單樁豎向靜載試驗(yàn)異常在某工程中的處理及應(yīng)用分析

苗艷文 何禮彪 葉慧祥

第一作者簡介：苗艷文（1989-），男，工程師，地基所所長。研究方向?yàn)楣こ藤|(zhì)量檢測。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.023

摘? 要：為確保建設(shè)工程下部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)工程承載力的質(zhì)量安全，采用低應(yīng)變法先進(jìn)行工程基樁樁身完整性的普查，再選取樁底反射波異常的樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，對單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)沉降數(shù)據(jù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。結(jié)果表明，基樁樁底反射波存在異常的樁對單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)沉降數(shù)據(jù)具有一定影響。說明選取樁底反射波存在異常的樁，進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的沉降數(shù)據(jù)也存在異常，再通過單樁豎向抗壓靜載沉降數(shù)據(jù)異常分析，進(jìn)而高效地保障基樁工程承載力的可靠性及安全性。

關(guān)鍵詞：樁底反射波；單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)；沉降數(shù)據(jù)；建設(shè)工程；低應(yīng)變法

中圖分類號：TU473.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）16-0099-05

Abstract： To ensure the quality and safety of the bearing capacity of the substructure pile foundation engineering for the construction project. The low strain method is used to conduct a general survey of the integrity of the engineering foundation pile body. Piles with abnormal reflected waves at the bottom of the pile are selected for vertical compressive static load tests of a single pile， and the settlement data of the vertical compressive static load test of a single pile is applied and analyzed. The results indicate that piles with abnormal reflected waves at the bottom of the foundation pile have a certain impact on the settlement data of single pile vertical compressive static load tests. The selection of piles with abnormal reflected waves at the bottom of the pile indicates that there are also abnormal settlement data in the vertical compressive static load test of a single pile. Through the analysis of abnormal settlement data in the vertical compressive static load of a single pile， the reliability and safety of the bearing capacity of the foundation pile engineering can be efficiently guaranteed.

Keywords： reflected wave at the bottom of pile; vertical compression static load test of single pile; settlement data; construction project; low strain method

我國樁基工程在建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用非常廣泛。樁基礎(chǔ)是由承臺和基樁組成，基樁單樁承載力是單樁在荷載作用下，地基土和樁身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證，變形也在允許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)物的正常使用所能承受的最大荷載。

本文通過實(shí)際工程案例對某工程高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁的承載力檢測。

1? 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

我國現(xiàn)行地基基礎(chǔ)試驗(yàn)檢測相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有JTG/T 3512—2020《公路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程》；JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》；JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》；GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

基樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)檢測依據(jù)相關(guān)的法律法規(guī)及設(shè)計(jì)文件，同時(shí)也滿足合同約定內(nèi)容及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了保證下部樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，建議選取更加嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。

2? 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)方法

2.1? 基本原理

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，是一種原位測試方法，其基本原理是將豎向荷載均勻傳至建筑物基樁上，通過實(shí)測單樁在荷載作用下的樁頂位沉降，得出靜載試驗(yàn)的Q-S曲線及s-lgt等輔助曲線，然后根據(jù)曲線推求單樁豎向抗壓承載力特征值等參數(shù)。

2.2? 加載反力系統(tǒng)

加載反力裝置由加載穩(wěn)壓設(shè)備、反力裝置組成，該系統(tǒng)是保證提供足夠的反力通過加載設(shè)備將荷載傳到樁的預(yù)定部位。

1）加載穩(wěn)壓設(shè)備均采用油壓千斤頂加載。千斤頂使用規(guī)定為2臺以上并聯(lián)時(shí)，型號、規(guī)格應(yīng)相同，千斤頂合力中心與樁中心重合。千斤頂使用原則為并聯(lián)使用需要同規(guī)格，千斤頂出力，千斤頂行程。油泵的選取原則為出油量，最大工作壓強(qiáng)，油箱大小，雙油路油泵。

2）反力裝置由不同規(guī)格的鋼梁、支墩、配重（混凝土塊或鋼塊）等組成。單樁豎向抗壓靜載裝置常采用錨樁反力裝置、壓重反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置和地錨反力裝置。

2.3? 荷載量測系統(tǒng)

荷載量測系統(tǒng)由壓力測試設(shè)備，主要包括壓力表、壓力傳感器、荷重傳感器組成。壓力表、壓力傳感器精度要求優(yōu)于0.5級，壓力表和壓力傳感器安裝在止壓閥與千斤頂之間。

2.4? 位移測量系統(tǒng)

荷載量測系統(tǒng)由百分表或位移傳感器組成。百分表或位移傳感器安裝在樁頂200 mm以下位置，最好不小于0.5倍樁徑。需要與基準(zhǔn)梁固定，基準(zhǔn)梁應(yīng)有足夠的剛度，一端應(yīng)固定，一端應(yīng)簡支。直徑或邊寬大于500 mm的樁，應(yīng)在其2個方向?qū)ΨQ安置4個百分表或位移傳感器，直徑或邊寬小于等于500 mm的樁可對稱安置2個百分表或位移傳感器。精度要求為誤差不大于0.1%FS，分辨率不高于0.01 mm，宜采用大量程百分表或位移傳感器。

2.5? 自動采集系統(tǒng)

靜載試驗(yàn)由于試驗(yàn)時(shí)間較長，現(xiàn)場的環(huán)境較惡劣，市面上出現(xiàn)了很多靜載荷試驗(yàn)儀，能夠較大程度提高現(xiàn)場的檢測效率，減少現(xiàn)場檢測工作人員的工作量，并且能夠較精準(zhǔn)進(jìn)行操作和記錄等。使用靜載荷測試儀，不僅能提高現(xiàn)場的工作效率，保障現(xiàn)場工作人員的安全，并且能更準(zhǔn)確地進(jìn)行試驗(yàn)。

3? 工程案例

3.1? 工程概況

湖南長沙某項(xiàng)目，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級，基樁類型為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑為500 mm，基樁持力層為礫砂層，樁長在10～13 m，本工程設(shè)計(jì)單樁承載力特征值為1 100 kN，采用低應(yīng)變法及單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)（快速維持荷載法）進(jìn)行工程樁樁身完整性及承載力檢測。

3.2? 工程地質(zhì)情況

根據(jù)鉆探揭露，擬建場地內(nèi)埋藏各地層野外特征按埋藏情況自上而下依次描述如下。

1）種植土（Q4pd）①：褐灰色、灰色，濕，松散狀，成分以黏性土為主，夾植物根系及少量碎塊，采芯率約為80%。

2）雜填土（Q4ml）②：褐灰色，濕，松散-稍密狀，機(jī)械堆填成因，其成分以黏性土為主，夾大量碎石、建筑垃圾及少量磚塊等，填土主要來源為附近施工棄土，為新近填土，堆積時(shí)間約3～5年，采芯呈散體狀，采芯率約為80%。

3）素填土（Q4ml）③：褐紅色、褐黃色，濕，松散-稍密狀，機(jī)械堆填成因，其成分以黏性土為主，局部含有少量砂礫，不具有濕陷性，填土主要來源為附近施工棄土，為新近填土，堆積時(shí)間約3～5年，采芯呈土柱狀、散體狀，采芯率約為85%。

4）淤泥（Q4l）④：褐灰色，飽和狀，流塑狀，淤積成因，成分主要為黏性土，壓縮性高，韌性高，搖振反應(yīng)無，略具腥臭味，采芯呈散體狀，采芯率約為68%。

5）粉質(zhì)黏土（Q4al）⑤：褐黃色、褐紅色，可塑-硬塑狀，沖積成因，其成分以粉粒、黏粒為主，土質(zhì)總體均勻，局部夾少量砂礫，刀切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等，搖振反應(yīng)無，采芯呈土柱狀，采芯率約95%。

6）礫砂（Q4al+pl）⑥：褐黃色，濕-飽和，中密狀，沖洪積成因，礫的成分以石英質(zhì)顆粒為主，粒徑在2～20 mm的顆粒質(zhì)量約占總顆粒質(zhì)量的35%，大于20 mm的約占8%，余為中粗砂及黏性土，采芯呈散體狀，采芯率約為75%。

7）粉質(zhì)黏土（Qel）⑦：褐紅色，稍濕，可塑狀，殘積成因，為下部基巖殘積土，母巖為泥質(zhì)粉砂巖，其成分以粉粒、黏粒為主，土質(zhì)總體均勻，局部夾少量砂礫及風(fēng)化巖碎塊，采芯呈土柱狀，采芯率約92%。

8）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（E）⑧：褐紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙被泥質(zhì)充填，主要礦物成分為石英和土類礦物、泥質(zhì)膠結(jié)，巖體破碎，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，巖芯多呈碎塊狀、塊狀，少呈短柱狀，采芯率約68%，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）為25。

9）中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（E）⑨：淺紅色、灰白色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙被泥質(zhì)充填，主要礦物成分為石英和黏土類礦物、泥質(zhì)膠結(jié)，巖體較完整，局部破碎，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，巖芯多呈柱狀、短柱狀，少呈塊狀，采芯率約81%，RQD為60。

3.3? 低應(yīng)變法檢測、單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

1）現(xiàn)場對該項(xiàng)目高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁進(jìn)行了低應(yīng)變法檢測，樁長為11.00 m，檢測波形如圖1所示。

通過現(xiàn)場低應(yīng)變法檢測及分析波形得出：預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁樁身完整性良好，但樁底反射波為同向反射，波幅較寬且高。說明樁底存在異常及軟弱層情況，并未嵌入巖體。同時(shí)對該高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，沉降數(shù)據(jù)曲線如圖2、圖3及匯總表表1所示。

通過現(xiàn)場單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的沉降數(shù)據(jù)：高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁樁頂加載至第九級1 980 kN時(shí)對應(yīng)的沉降值為40.54 mm，且第九級1 980 kN的沉降量大于第八級1 760 kN沉降量的5倍。根據(jù)JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》第4.3.7條第1款規(guī)定：某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下的沉降量的2倍，且樁頂總沉降量超過40 mm，可終止加載試驗(yàn)。根據(jù)JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》第4.4.2條第1款規(guī)定：對于陡降型豎向荷載-沉降（Q-s）曲線，應(yīng)取其發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載作為單樁豎向抗壓極限承載力。最后根據(jù)靜載試驗(yàn)沉降數(shù)據(jù)分析得出：G-81#樁單樁豎向抗壓極限承載力為1 760 kN，其單樁豎向抗壓承載力特征值為880 kN，不滿足設(shè)計(jì)要求。

2）施工單位對該項(xiàng)目G-81#樁的接樁6.0 m并嚴(yán)格控制貫入度情況，復(fù)打約2.5 m深度截樁后，再對其G-81#樁進(jìn)行了第二次樁身完整性檢測及單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，樁長為13.50 m，低應(yīng)變法檢測波形如圖4所示。

表1? 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)匯總表（第一次）

通過現(xiàn)場低應(yīng)變法檢測及分析波形得出：預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁接樁良好，無明顯接樁反射波，樁身完整，無明顯的樁底反射波，說明樁底巖體嵌入良好。同時(shí)對該高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，沉降數(shù)據(jù)曲線如圖5、圖6及匯總表表2所示。

表2? 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)匯總表（第二次）

通過現(xiàn)場單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的沉降數(shù)據(jù)：高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁G-81#樁樁頂加載至第十級2 200 kN時(shí)對應(yīng)的沉降值為14.53 mm。根據(jù)JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》第4.3.7條第3款規(guī)定：已達(dá)到要求的最大加載量且樁頂沉降達(dá)到相對穩(wěn)定，可終止加載試驗(yàn)。根據(jù)JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》第4.4.2條第5款規(guī)定：樁的豎向抗壓極限承載力取最大加載量。最后根據(jù)靜載試驗(yàn)沉降數(shù)據(jù)分析得出，G-81#樁單樁豎向抗壓極限承載力為2 200 kN，其單樁豎向抗壓承載力特征值為1 100 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4? 單樁豎向靜載試驗(yàn)異常處理

該項(xiàng)目通過現(xiàn)場對G-81#樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)的沉降數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對該樁沉降數(shù)據(jù)異常處理如下。

1）施工單位：根據(jù)本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)檢測的樁號為編號G-81#樁，經(jīng)查看地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，G-81#樁接近于地勘資料，結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，該G-81#樁已進(jìn)入砂礫持力層，深度為5.08 m，考慮本工程設(shè)計(jì)樁基是摩擦型，以樁頂標(biāo)高控制為主，貫入度控制為輔的情況，其砂礫層作持力層，按施工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)施工過程中，像這樣的摩擦樁，樁機(jī)14 t錘，落距50 cm，快到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高約1 m的樁長，每錘貫入度約1～2 cm。按設(shè)計(jì)要求情況來確定，現(xiàn)場施工的樁長和樁入持力層深度復(fù)合并滿足設(shè)計(jì)要求。

2）監(jiān)理單位：根據(jù)現(xiàn)場的施工旁站和其記錄，再結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告中查看的結(jié)果，與其施工單位匯報(bào)的情況一致，請建設(shè)單位、地勘單位、設(shè)計(jì)單位確定后期施工的質(zhì)量。

3）建設(shè)單位：分析G-81#樁現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)后可知，該樁單樁豎向抗壓承載力加載至第九級1 980 kN時(shí)本級沉降量為40.54 mm。達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%，不滿足設(shè)計(jì)值及其規(guī)范要求，針對該情況請地勘單位和設(shè)計(jì)單位提出處理方案。

4）地勘單位：再以地勘報(bào)告中顯示和結(jié)合原勘探施工過程中鉆孔取樣的情況，該樁部位的底部位可能存在局部地質(zhì)土層突變的情況或地質(zhì)中存在有夾層情況，以致樁身還沒有貫穿砂礫層表層或?qū)嶋H進(jìn)入持力層深度不夠才導(dǎo)致的檢測不合格情況，建議加接樁進(jìn)行復(fù)打，接樁的長度不宜小于2.0～3.0 m，后再重新進(jìn)行靜載檢測，同時(shí)在該地質(zhì)剖面區(qū)域繼續(xù)做一根樁的靜載檢測，看檢測數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計(jì)要求，且主要看復(fù)打的G-81#樁的第二次檢測是否合格，如加接樁檢測合格的話，后期未施工的樁長按該G-81#樁加長的長度施工。

5）設(shè)計(jì)單位：根據(jù)地勘資料，由于土層突變及現(xiàn)場施工對軟弱下臥層意識不足等原因，施工樁過長已接近其下軟弱下臥層導(dǎo)致單樁承載力檢測不合格。鑒于原設(shè)計(jì)樁端持力層礫砂厚度不確定因素較大，結(jié)合G-81＃樁的復(fù)打情況。未打樁樁端持力層更改為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，樁端進(jìn)入持力層不得小于0.5 m。請施工時(shí)結(jié)合附近地勘鉆孔預(yù)估實(shí)施，并注意貫入度，有異常情況及時(shí)反饋。

6）檢測單位：通過先對項(xiàng)目上基樁進(jìn)行樁身完整性低應(yīng)變法檢測，發(fā)現(xiàn)部分樁底反射波存在異常，選擇波形異常的樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，得出的沉降數(shù)據(jù)也存在異常，不滿足設(shè)計(jì)要求。建議對樁底反射波存在異常的樁進(jìn)行接樁復(fù)打，再通過五方責(zé)任主體單位共同協(xié)商及隨機(jī)選取基樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)。后續(xù)根據(jù)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)沉降數(shù)據(jù)結(jié)果再進(jìn)行進(jìn)一步協(xié)商。

4? 結(jié)論

通過該工程的案例分析得出：高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，嚴(yán)格控制貫入度及有效樁長，確保施工質(zhì)量，單方面控制極易發(fā)生質(zhì)量不合格等情況。在對基樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)之前，需要采用低應(yīng)變法檢測樁身完整及樁底反射波的初步數(shù)據(jù)，針對樁底反射波異常的樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，可以對沉降數(shù)據(jù)異常的樁做出準(zhǔn)確分析及處理，能夠有效控制基樁的工程質(zhì)量安全，及時(shí)挽回施工過程中的經(jīng)濟(jì)損失，保障樁基礎(chǔ)工程的可靠性及安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭妙芳.某項(xiàng)目軟土地基樁基事故分析及處理[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2018.

[2] 顧渭建，南岳華，陳杰.鉆孔壓漿樁在高層建筑中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，1996（6）：31-35.

[3] 唐建月.預(yù)應(yīng)力管樁靜載曲線異常分析及處理意見[J].四川水泥，2019（4）：312.

[4] 許永有，曾寶祥.PHC管樁靜載抗壓試驗(yàn)異常沉降原因分析及處理[J].福建建筑，2010（2）：82-84.

[5] 薛國杰，邵晶晶.預(yù)應(yīng)力管樁靜載荷試驗(yàn)異常沉降的原因及處理[J].山西建筑，2009，35（4）：157-158.

[6] 中國建筑科學(xué)研究院.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7] 中國建筑科學(xué)研究院.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范：JGJ 106—2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[8] 福建省建筑科學(xué)研究院，福州建工（集團(tuán)）總公司.建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范：JGJ 340—2015[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.