在15 min、30 min、60 min時(shí)展開一次樁頂沉降量的測(cè)量及讀數(shù)，然后可組織展開后續(xù)一級(jí)荷載的卸除；在卸載至0級(jí)后，讀取樁頂殘余沉降量數(shù)據(jù)，時(shí)間要求保持在3 h以上，此時(shí)所設(shè)定的讀數(shù)時(shí)間為15 min、30 min，隨后按照每間隔30 min進(jìn)行一次讀數(shù)的頻率完成樁頂殘余沉降量的測(cè)讀。結(jié)合整個(gè)過(guò)程中獲取到的數(shù)據(jù)信息，完成基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論的確定。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析。在本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中，所得到數(shù)據(jù)結(jié)果如下：樁號(hào)9#的基礎(chǔ)試驗(yàn)樁現(xiàn)實(shí)樁徑為1 000 mm，樁長(zhǎng)為15．39 m，最大試驗(yàn)荷載設(shè)定12 500 kN，獲取到的最大沉降為27．03 mm，回彈約12．63 mm，殘余變形為14．40 mm，檢測(cè)日期為成樁后的33天，回彈率約46．73%；35#的基礎(chǔ)試驗(yàn)樁現(xiàn)實(shí)樁徑為1 000 mm，樁長(zhǎng)為16．55 m，最大試驗(yàn)荷載設(shè)定為12 500 kN，獲取到的最大沉降為29．40 mm，回彈約18．60 mm，殘余變形為10．80 mm，檢測(cè)日期為成樁后的39天，回彈率約63．27%。實(shí)踐中，主要針對(duì)9#樁，樁徑為1 000 mm，樁長(zhǎng)為15．39 m；35#樁，樁徑為1 000 mm，樁長(zhǎng)為16．55 m；對(duì)2根基礎(chǔ)試驗(yàn)樁進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)定并施加10個(gè)等級(jí)的荷載。檢測(cè)結(jié)果表明，基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的沉降量始終維持在低于40 mm的水平，繪制Q-s曲線（圖1），能夠看出，該曲線表現(xiàn)出緩慢變形的狀態(tài)，并沒有出現(xiàn)極限荷載的陡降段；依照試驗(yàn)荷載最大值對(duì)該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力進(jìn)行確定，可以判斷出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓極限承載力保持在不低于12 500 kN的水平。結(jié)合這一數(shù)據(jù)及前文所述的計(jì)算公式（利用Q反向推算出Ra），能夠確定出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓承載力特征值保持在不低于6 250 kN的水平。

圖1 Q-s曲線

（2）試驗(yàn)關(guān)系曲線。結(jié)合整個(gè)抗壓試驗(yàn)中所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，能夠完成Q-s曲線的繪制（圖1），利用圖像表示出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量與荷載之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，需要進(jìn)一步完成s-lgt曲線的繪制（圖2），利用圖像表示出該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量與時(shí)間之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此為基礎(chǔ)綜合完成本次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)論的確定。

圖2 s-lgt曲線

（3）檢驗(yàn)結(jié)論。本工程項(xiàng)目中進(jìn)行的單次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)論如下：選定基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)對(duì)象為工程中9#、35#（共2根）基礎(chǔ)試驗(yàn)樁，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其豎向抗壓承載力特征值均保持在不低于6 250 kN的水平，滿足該工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求；觀察Q-s曲線發(fā)現(xiàn)，在荷載達(dá)到2 500 kN的條件下，該次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量的變化幅度均更大（曲線較陡），而在荷載維持在2 500～8 750 kN范圍內(nèi)時(shí)，該次基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度均減緩（曲線緩和），在荷載超過(guò)8 750 kN以后，該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量均顯著下降；觀察對(duì)應(yīng)s-lgt曲線發(fā)現(xiàn)，9#樁在荷載施加時(shí)間達(dá)到30 min之前，整個(gè)曲線相對(duì)緩和，表示該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度較小，而在荷載施加時(shí)間超過(guò)30 min后，整個(gè)曲線徒然變陡，該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度增大；35#樁在荷載施加時(shí)間達(dá)到60 min之前，整個(gè)曲線相對(duì)緩和，表示該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度較小，而在荷載施加時(shí)間超過(guò)60 min后，整個(gè)曲線徒然變陡，該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度增大。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)定的基礎(chǔ)試驗(yàn)樁豎向抗壓承載力特征值保持在不低于6 250 kN的水平，滿足該工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求；在荷載維持在2 500～8 750 kN范圍時(shí)，該基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的樁頂沉降量變化幅度減緩。在建筑工程的基礎(chǔ)樁施工中，參考本試驗(yàn)選取的基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的施工參數(shù)與技術(shù)操作，能夠達(dá)到整個(gè)基礎(chǔ)樁施工質(zhì)量提升的效果，降低基礎(chǔ)樁大幅沉降問(wèn)題的發(fā)生概率。在本次試驗(yàn)中，主要選取了2根基礎(chǔ)樁作為試驗(yàn)樁，數(shù)量相對(duì)較少。基于此，為切實(shí)提高試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與代表性，應(yīng)當(dāng)在后續(xù)的研究與試驗(yàn)中選取更多的基礎(chǔ)樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論。