鋼筋混凝土建筑樁基截面承載力現場測試研究

摘 要：樁基承載力直接影響建筑的施工質量，因此進行鋼筋混凝土建筑樁基截面承載力測試研究。以寧波某商業用地工程項目作為研究對象，根據建筑設計方案制作多個樁基試件，在試件周圍布設承載力測試儀器。在鋼筋混凝土建筑樁土體系荷載傳遞理論的支持下，制定樁基截面加載方案，通過荷載施加、數據記錄等環節，完成樁基截面承載力測試操作，并得出截面的抗壓、抗彎、極限承載力指標測試結果。測試結果顯示，試件截面抗壓承載力、抗彎承載力和極限承載力測試結果的平均值分別為438.4、518.6和552.8 kN。

關鍵詞：鋼筋混凝土建筑；建筑樁基；截面承載力；承載力測試

中圖分類號：TU473；TQ178 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2024）10-0061-04

Field test and study on the bearing capacity of pile foundation of reinforced concrete building

ZHOU Yifeng1，LIN Peizhong2

（1. Ningbo Construction Engineering Group Co.，Ltd.，Ningbo 315000，Zhejiang China；2. Henan Natural Resources Monitoring and Land Consolidation Institute，Zhengzhou 450016，China）

Abstract：The bearing capacity of pile foundation directly affects the construction quality of buildings，so the bear?ing capacity test of reinforced concrete building pile section was studied. Taking a commercial land project in Ning?bo as the research object，several pile foundation test pieces were made according to the architectural designscheme，and bearing capacity test instruments were arranged around the test pieces. Under the support of the loadtransfer theory of the reinforced concrete building pile soil system，the loading scheme of the pile foundation sectionwas formulated. Through the load application，data recording and other links，the test operation of the bearing ca?pacity of the pile foundation section was completed，and the test results of the compression resistance，bending re?sistance and ultimate bearing capacity indexes of the section were obtained. The test results showed that the averagevalues of the compressive bearing capacity，flexural bearing capacity and ultimate bearing capacity of the preparedspecimen sections were 438.4，518.6 and 552.8 kN respectively.

Key word：reinforced concrete buildings；building pile foundation；section bearing capacity；bearing capacity test

鋼筋混凝土是一種常見的施工材料，其能夠按照工程的力學需求和施工條件，構造出多種不同的結構和系統[1]。在樁基設計時，往往會根據樁基位置、施工環境等因素，將樁基按不同的形狀進行布置，從而使樁基的承載力最大化，節省投資并提高建筑結構的穩定性。為了保證鋼筋混凝土建筑的施工質量，需要在樁基安裝前對其進行承載力測量，根據承載力的測量結果對樁基進行加固，從而提高樁基的載重能力，同時提高鋼筋混凝土建筑樁基的使用壽命。

1樁基截面承載力測試

1. 1鋼筋混凝土建筑工程概況

此次建筑樁基截面承載力測試實驗選擇寧波某商業用地工程項目作為研究背景，該工程項目包括A、B、C 3個建筑區，其中A區和C區為居民建筑區，B區為公共建筑區，B區內的建筑包括辦公樓、酒店、商場等。鋼筋混凝土建筑工程施工區域四級鋪蓋厚度為16 m左右，建筑工地總體較為平整，目前場地的地表標高為2.5～4.0 m。經鉆孔勘探，該工程區域存在地下水，主要以孔隙型潛水為主，以淤泥質粘土和雜填土為主。在場地表面處有雜填土，其埋深在基坑開挖深度之內，可在施工中直接將其挖出，對場地穩定無明顯影響[2]。在高層建筑物中，樁基工程是以樁基為基礎，在鉆孔時，不會影響到場地的穩定。

1. 2預制鋼筋混凝土建筑樁基試件

鋼筋混凝土建筑樁基設計采用鉆孔灌注樁，其樁體直徑為800 mm，樁端為中風化的輝綠巖層、中風化板巖層，樁體混凝土強度為C40。鋼筋砼結構樁基礎由面板、橫梁、基樁等構件構成，面板為中空面板，樁基面板尺寸為6 200 mm×4 500 mm×500 mm，圓形開口直徑300 mm，共8個孔洞，橫梁上的擱板寬度為180 mm，橫梁上的擱板寬度為30 mm。面板的水泥比例為0.45，主筋防護層為60 mm，上、下

層鋼筋型號分別為26Φ22和10Φ14，箍筋為300 mm。該結構的橫梁是由混凝土疊合而成，而在面板下面則是預制T形梁，其上部和面板的連接處是鋼筋的現澆重疊段[3]。水泥比例為0.45，鋼筋防護層厚64 mm；下部為10Φ22的二級縱拉筋，上部為2Φ14的水平分布筋。基樁為600 mm×600 mm的中空方樁，水泥比為0.40。

在鋼筋混凝土建筑樁基試件預制過程中，需要計算混凝土用量，計算公式如下：

Q=V（1+κloss）（1）

式中：κloss為損失系數；V表示鋼筋混凝土建筑樁基的目標體積。利用鉆桿轉動和提升產生的間隙，在噴出壓力作用下，將土顆粒沿與噴嘴運動方向相反的方向運動，并與泥漿攪拌混合，從而形成新的結構。高壓水泥漿能快速地填充被沖開的溝道和土壤顆粒的孔洞，同時，在注入的過程中和結束后，由于靜壓注入的壓力會對周圍的土壤造成持續的壓力，使得凝結體與兩側的土壤之間的粘合變得更緊密[4]。為避免偶然事件對樁基截面承載力測試結果產生的影響，實驗共準備8個不同尺寸和配置比的建筑樁基作為試件樣本。

1. 3布設樁基截面承載力測試儀器

分別從荷載施加和受力測試兩個方面準備測試儀器，并將其布設到預制的建筑樁基截面。選擇QF630T型號的千斤頂作為荷載的施加儀器，該儀器的起重量為630 T，起升高度為200 mm。樁基截面受力測試儀器選用JCQ-503D型號的靜力荷載測試儀，該儀器的荷載通道量程為1～50 000 kN，測量誤差能夠控制在0.5 kN以下[5]。綜合考慮鋼筋混凝土建筑樁基試件的截面結構、荷載施加方式以及荷載傳遞規律等因素，確定測量儀器的具體布設位置，承載力測試儀器的具體布設情況如圖1所示。

除此之外在鋼筋混凝土建筑樁基截面上安裝MS-50型號的位移傳感器，該儀器具有較大量程，能夠直接輸出位移測試結果[6]。所有的測試儀器均采用多通道共用補償接線法進行連接，為保證測量儀器能夠在加載測試過程中的正常使用，需要對布設的所有測試儀器進行外殼保護，并使用環氧樹脂進行防水處理。對安裝的所有儀器設備進行標定，并設置儀器的自動采集參數。

1. 4確定荷載傳遞機理

鋼筋混凝土建筑樁基與土體直接接觸，施加在建筑樁基截面上的應力通過樁體逐漸作用在土體中，樁、土體系荷載的傳遞過程就是樁側阻力與樁端阻力的發揮過程[7]。

在垂直載荷作用下，樁基截面發生壓縮變形，樁身荷載由樁身產生的側向阻力傳導至樁周，使樁身及周圍土體產生壓縮現象。在荷載作用下，樁端產生垂直位移，并產生樁端的反作用力。樁基截面位移增加了樁體各部分的變形，并進一步促進了樁側阻力的發揮[8]。通常情況下，在樁頂附近的側向阻力比下層更早地發揮作用，而側向阻力則在前向后釋放。建筑樁基截面上任意位置上的應力情況可以表示為：

式中：變量F為無荷載狀態下樁基截面的軸力值0 ；F （x）為截面上x位置上的側阻力。施加應力荷載f 在樁土體系中的傳遞滿足如下方程：

式中：F表示樁基與土體接觸面的軸力；D為d 樁基截面周長；DF為樁基荷載能量的傳遞量[9]。由此完成對鋼筋混凝土建筑樁土體系中荷載傳遞過程的模擬。

1. 5制定樁基截面載荷方案

利用準備的加載設備，將不同荷載作用在鋼筋混凝土建筑樁基截面。樁基截面的加載分為預加載和荷載加載2個步驟，在預加載時，先進行機械對中間的鋼筋混凝土樁基進行應變測試，同時對應力軸進行調節，以保證各個部位的應變均勻。在預加載后，按5 kN/s的加載速度，按10%計算承載力，按2 min的時間讀出試樣的軸向變形和混凝土的應變值，并觀測其表面裂紋的寬度和長度；當載荷達到80%時，按照位移控制的方式，加載速率為0.5 mm/min[10]。在載荷達到峰值后，載荷開始逐步減小，直至達到峰值負荷70%以上時停止加載，截面加載結束。

1. 6樁基截面承載力現場測試過程

采用靜載荷試樁方式，以預制的鋼筋混凝土建筑樁基為研究對象，利用布設的測試儀器，結合上述制定的加載方案，按照圖2流程，執行建筑樁基截面的承載力測試任務。

靜載荷測試是最基礎、最可靠的方法，可以得到樁身的垂直抗壓、抗彎以及橫向承載力。靜力測試的主要內容有豎向抗壓、抗彎、水平加載和垂直加載等。如果在樁身上事先埋置一根試件，就能測量出對應的受力點和受力情況。因此，在樁身軸力、樁側摩阻力、樁端阻力、樁身水平力作用下樁身的彎矩分布等方面，對樁身的影響進行了分析[11]。

1. 7設置樁基截面承載力量化測試指標

為實現鋼筋混凝土建筑樁基截面承載力的量化測試，設置抗壓承載力、抗彎承載力和極限承載力三個測試指標，其中抗壓承載力指標的數值結果如下：

式中：S為樁基截面面積；δ為樁土摩擦系數； re F為樁基截面接觸土面容許承載力。在實際測試過程中，抗壓承載力的測試結果為：

式中：F和F分別為樁基截面上下部的實測應u l 力值，上述指標可通過測試儀器直接輸出；G為樁基自重；γ表示樁基荷載阻力修正系數[12]。另外樁基截面抗彎承載力指標的測試結果為：

式中：N為施加的壓力荷載；λ為抗彎系數；該參s 數的具體取值與鋼筋混凝土建筑樁基材料有關。另外極限承載力測試指標的計算公式如下：

式中：ymax（.）為最大值求解函數。在實際的測試過程中，當樁基截面出現明顯形變時，明顯形變閾值設置為1 mm，則對應的負載值即為極限承載力。按照上述方式得出鋼筋混凝土建筑樁基截面承載力指標的量化測試結果。

2測試結果分析

2. 1樁基截面抗壓承載力

通過建筑樁基截面負載以及截面形變量的記錄，得出樁基截面抗壓承載力的測試結果，如表1所示。

將表1中的數據代入到式（5）中，計算得出建筑樁基樣本1～8號截面的抗壓承載力測試結果分別為：453.3、537.5、563.3、422.5、317.8、510.0、277.1 kN和

425.7 kN，通過平均值計算得出實驗樁基樣本截面抗壓承載力的平均值為438.4 kN。

2. 2樁基截面抗彎承載力

統計建筑樁基試件截面抗彎承載力的測試數據，通過公式（6）的計算得出抗彎承載力的測試結果，如圖3所示。

從圖3中可以直觀得出各個鋼筋混凝土建筑樁基試件截面的抗彎承載力測試結果，通過平均值計算得出鋼筋混凝土建筑樁基試件截面的平均抗彎承

載力值為518.6 kN。

2. 3樁基截面極限承載力

根據鋼筋混凝土建筑樁基截面應力與應變之間的關系，得出截面極限承載力的測試結果，圖4表示為1號試件的應力-應變測試曲線。

從圖4中可以看出，當施加的荷載為600 kN時，樁基截面產生1 mm形變，由此說明1號樁基試件截面的極限承載力為600 kN。按照上述方式可以得出測試實驗中所有試件樣本的極限承載力測試結果，經過平均值計算得出樁基試件截面極限承載

力的平均值為552.8 kN。

3結語

為了節約土地、提高土地利用效率，高層建筑不斷增多，但由于層高的增加，總的自重也隨之增大，因此給建筑施工帶來較大難度和挑戰。鋼筋混凝土建筑樁基截面作為高層建筑的主要受力面，其承載性能直接決定了鋼筋混凝土建筑的使用安全程度，通過對樁基截面承載力的測試，及時調整樁基幾何參數以及施工材料，有效提高鋼筋混凝土建筑的施工質量，對于房屋建筑工程具有較高的實用意義。

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