載荷試驗(yàn)在基樁承載力檢測中的應(yīng)用研究

李必敬

摘要 近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑、橋梁、隧道等大型工程的建設(shè)越來越頻繁，準(zhǔn)確地檢測和評估基樁的承載力成為當(dāng)前土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。文章通過對1#和2#樁基展開現(xiàn)場的載荷試驗(yàn)，測量在不同荷載作用下后注漿技術(shù)對基樁樁身軸力、基樁側(cè)阻力、基樁端阻力和沉降變化規(guī)律的影響，明確了載荷試驗(yàn)在基樁承載力檢測中的應(yīng)用。結(jié)果表明，基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，隨著深度的增加整體呈現(xiàn)遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發(fā)生突變，下降的速率進(jìn)一步增大。隨著荷載等級的增加，樁側(cè)阻力和端阻力呈現(xiàn)遞增的趨勢；采用后注漿分層技術(shù)的2#基樁的極限承載力、總側(cè)阻力和端阻力均大于未采用后注漿分層技術(shù)的1#基樁。

關(guān)鍵詞 載荷試驗(yàn)；基樁；承載力檢測

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0114-03

0 引言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑、橋梁、隧道等大型工程的建設(shè)越來越頻繁，這些工程的基礎(chǔ)承載力的穩(wěn)定性對工程的安全運(yùn)行至關(guān)重要[1-3]。因此，在工程建設(shè)中，對基礎(chǔ)承載力的檢測和評估顯得尤為重要。基樁是地下工程中常用的基礎(chǔ)形式之一，它能夠有效地傳遞載荷至地下深處，提高地基的承載能力。然而，由于地下土層的復(fù)雜性，以及基樁施工中的一些不確定性因素，如土體的不均勻性、地質(zhì)條件的變化、施工工藝的不規(guī)范等，導(dǎo)致基樁承載力的真實(shí)情況難以準(zhǔn)確評估[4]。因此，如何準(zhǔn)確地檢測和評估基樁的承載力成為當(dāng)前土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。載荷試驗(yàn)是目前常用的一種評估基樁承載力的方法，通過對基樁施加一定的荷載，測量其在不同荷載水平下的變形和應(yīng)力變化，進(jìn)而確定其承載力和變形性能。該方法具有操作簡單、直觀易懂、能夠獲得較為準(zhǔn)確的承載力數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，在基礎(chǔ)承載力檢測中得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。該文通過對1#和2#樁基展開現(xiàn)場的載荷試驗(yàn)，測量在不同荷載作用下后注漿技術(shù)對基樁樁身軸力、基樁側(cè)阻力、基樁端阻力和沉降變化規(guī)律的影響，明確了載荷試驗(yàn)在基樁承載力檢測中的應(yīng)用。

1 工程概況

該工程建設(shè)場地的地貌單元為錢塘江沖海積沉積平原，樓高518 m共110層，地下室四層，原場地分布有農(nóng)田、民宅、池塘，現(xiàn)局部已用碎石、塊石、磚塊、混凝土塊等建筑垃圾回填，目前場地略有起伏，各勘探孔口標(biāo)高為4.66～10.10 m。經(jīng)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)地層自上而下共分8個大層，16個工程地質(zhì)亞層，即雜填土、粉土、黏土、粉砂、圓礫、粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖，勘察等級屬甲級。兩根基樁的樁長為40 m，持力層的土質(zhì)為泥質(zhì)粉砂巖，樁端刺入8 m，基樁直徑為1 100 mm，采用旋挖成孔水下灌注施工工藝，其中1#基樁不采用后注漿技術(shù)處理，設(shè)計的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為21 000 kN，當(dāng)基樁的承載力達(dá)到設(shè)計值的1.3倍被視為破壞；2#基樁采用后注漿技術(shù)處理，設(shè)計的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為33 000 kN。

2 試驗(yàn)材料及方法

基樁載荷試驗(yàn)的加載裝置由油壓傳感器、千斤頂和靜載測試儀組成，彼此之間由特制導(dǎo)線連接。1#基樁共設(shè)置12級荷載，最低荷載為4 200 kN，最大荷載為27 300 kN，2#基樁共設(shè)置10級荷載，最低荷載為6 600 kN，最大荷載為36 300 kN。電腦設(shè)定分等級荷載，通過油壓加載系統(tǒng)將對應(yīng)的力施加基樁上，待荷載和軸力以及沉降度數(shù)穩(wěn)定后才能施加下一級荷載，待施加到目標(biāo)荷載后，進(jìn)行卸荷試驗(yàn)，每一級卸荷等級的大小應(yīng)為分級加載大小的2倍，每級卸荷時間為0.5 h。采用光纖傳感器法測量沉降，在測量前，需要安裝光纖傳感器設(shè)備。將光纖傳感器沿著基樁埋入土壤中，傳感器的一端固定在測量點(diǎn)上，另一端連接到讀數(shù)器上。傳感器記錄土壤的變形信息，并把信息轉(zhuǎn)化成光纖長度的變化。通過讀數(shù)器可以獲取沉降量的變化情況。通常每隔一段時間進(jìn)行一次測量，將測量數(shù)據(jù)記錄下來。沿樁身不同高度設(shè)置傳感器，每一個高度沿樁身設(shè)置四個傳感器，取其平均值為該深度處的樁身軸力。樁身的軸力、樁側(cè)阻力和樁端阻力的計算公式如下：

3 測試結(jié)果分析

3.1 基樁樁身內(nèi)力

圖1（a）顯示了不同荷載等級下1#樁體軸力與深度的關(guān)系，可知1#基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，在4 200 kN荷載等級下的最小軸力為311 kN，在27 300 kN荷載等級下的最小軸力為12 718 kN。隨著深度的增加整體呈現(xiàn)遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發(fā)生突變，下降的速率進(jìn)一步增大。樁基的承載力主要來自土層的支持，一般情況下，離地面較近的土層所承受的壓力比較大，離地面較遠(yuǎn)的土層所承受的壓力比較小。因此，隨著樁基深度的增加，樁身所受的土層壓力逐漸減小，導(dǎo)致樁身軸力整體呈現(xiàn)遞減趨勢。發(fā)生突變現(xiàn)象的原因是多方面的，首先樁基的形狀或長度發(fā)生變化，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的情況，導(dǎo)致樁基形狀或長度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致樁身軸力發(fā)生突變；其次，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的荷載變化，從而導(dǎo)致樁身軸力發(fā)生突變；最后，在深度為29.6 m處可能存在一種特殊的施工問題，導(dǎo)致樁身軸力發(fā)生突變。圖1（b）顯示了樁側(cè)阻力和端阻力分布，由圖可知隨著荷載等級的增加，樁側(cè)阻力和端阻力呈現(xiàn)遞增的趨勢。首先，隨著荷載等級的增加，樁基所受的荷載也隨之增加，導(dǎo)致樁周土層的壓實(shí)和固結(jié)程度增加，從而提高了樁側(cè)阻力和端阻力；其次，隨著荷載等級的增加，樁基所受的荷載也隨之增加，導(dǎo)致樁周土層的變形程度增加，從而提高了樁側(cè)阻力和端阻力；接著荷載增加也可能導(dǎo)致樁身與土層之間的摩擦力增加，進(jìn)而提高樁側(cè)阻力和端阻力；最后，隨著荷載等級的增加，土層的內(nèi)聚力和黏聚力也隨之增加，從而提高了樁側(cè)阻力和端阻力。

3.2 不同方法測量的基樁沉降

圖2顯示了1#基樁和2#基樁的Q-S曲線。由圖可知1#基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，在27 300 kN荷載作用下，沉降達(dá)到最大值為73.49 mm，隨著卸載沉降逐漸減小，卸載后的沉降值為61.5 mm，沉降回彈量為11.99 mm。2#基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，在36 300 kN荷載作用下，沉降達(dá)到最大值108.24 mm，隨著卸載沉降逐漸減小，卸載后的沉降值為91.25 mm，沉降回彈量為16.99 mm。由此可見基樁在荷載作用下發(fā)生了沉降回彈。在荷載作用下，土體受到了壓縮變形，導(dǎo)致基樁發(fā)生沉降。隨著荷載的增加，土體的壓縮變形增加，導(dǎo)致基樁沉降逐漸增大。卸載后，土體受到的壓力減小，壓縮變形逐漸恢復(fù)，導(dǎo)致基樁發(fā)生回彈。沉降回彈量的大小取決于土體的壓縮性質(zhì)和基樁的剛度。2#基樁的沉降回彈量比1#基樁的沉降回彈量大是由于兩者的注漿技術(shù)不一樣導(dǎo)致2#基樁的剛度相比1#基樁較小，因此2#基樁的沉降回彈量也會比較大。

3.3 后注漿技術(shù)效果評價

隨著深度的增加，最大樁側(cè)阻力逐漸增大，且后注漿分層技術(shù)在任一深度區(qū)間內(nèi)的最大樁側(cè)阻力大于非后注漿分層技術(shù)，兩者之間的差異隨著深度的增加先增加后減小，在深度為29.7～32 m區(qū)間內(nèi)達(dá)到最大，在深度為32～38.9 m區(qū)間，非后注漿分層技術(shù)的最大樁側(cè)阻力為265 kPa，后注漿分層技術(shù)的最大樁側(cè)阻力為395 kPa。樁側(cè)阻力隨著深度的增加而增加，這是由于土體的受力狀態(tài)、土層的性質(zhì)和樁基與土體的相互作用等因素的影響，后注漿分層技術(shù)是指在灌注樁施工過程中，在樁側(cè)注入分層漿液，可以改善樁側(cè)土體的力學(xué)性質(zhì)，增加樁側(cè)阻力。相比之下，如果不采用后注漿分層技術(shù)，則樁側(cè)土體的力學(xué)性質(zhì)可能會較差，導(dǎo)致樁側(cè)阻力較小。因此，后注漿分層技術(shù)可以增加樁側(cè)阻力，提高樁的承載力和穩(wěn)定性。顯示了不同注漿技術(shù)對樁體承載力的影響。采用后注漿分層技術(shù)的2#基樁的極限承載力、總側(cè)阻力和端阻力均大于未采用后注漿分層技術(shù)的1#基樁，經(jīng)過后注漿技術(shù)處理的2#基樁，其側(cè)阻力相對1#基樁增大了32.23%，端阻力相對1#基樁增加了46.6%。

4 結(jié)論

該文以某項(xiàng)目為工程背景，通過對1#和2#樁基展開現(xiàn)場的載荷試驗(yàn)，測量在不同荷載作用下后注漿技術(shù)對基樁樁身軸力、基樁側(cè)阻力、基樁端阻力和沉降變化規(guī)律的影響，明確了載荷試驗(yàn)在基樁承載力檢測中的應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

（1）基樁樁身軸力隨著荷載等級的增加，逐漸增大，隨著深度的增加整體呈現(xiàn)遞減的趨勢，在深度為29.6 m時發(fā)生突變，下降的速率進(jìn)一步增大。隨著荷載等級的增加，樁側(cè)阻力和端阻力呈現(xiàn)遞增的趨勢。

（2）基樁隨著荷載的增加沉降逐漸增大，隨著卸載沉降逐漸減小，基樁在荷載作用下發(fā)生了沉降回彈。沉降回彈量的大小取決于土體的壓縮性質(zhì)和基樁的剛度。

（3）隨著深度的增加，最大樁側(cè)阻力逐漸增大，且后注漿分層技術(shù)在任一深度區(qū)間內(nèi)的最大樁側(cè)阻力大于非后注漿分層技術(shù)，兩者之間的差異隨著深度的增加先增加后減小，在深度為29.7～32 m區(qū)間內(nèi)達(dá)到最大，在深度為32 ～38.9 m區(qū)間，非后注漿分層技術(shù)的最大樁側(cè)阻力為265 kPa，后注漿分層技術(shù)的最大樁側(cè)阻力為395 kPa。

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