單樁豎向抗拔靜載試驗常見問題及其措施

黃 鶴

在建筑工程中，樁基的主要作用是連接上部結構的荷載，包括地基和地上房屋荷載及整個基礎荷載，通過樁基礎傳遞到樁端。通過對上部作用力的均勻分解，能夠減弱不均勻沉降引起的房屋傾斜和裂縫等不良情況。所以，樁基的施工質量將直接影響到建筑物的整體施工質量。對于樁基施工質量的檢測尤為重要。目前，最常用的檢測方式是靜載試驗。通過樁基靜載試驗，分析樁基礎施工過程中的一些不足，從而有針對性的對一些施工參數做出相應的改變，使樁身的平整度和強度滿足不同的要求。

本文通過具體的案例，分析了檢測中遇到的常見問題，提出了檢測過程中反力裝置和試驗裝置的合理設計和處理改進方案，使抗拔靜載試驗裝置和反力作用裝置符合規范的規定，從而保障試驗的順利進行，為廣大檢測行業同行提供參考。

圖1 抗拔靜載

1 抗拔靜載荷試驗的作用

1.1 為結構設計提供依據

在施工前，根據場地的實際情況選擇有代表性的區域，進行樁基試驗和靜載試驗，確定施工質量達到最佳狀態時的設計參數，為基礎設計和施工提供參考。如有必要，可在樁體內安裝和埋設傳感器，并按要求完成樁身應力、位移等關鍵參數的測量，然后根據檢測結果做出更科學的判斷，為后續設計工作提供依據。

1.2 為竣工驗收提供依據

考慮到檢測數據的可靠性要求，應準確控制最大荷載，即該值通常為單樁豎向承載力特征值的兩倍。靜載試驗結果可作為驗收的重要依據。在實際試驗中，可根據設計要求確定最大載荷，并據此組織加載作業。當實際值達到預定的最大試驗負載后，試驗即可完成。

1.3 為樁基質量檢測提供保證

在工程中，當曲線出現異常時，可進一步進行靜載試驗進行驗證，以準確判斷實際情況，判斷基樁實際承載力。聲波透射法和低應變法是第一批樁基質量檢測方法，可用于樁基完整性的判斷。

2 單樁豎向抗拔靜載試驗內容

2.1 試驗原理

通過安裝在樁身上的位移傳感器測量樁身應變或樁身截面位移，單樁豎向上拔靜載檢測是利用千斤頂對樁身施加外力，計算樁的側向阻力，然后繪制U ～δ 曲線，確定樁身抗拔承載力。

圖2 坡道一24#測試曲線

2.2 反力裝置的安裝

根據現場操作條件選擇一個可行的加載反應裝置，并關注該裝置提供的最大反應。試驗反應裝置應采用反應樁（或工程樁）提供軸承反應，或根據現場條件使用天然地基提供軸承反應。反作用框架系統的安全系數應為1.2 倍，并符合以下規定：

（1）用反力樁（或工程樁）提供支護反力時，反力樁頂面應平整并具有一定強度。

（2）當自然地基用于提供反作用力時，施加在地基上的壓應力不應超過地基承載力特征值的1.5 倍；反作用梁支點的重心應與座椅中心重合。

（3）壓載在地基上施加的壓應力不應大于地基承載力特征值的1.5 倍。如有可能，應將工程樁用作超載支點。

反力裝置能在整個加載過程中保持穩定狀態（不變形）。換言之，設備應具有足夠的安全儲備。為了滿足裝置的穩定性要求，有必要從強度和變形的角度檢查裝置的部件。

2.3 荷載測量

現階段，一系列自動靜載試驗設備相繼投放市場，靜載荷試驗用千斤頂與油泵連接。試驗過程中，應使用千斤頂按要求逐漸加載。電子傳感器通常適用于完成機油壓力的測量，根據測得的壓力和壓力，換算后得到千斤頂的壓力值。整個加載過程自動化程度高，數據的準確性得到保證，可以有效降低勞動強度，減少人為因素對測試數據準確性的不利影響。

2.4 加載模式

在靜載試驗中，應合理控制樁基礎的絕對沉降。在靜載試驗中，廣泛采用慢速維持荷載法，但在一些地質條件成熟的工程中，也可采用快速維持荷載法。與慢速維持荷載法相比，快速維持荷載法具有更突出的應用優勢。一方面，它可以縮短檢測周期，為后續工作提供更多的時間；另一方面可以減少晝夜溫差等外部因素的影響，使檢測結果具有較高的準確性。

圖3 坡道五9#測試曲線

2.5 位移監測

參考梁和參考樁是沉降觀測中的關鍵設備，但在工程中也容易被忽視。如果未設置參考樁，則將參考樁設置在沙袋上。基準樁和其他基礎指標的驅動深度或長度不合理，基準樁的剛度較低，或由于其它原因易發生明顯變形。在實際工作中，必須合理設置基準梁，一端必須固定在基準樁上，另一端必須簡支在基準樁上。此時，可有效提高參考梁對溫度變化的阻力水平，以避免撓度和變形。在靜載試驗過程中，試驗樁、錨樁和堆載平臺支墩對參考樁會產生不同程度的影響，這與它們之間的距離、荷載關系和現場地質條件有關。這些因素的差異將導致影響程度的差異。

3 上拔靜載荷試驗中的常見問題

3.1 樁身結構損壞

主要考慮以下兩種情況：

（1）樁帽壓碎：當樁頂質量缺陷（平整度和強度不足）以及樁帽與樁身連接不穩定時，荷載容易產生不利影響，如樁帽損壞。

（2）樁身傾斜和損壞：當樁身強度不足，預制樁接頭未得到有效處理時，靜載試驗中容易出現樁身傾斜、斷裂等異常情況。此時，地基土的承載力沒有得到有效發揮，導致對靜載試驗結果缺乏指導意義，即難以反映樁土體系的實際情況。

3.2 加載系統故障

（1）千斤頂量程不足：千斤頂是靜載試驗的關鍵設備，使用前未復位。在這種情況下，千斤頂在達到最大試驗載荷之前已完全彈出，因此很難有效參與下一級載荷的加載操作。因此，在試驗前，應詳細檢查千斤頂，以確保范圍為零。

（2）裝置提供的反作用力不足：當超載小或大時，超載中心偏移，導致偏心。在這種情況下，測試被迫停止。有必要根據實際情況制定切實可行的方案，作為大噸位試樁作業前后續工作的參考。

（3）主梁和次梁過度變形：試驗未完成時，由于剛性梁強度不足，出現明顯的撓度變形。如果不立即暫停試驗，容易造成安全事故；另外，當剛性梁發生偏轉時，會影響千斤頂的正常使用。例如，如果測量范圍不足，測試將中斷。因此，有必要提高剛性梁的力學性能。

3.3 測量系統故障

（1）基準樁和基準梁的移動：將固定基準梁的樁準確設置在被測樁的影響范圍之外更為合適，并應考慮溫度等因素的影響。

（2）系統故障：測試前應對測試系統進行詳細檢查和調試，并對傳感器采取防水等保護措施，確保傳感器穩定工作。

4 工程案例分析

4.1 工程概況

潛山市高鐵站前廣場建設項目地位于潛山市油壩鄉，潛山南站站前樞紐建筑物總長194m，總寬150m，車庫埋深8m/6m。車庫左側有寬度10m 的管涵。主體結構為一層鋼筋混凝土框架結構，擬建建筑物為停車場地下室、站前高架入口段、站前高架出口段及管涵。地庫、坡道一～坡道五基礎采用旋挖鉆孔混凝土灌注樁，總樁數672 根。

4.2 工程地質概況

（1）素填土，黃褐色、灰褐色，大部分為水田，水深約0.1m，含大量植物根莖，主要由粘性土組成。局部地段表層含碎石、塊石等；場地北部局部分布小堆土丘，年代10 年以上，松散狀態，層厚在0.30m ～5.90m。

（2）淤泥質粉質黏土，灰褐色，流塑～軟塑狀，濕，含腐殖質，局部深度范圍內夾薄層狀粉細砂條、塊。該層全區分布，層厚在1.50m ～9.10m。

（3）粉質黏土，灰褐色、黃褐色，粉質粘土呈軟塑～軟可塑，濕；分布范圍較小，不連續，局部呈透鏡體狀態分布，該層局部分布，層厚在0.50m ～2.70m

（4）中砂，灰褐色、灰白色，稍密～中密狀態，飽和，成分主要為石英、云母、長石，局部為粗砂，含少量礫石，分布厚度變化較大，分布連續，層厚在1.10m ～3.30m。

（5）礫砂，灰褐色、灰白色，中密狀態，飽和，成分主要為石英、云母、長石，底部含10%～30%左右的卵石，呈次圓狀，磨圓度及分選性較好。該層全區分布，層厚在2.00m ～3.80m。

（6）卵石，淺黃色、灰褐色，密實狀態，飽和，充填10%～30%左右細粒，卵石主要由石英石、燧石組成，直徑一般4m ～9cm，最大可達10cm 以上，呈次圓狀，磨圓度及分選性較好，層厚在1.50 ～3.50。

（7）強風化砂巖，棕紅色，巖芯呈碎塊狀，密實，原巖結構破壞嚴重分辨不清，巖芯較破碎，泥、鐵質膠結，成分主要為石英、長石及云母，層厚在1.50 ～2.00。

（8）中風化砂巖，棕紅色，巖芯呈短柱狀或柱狀，密實，巖芯完整，塊狀細粒結構，塊狀構造。手可掰成碎塊狀，泥、鐵質膠結，成分主要為石英、長石及云母，屬軟巖，巖體基本質量為Ⅳ級。

4.3 最大試驗荷載

根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第5.1.3 條，加載量不應小于設計要求的單樁豎向抗拔承載力特征值的2.0 倍。本工程樁的單樁豎向抗拔承載力特征值設計要求分別為：1800kN（地下車庫）、849kN（坡道一）、758kN（坡道五），最大試驗荷載應不小于1800kN×2=3600kN、849kN×2=1698kN 和758kN×2=1516kN，試 驗 時 取3600kN、1700kN 和1520kN。

4.4 試驗加載與分級

根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第4.3.2 條，分級荷載宜為最大加載量或預估極限承載力的1/10，第一級可取分級荷載的2 倍加載。本次試驗首級加載720kN、340kN 和304kN，以后各級各加載360kN、170kN 和152kN。

4.5 上拔相對穩定標準

根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第3.6.2 條，每級荷載施加后維持1h，按第5min、15min、30min 測讀樁頂位移量，以后每隔15min 測讀一次，每級荷載至少維持1h，若最后15min 時間間隔的樁頂位移增量與相鄰15min 時間間隔的樁頂位移增量相比未明顯收斂時，應延長維持荷載時間，直至最后15min 的位移增量小于相鄰15min 的位移增量時，可施加下一級荷載。

4.6 靜載試驗

本次試驗通過鋼梁、工字鋼反力架，利用天然地基土提供反力，采用快速維持荷載法。

根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第5.1.3 條，加載量不應小于設計要求的單樁豎向抗拔承載力特征值的2.0 倍。本工程樁的單樁豎向抗拔承載力特征值設計要求分別為：849kN（坡道一）、758kN（坡道五），最大試驗荷載應不小于849kN×2=1698kN 和758kN×2=1516kN，試驗時取3600kN、1700kN 和1520kN。

卸載時，每級荷載維持15min，按第5min、15min 測讀樁頂位移量后，即可卸下一級荷載。卸載至零后，應測讀樁頂殘余位移量，一般維持時間為1h，測讀時間為5min、15min、30min、60min。

4.7 結果分析

（1）從坡道一24#樁的單樁豎向抗拔試驗U ～δ 曲線可以看出，當荷載最大加至1700kN 后，樁頂最大上拔量為3.71mm，曲線未出現陡升，末級荷載作用下的樁頂上拔量為0.43mm；從δ ～lgt 曲線看，各級荷載所對應的時程曲線均較平坦，未出現明顯上彎；從卸載情況看，完全卸載后殘余上拔量為2.17mm，最大回彈量為1.54mm，回彈率為41.51%。根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第5.4.3 條，該受檢工程樁的單樁豎向抗拔極限承載力可取末級試驗荷載（1700kN）。

（2）從坡道五9#樁的單樁豎向抗拔試驗U ～δ 曲線可以看出，當荷載最大加至1520kN 后，樁頂最大上拔量為3.56mm，曲線未出現陡升，末級荷載作用下的樁頂上拔量為0.38mm；從δ ～lgt 曲線看，各級荷載所對應的時程曲線均較平坦，未出現明顯上彎；從卸載情況看，完全卸載后殘余上拔量為2.80mm，最大回彈量為0.76mm，回彈率為21.35%。根據《建設工程基樁承載力靜載檢測技術規程》DB34/T5073－2017 第5.4.3 條，該受檢工程樁的單樁豎向抗拔極限承載力可取末級試驗荷載（1520kN）。

4.8 結論

（1）靜載試驗法檢測的坡道一24#樁的單樁豎向抗拔承載力特征值為850kN，滿足設計要求。

（2）靜載試驗法檢測的坡道五9#樁的單樁豎向抗拔承載力特征值為760kN，滿足設計要求。

5 結語

樁基靜載試驗是檢測樁基承載力的主要方法，靜載檢測數據較為真實有效。在具體的試驗過程中，要有針對性地解決相關問題，從而提高靜載檢測數據的準確性和可靠性，這對后續施工工作的順利開展具有重要意義。