單樁豎向抗壓靜載法在某棟宿舍樓中的運(yùn)用

董　慧　韋　勇

摘要：文章結(jié)合實(shí)際工程通過單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的方法，得出Q-S曲線，對樁在設(shè)計階段的承載能力進(jìn)行測定，為優(yōu)化設(shè)計提供了可靠參數(shù)，從而節(jié)約了相當(dāng)可觀的投資。

關(guān)鍵詞：單樁豎向抗壓靜載法；單樁豎向靜荷載試驗(yàn)；基樁；Q-S曲線；極限承載力

中圖分類號：U443文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）05-0025-02

對于樁承載能力的評定方法多種，而采取的評定方法能否正確地評價單樁的承載能力，關(guān)系到設(shè)計是否安全與經(jīng)濟(jì)的重要問題，所以在確定單樁承載能力時必須采用合適的方法，同時須持謹(jǐn)慎的態(tài)度，既不能過于保守，造成不必要的浪費(fèi)，更不能膽大冒進(jìn)，降低結(jié)構(gòu)的安全儲備。其中單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)是工程界公認(rèn)的最直觀地、精度和可靠性都比較高的承載力檢測方法，一直被國內(nèi)外廣泛運(yùn)用。本工程試樁是為設(shè)計提供單樁豎向極限承載力特征值的，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003》，所以應(yīng)采用接近于豎向抗壓樁實(shí)際工作條件的單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)，確定單樁的豎向抗壓極限承載力。

一、工程概況

南鐵院某宿舍為框架結(jié)構(gòu)6層，設(shè)計為Φ500混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，混凝土設(shè)計等級C80，試樁標(biāo)準(zhǔn)與工程樁相同。樁長設(shè)計大約35～40m，預(yù)估單樁設(shè)計極限承載力3300KN，最大試驗(yàn)荷載3300KN。根據(jù)江蘇省南京市測繪勘察研究院提供的巖體工程詳細(xì)勘察報告，底層概況如下：（1）素填土：黃灰色，松散，以粉質(zhì)粘土為主，少含植物根莖，厚度為0.3～2.3m；（2）新填土，褐黃色，松散，要有粉質(zhì)粘土，層厚0.3～3.3m；（3）淤泥：灰色，流塑，偶見少量腐植物，層厚0.4～0.6m；（4）粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1.0～15.8m,含腐植物，韌性中等，高壓縮性；（5）粉沙粉質(zhì)粘土：灰色中密，偶夾薄層粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，水平層理；層厚為2.7～12.1m；（6）粉砂，層厚28.6～37.0m,中密局部密實(shí)，見云木片，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層；（7）粉細(xì)沙，層厚38.6～42.0m,灰色，飽和，中密～密實(shí)，局部夾有粉質(zhì)粘土薄層。整體來說，粉砂層以上土質(zhì)較軟弱，地質(zhì)條件較復(fù)雜，選取1#樁、16#、17#樁三處作試樁。這三處樁位的工程地質(zhì)士層包括了整棟宿舍樓的他質(zhì)土層，有很好的代表性。

二、靜載檢測試驗(yàn)

（一）靜載檢測原理及主要設(shè)備

靜載檢測原理是按照靜載試驗(yàn)規(guī)程，利用堆載產(chǎn)生的重力，致使樁基、樁周土產(chǎn)生應(yīng)變，實(shí)測樁基產(chǎn)生的Q-S曲線，分析樁基承載力。本次測試根據(jù)現(xiàn)場條件采取壓重平臺反力法作為加載反力裝置，即平臺上對預(yù)制方樁作為配重，用千斤頂加載來完成試驗(yàn)。壓重量為最終加壓荷載值的1.2倍，并應(yīng)載試驗(yàn)開始前一次加上，均勻穩(wěn)固的放置于平臺上。

南鐵院食堂樓設(shè)計試樁使用的主要設(shè)備有100MPa的油壓表一只，百分表2支，400噸鋼梁一套，表座2支，5000KN千斤頂一臺。

（二）靜載檢測過程

1．試樁的樁頭處理。試樁樁頂應(yīng)平整、無損，如樁頂損壞，切除后用鋼箍予以加強(qiáng)。由于本工程屬于粉土和粘性土，所以從成樁到開始試驗(yàn)間歇時間應(yīng)不少于15天。

2．試驗(yàn)加載。采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載。

3．加載和卸載分級。（1）試驗(yàn)用油壓千斤頂載試驗(yàn)前必須在壓力機(jī)上進(jìn)行率定。（2）試驗(yàn)方法：1）加載應(yīng)分級進(jìn)行，采取逐級等量加載；分級荷載宜為最大加載量或預(yù)估計極限承載力的1/10，其中第一級可取分級荷載的2倍；2）卸載應(yīng)分級進(jìn)行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍；3）加、卸載時應(yīng)使得荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不宜超過分級荷載的±10%。

4．慢速維持荷載法沉降觀測。每次加載后測讀時間為0、5、10、15、15、15（min），側(cè)都試樁沉降量，以后每隔30 min、測讀一次。當(dāng)沉降速率達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，進(jìn)行下一級加載。卸載時按0、15、15、30（min）測讀。零荷載是按180（min）測讀。

5．加荷穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。在每級荷載作用下，試樁的沉量在每小時內(nèi)不大于0.1mm。并連續(xù)出現(xiàn)2次（從分級荷載施加后第30 min開始，按1.5h連續(xù)三次每30min的沉降觀測值計算）。

6．終止加荷條件。南鐵院學(xué)生宿舍試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定樁基承載力。當(dāng)出現(xiàn)下列情之一時終止加荷：試驗(yàn)荷載達(dá)最大驗(yàn)荷載；試樁在某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載沉降量的5倍，但是當(dāng)樁頂沉降相對穩(wěn)定且總沉降量小于40mm時，宜加載至樁頂總沉降量超過40mm；樁身材料達(dá)到極限強(qiáng)度樁頂出現(xiàn)顯破裂現(xiàn)象；試樁在某級荷載下的降量大于前一級荷載沉降量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

7．Q-S曲線分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到在分級加/卸荷載作用下樁頂?shù)某两禂?shù)據(jù)，（見表1），根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成Q-S曲線，現(xiàn)對其做以分析：（1）曲線正常：1#和17#試樁Q-S 曲線（見圖2和圖4），荷載分10級加載至3300KN。1#樁，樁長35m，試驗(yàn)加載到3300KN時，總沉降量為14.69mm，沉降量不大，回彈率52.87%。Q-S曲線呈緩變型,勻順漸變，無明顯陡降段，荷載達(dá)到極限承載力后再施加荷載，并不導(dǎo)致樁的失穩(wěn)和沉降量顯著增大，即承載力并未達(dá)到真正的極限狀態(tài)。17#樁,樁長40.47m，歷時25小時,試驗(yàn)加載到3300 kN時，歷經(jīng)120分鐘本級樁頂沉降5.82mm,總沉降量為27.90mm，卸載至0時殘余沉降量為1.42mm,卸載回彈率94.90%。結(jié)果表明17#樁的樁豎向抗壓承載力不小于3300 KN。且Q-S曲線平緩，無明顯陡降段，雖然摩阻力已用盡，但樁基持力層尚未完全發(fā)揮承載作用。（2）曲線出現(xiàn)明顯陡降段：16#試樁曲線（見圖3）。在正常情況下,當(dāng)樁所受的荷載逐漸增大時，土的變形也逐漸增大, Q-S曲線便呈現(xiàn)逐漸向下形狀,但如出現(xiàn)陡降型這一規(guī)律，屬不正?，F(xiàn)象，應(yīng)是由于樁的某些原因所造成。該樁樁長36m，當(dāng)加載到1980kN時樁頂總沉降量為18.74mm,當(dāng)加載到2310KN時，樁頂總沉降量為37.48mm,本級沉降量為18.74mm,本級沉降量比較大，而此時樁頭已破碎，出現(xiàn)陡降型破壞。按照《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》JG106-2003第4.4.2條規(guī)定：對于陡降型曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載值。

三、結(jié)論

從試樁試驗(yàn)結(jié)果繪制出的Q-S曲線成果分析，試樁的極限承載力取值建議如下: （1）1#和17#樁極限承載力Ｑu≥3300KN。試驗(yàn)結(jié)果比較理想。試驗(yàn)樁的極限承載力取值建議為3300KN,故單樁豎項(xiàng)承載力特征值為1650 KN。（2）16#本試樁最大極限承載力不超過2310KN且不小于1980 KN。試驗(yàn)樁的極限承載力取值建議為2000KN, 故單樁豎項(xiàng)承載力特征值為1000 KN。

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作者簡介：董慧（1979-），女，供職于南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士，研究方向：土木工程；韋勇（1981-），男，南京市玄武湖管理處助理工程師，研究方向：城市景觀生態(tài)及旅游規(guī)劃。