基礎(chǔ)試驗(yàn)樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)研究

彭曦

摘 要：為了探究基礎(chǔ)工程樁單樁豎向抗壓靜載，本研究通過堆載試驗(yàn)法，明確試驗(yàn)裝置、技術(shù)參數(shù)、安裝等要點(diǎn)，檢測反力裝置采用壓重平臺，檢測期間做好數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析。得出試驗(yàn)結(jié)果：本次共檢測1根試驗(yàn)樁，所檢測的試驗(yàn)樁其沉降量未達(dá)40 mm，Q～S曲線呈緩變形，其單樁豎向抗壓承載力特征值滿足設(shè)計要求。本試驗(yàn)采取的方法效果顯著，值得推廣與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)工程;工程樁;豎向抗壓靜載試驗(yàn);加載方式;Q～S曲線

中圖分類號：TU473.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）11-0084-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.019

Research on Vertical Compressive Static Load Test of Single Pile for Foundation Test Pile

PENG Xi

（Hunan Construction Engineering Quality Testing Center Co.， Ltd.， Changsha 410000， China）

Abstract：? To explore the vertical compressive static load of single pile in foundation engineering. The test device， technical parameters， installation and other key points were defined by the heap load test method. The pressure platform was adopted for the test reaction device. Data were recorded and analyzed during the test.? A total of 1 test pile was tested， the settlement of tested pile was less than 40mm， Q-S curve showed slow deformation， and the characteristic value of vertical compressive capacity of single pile met the design requirements.The method adopted in this experiment is effective and worthy of popularization and practice.

Keywords： foundation engineering; engineering pile; vertical compressive static load test; loading mode; Q～S curve

0 引言

堆載反力梁裝置使用比較廣泛，其承重平臺搭建簡單，適用于不同荷載量試驗(yàn)，以及不配筋或少配筋的樁，可對工程樁進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測。在千斤頂配合下，該裝置可以將力比較均勻而緩慢地施加到樁上，能明顯改善電動油泵加載中的過沖現(xiàn)象，從而使荷載量的大小比較容易控制。在建筑工程中樁基礎(chǔ)是工程安全與質(zhì)量的保障，要求樁基的力學(xué)特征符合要求，確保能為建筑物的結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量提供保障。本研究以歡樂海洋主體施工項(xiàng)目二標(biāo)段B2棟為例，對單樁豎向抗壓靜載進(jìn)行試驗(yàn)，得到檢測結(jié)果，為樁基設(shè)計與優(yōu)化提供參考。

1 工程概述

工程場地位于湖南省長沙市大王山旅游度假區(qū)湘江歡樂城西南方向，是在建工程主體施工項(xiàng)目二標(biāo)段B2棟，該工程由某土木建筑設(shè)計研究院有限公司設(shè)計，為框剪結(jié)構(gòu)。采用旋挖鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑、樁身混凝土設(shè)計強(qiáng)度分別為φ800 mm、C40，將持力層為微風(fēng)化灰?guī)r設(shè)計在樁端?；鶚豆こ淌┕て陂g總樁數(shù)、單樁豎向抗壓承載力特征值分別為142根、5 000 kN。2020年，對該工程的基樁進(jìn)行試驗(yàn)樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。

2 場地地基條件

2.1 人工填土

填筑時間約3 a，按照成分可分為以下兩種。①素填土。顏色為黃褐色，組成為黏性土，同時還有一部分風(fēng)化巖碎石塊與建筑垃圾組成，塊石存在于局部地段，塊徑>1.0 m，近期堆填，稍濕～濕，自重固結(jié)沒有完成。標(biāo)高在頂層的變化為33.10～48.93 m，層厚0.30～30.40 m，平均厚度9.22 m。②雜填土。色雜，由建筑水泥塊、固結(jié)后的水泥渣、磚渣等組成，成分不夠單一，且密實(shí)度不均勻;層頂標(biāo)高變化為32.33～48.91 m，層厚0.30～6.40 m，平均厚度2.42 m。

2.2 耕植土（Q4pd）

這類土屬于原來的地表土，由黏性土、少量植物根莖共同組成，處于濕～很濕的狀態(tài)。主要分布在工程地質(zhì)區(qū)，層頂標(biāo)高變化為34.04～37.88 m間，層厚0.50～0.70 m，平均厚度0.54 m。

2.3 第四系全新世沖積（Q4al）粉質(zhì)黏土

這類土顏色為灰褐色與黃褐色，灰白色高嶺土夾雜在局部，黑色氧化物顆粒清晰可見。主層頂標(biāo)高變化為32.07～44.15 m，層厚0.70～6.20 m，平均厚度2.16 m。

2.4 第四系晚更新世沖積（Q3al）層

此類土主要分布在工程地質(zhì)分區(qū)，按其狀態(tài)及其成分可分為如下兩層。①黏土，顏色為紅褐色與黃褐色，白色夾雜其中，結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀，稍濕。切面光滑，光澤反應(yīng)一般層頂標(biāo)高變化為40.25～47.65 m，層厚1.10～9.70 m，平均厚度4.38 m。②含圓礫粉質(zhì)黏土，顏色為褐黃色，有灰白色夾雜其中，圓礫不均勻摻在其中，粒徑為0.2～4.0 cm，稍濕。切面沒有光澤，稍顯光滑。層頂標(biāo)高變化、層厚、平均厚度分別為34.13～43.67 m、2.40～7.80 m、4.15 m。

2.5 第四系殘積（Qel）層

按其狀態(tài)及母巖成分可分為以下兩層：①粉質(zhì)黏土。呈褐黃色，系砂巖風(fēng)化巖殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)清晰，不均勻夾有強(qiáng)風(fēng)化巖石碎塊，稍濕。層頂標(biāo)高變化為27.03～45.99 m，層厚0.40～8.90 m，平均厚度1.69 m。②黏土。呈灰褐色，系灰?guī)r殘積而成，很濕，軟塑～可塑狀態(tài)，切面光滑，光澤反應(yīng)一般，其干強(qiáng)度及韌性中等，搖震無反應(yīng)，局部不均勻的含有少量碎石及礫石。層頂標(biāo)高變化為26.94～42.33 m，層厚0.40～10.00 m，平均厚度2.48 m。

2.6 泥盆系（D）地層

由砂巖及灰?guī)r組成，具體如下。

①強(qiáng)風(fēng)化砂巖。顏色為黃褐色與灰綠色，礦物大部分都被風(fēng)化，結(jié)構(gòu)為層狀，屬極軟巖，巖體容易破損，短柱狀為巖芯，很難用手折斷巖石單塊[1]。巖芯采取率、巖石質(zhì)量指標(biāo)分別為60%～85%、RQD<25。層頂標(biāo)高為28.01～45.05 m，揭露厚度為0.40～5.45 m。②中風(fēng)化砂巖。呈灰綠色、灰白色，主要礦物成分為石英及長石等，硅質(zhì)膠結(jié)為主，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀及柱狀，敲擊聲脆。其巖體較完整，屬軟巖，巖芯采取率為80%～90%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD為60～80，為較差～較好，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。揭露厚度為0.90～3.57 m。

3 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)效益好、操作便捷、可確保單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與樁身質(zhì)量符合要求。

3.1 試驗(yàn)裝置

在本試驗(yàn)中所運(yùn)用到的裝置有位移傳感器、壓力傳感器、千斤頂、方形大梁、混凝土配重等，其規(guī)格、數(shù)量如表1所示。在試驗(yàn)前，要做好設(shè)備檢查與調(diào)試，確保設(shè)備符合試驗(yàn)要求，在試驗(yàn)結(jié)束后做好設(shè)備清潔工作，并將設(shè)備歸還于指定單位。

3.2 參數(shù)要求

3.2.1 測試參數(shù)。

①主機(jī)與數(shù)控盒組網(wǎng)成功后，選擇《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106—2014）。

②連接位移傳感器，檢查傳感線是否損壞，位移傳感器警戒值不超過50 mm。

③嚴(yán)格按標(biāo)定證書上的標(biāo)定表值設(shè)置千斤頂?shù)墓ぷ鲏簭?qiáng)。

3.2.2 基準(zhǔn)樁的搭建和基準(zhǔn)梁的搭設(shè)。

①基準(zhǔn)樁需要布設(shè)得比較牢固，并且要方便架設(shè)基準(zhǔn)梁。

②盡量將基準(zhǔn)樁埋設(shè)較深，確保符合標(biāo)準(zhǔn)。

③基準(zhǔn)梁要具有較強(qiáng)的剛度，同時還要避免外界因素的干擾，比如氣溫、振動等。

3.2.3 位移傳感器的安裝。傳感器安裝后，必須豎直。磁性表座在基準(zhǔn)梁上面要安裝牢固，避免對試驗(yàn)產(chǎn)生影響。位移傳感器的正確安裝方式是安放在樁頭以下20 cm處。

3.3 試驗(yàn)加卸載方式

采取分級加載，逐級等量的方式。預(yù)估極限承載力的1/10確定為分級荷載，第一級荷載為分級荷載的2倍。采取分級卸載的方式，每級卸載量需合理確定，為分級荷載的2倍[2]。荷載需在加載與卸載過程中均勻、連續(xù)傳遞，變化幅度要在每級荷載中合理控制，確保其控制在分級荷載的±10%以內(nèi)。

3.4 終止加載的條件

①樁頂沉降量在某級荷載作用下，是前一級荷載作用下沉降量的5倍大。樁頂沉降穩(wěn)定后，總沉降量在40 mm以內(nèi)時，需加載到樁頂，要求總沉降量在40 mm以上。

②樁頂沉降量在某級荷載作用下，要比前一級荷載作用下沉降量大2倍，在24 h之后穩(wěn)定性未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

③已達(dá)到設(shè)計要求的最大加載量。

④錨樁上拔量在工程樁作錨樁過程中，必須達(dá)到允許值。

⑤當(dāng)荷載—沉降曲線呈緩變形時，可加載至樁頂總沉降量為60～80 mm;加載至樁頂累計沉降量超過80 mm，可在特殊情況下確定。

3.5 檢測數(shù)據(jù)的分析與判定

在荷載變化下，沉降也會發(fā)生變化，按照這一特征可確Q～S曲線屬于陡降形，荷載值要在發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)提取。

在時間變化下，沉降也會發(fā)生變化，按照這一特征可確定：荷載值可取s～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載值。

按照沉降量，緩變形Q～S曲線的荷載值可確定為s=40 mm;樁身彈性壓縮量需在樁長大于40 m時進(jìn)行考慮;樁直徑在80 mm以上時，可取s=0.05 D（D為樁端直徑）對應(yīng)的荷載值[3]。

3.6 加載方式

選擇壓重平臺為本項(xiàng)目的檢測反力裝置，壓重物重量在平臺上需合理控制，要求能在預(yù)估施加總荷載的1.2倍以內(nèi)，施加荷載可使用6 300 kN千斤頂2臺實(shí)現(xiàn)，全自動加載可使用靜載儀、傳感器并聯(lián)在千斤頂油路上，可對荷載值進(jìn)行讀取，對稱安裝4個位移傳感器，對沉降變形進(jìn)行觀測。采用慢速維持荷載法的加載方式，按設(shè)計要求的承載力特征值2倍計算最大加載量，也就是5 000 kN×2=10 000 kN。分9級進(jìn)行加載，第一級與其他各級加載量分別為2 000 kN、1 000 kN。

沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：樁頂沉降量要求控制在0.1 mm/h以內(nèi)，且出現(xiàn)次數(shù)為連續(xù)2次，樁頂沉降速率處于一個比較穩(wěn)定的范圍時，要對下一級荷載進(jìn)行施加[4]。卸荷需分為5級進(jìn)行，在每級荷載需維持1 h，樁頂沉降量測讀時間分別為15 min、30 min、60 min，可以卸下一級荷載;卸載到0后，對樁頂殘余沉降量進(jìn)行讀取，要將時間控制在3 h以內(nèi)，測讀時間分別為第15 min、30 min，以后每隔30 min測讀一次樁頂殘余沉降量。

3.7 試驗(yàn)原理及現(xiàn)場檢測

3.7.1 試驗(yàn)原理。施加軸向壓力需在樁頂逐級進(jìn)行，對樁頂隨時間發(fā)生的沉降進(jìn)行觀察，單樁豎向抗壓承載力可按照荷載與位移的關(guān)系予以確定，也就是Q～S曲線。

試驗(yàn)最大加荷值的確定如公式（1）所示。

Q=2×Ra? ? ? ?（1）

式中：Q為試驗(yàn)最大加荷值，kN;Ra為設(shè)計要求檢測單樁承載力特征值，kN。

3.7.2 現(xiàn)場檢測。

①工作內(nèi)容。對場地進(jìn)行勘查，并對場地進(jìn)行合理布置，對試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行確定，做好儀器的安裝與拆卸工作，對觀測點(diǎn)和觀測設(shè)施進(jìn)行設(shè)置，對觀測儀器進(jìn)行校正、加荷，并做好觀測與記錄，對試驗(yàn)資料進(jìn)行整理，對圖表進(jìn)行繪制與計算，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計，編寫報告，提供正式檢測成果。

②觀測程序。

a.沉降觀測。加載需分10級進(jìn)行，樁頂沉降量需在對每級施加荷載后的第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min進(jìn)行測讀，之后可按照每隔30 min測讀一次的方法進(jìn)行。

b.試樁沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。樁頂沉降量規(guī)定需控制0.1 mm/h，且需連續(xù)出現(xiàn)2次。

c.施加下一級荷載要求樁頂沉降速率達(dá)處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

d.卸載時，每級荷載應(yīng)維持1 h，樁頂沉降量需分別按照第15 min、30 min、60 min測讀，然后進(jìn)行下一級荷載的卸載;卸載到0后，要對樁頂殘余沉降量進(jìn)行讀取，時間需控制在3 h以上，測讀時間分別為第15 min、30 min，以后每隔30 min測讀一次樁頂殘余沉降量。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)果分析

4.1 檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

本次共檢測1根試驗(yàn)樁，樁長、樁徑分別為15.80 m、800.00 m。在檢測時，荷載分為10個等級，所檢測的試驗(yàn)樁其沉降量未達(dá)40 mm，Q～S曲線呈緩變形，極限荷載的陡降段沒有出現(xiàn)，按最大試驗(yàn)荷載確定單樁豎向抗壓極限承載力，為不小于10 000 kN，這樣就可以計算出單樁豎向抗壓承載力特征值不小于5 000 kN。

4.2 試驗(yàn)關(guān)系曲線

抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)可由試驗(yàn)獲取，并對所測樁的樁頂沉降量與荷載對應(yīng)關(guān)系Q～S曲線，樁頂沉降量與時間對數(shù)關(guān)系s～lgt曲線進(jìn)行繪制，如圖1、圖2。

4.3 檢驗(yàn)結(jié)論

在本次測試中，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)所檢測的試驗(yàn)樁為1根，單樁（107#試驗(yàn)樁）豎向抗壓承載力特征值為5 000 kN以上，滿足設(shè)計要求。Q～S曲線圖在2 000 kN時較陡，在2 000～8 000 kN之間變得緩和，在8 000 kN以后圖像有明顯下彎。在30 mm之前s～lgt曲線較緩和，變化不大，但在30 min以后發(fā)生較大變化。

5 結(jié)語

基礎(chǔ)工程樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)要注意很多要點(diǎn)，做好試驗(yàn)工作，能對單樁豎向抗壓承載力極限值進(jìn)行準(zhǔn)確計算，為提升群樁效率和建筑物的安全提供保障。試驗(yàn)過程中，要做好工藝控制，確保數(shù)據(jù)獲取的精準(zhǔn)性與可靠性，同時也要在試驗(yàn)期間，做好數(shù)據(jù)記錄，并最終計算出荷載值。

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