訾平華

(鐵道第三勘測設(shè)計院集團有限公司巖土工程總公司，天津　300142)

1　單樁豎向抗壓承載的目的

單樁豎向抗壓靜載試驗的主要目的是確定樁基豎向抗壓承載力。不同情況下的靜載試驗，其目的有所不同，一般有以下幾種情況[3]：

①為設(shè)計提供依據(jù)。

②為工程驗收提供依據(jù)。

③驗證檢測。

④其他目的。

本文所列舉的實例，主要為針對第一和第二種情況下進行的靜載試驗，其目的是通過試驗，最大程度地模擬出抗壓樁實際工作條件下的承載能力。因此，要求試驗樁必須具有代表性，從地質(zhì)條件、樁型尺寸、成樁工藝、成樁質(zhì)量都應(yīng)與它所要代表的樁具有較好的一致性。

2　單樁豎向抗壓承載的基本理論

2.1　豎向抗壓樁的樁土荷載傳遞

對單樁來說，樁頂豎向荷載由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力承受。當樁頂受到豎向荷載作用時，樁相對樁側(cè)土來說有向下移動的趨勢，因而樁側(cè)土對樁產(chǎn)生向上的摩阻力。同時，樁側(cè)土受到樁傳來的荷載，并以剪應(yīng)力的形式向土中擴散。當作用荷載相對較小，且樁的長徑比相對較大時，由于樁體受力后產(chǎn)生壓縮變形，樁土間的相對位移和樁土摩阻力主要發(fā)生在樁的上部；隨著樁頂荷載的增加，樁土之間的相對位移增大，并向深部發(fā)展，樁側(cè)摩阻力也隨之變大；荷載和樁土之間相對位移繼續(xù)增大，在樁的上部樁土摩阻力達到峰值，加之軟化型土的摩阻力開始降低，樁土相對位移傳到樁底，樁端土對樁產(chǎn)生阻力；對樁土作用控制單樁承載力的情況，荷載繼續(xù)增大，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力相繼達到極限，整樁達到承載力極限狀態(tài)[1]。

2.2　靜載試驗的破壞模式

靜載試驗的破壞模式分為樁身結(jié)構(gòu)強度破壞和地基土的強度破壞。

樁身結(jié)構(gòu)強度破壞：樁身縮頸、離析、松散、加泥、混凝土強度低等都會造成樁身強度破壞；灌注樁樁底沉渣太厚，預(yù)制樁接頭脫節(jié)等會導(dǎo)致承載力偏低，雖然不屬于狹義的樁身破壞，但也屬于成樁質(zhì)量問題[2]。

地基土強度破壞：地基土強度破壞顯然與地基土的性質(zhì)密切相關(guān)。對于單樁豎向抗壓靜載試驗來說，土對樁的抗力分為樁側(cè)阻力和樁端阻力。對摩擦型樁，地基土破壞特征比較明顯，Q-S曲線呈“陡降型”；對于端承樁，一般Q-S曲線呈“緩變型”，地基土破壞特征不是很明顯[2]。

2.3　影響單樁豎向承載力的因素

影響單樁豎向承載力的主要因素有以下五個方面，在分析試驗成果時應(yīng)引起注意：

(1)樁周土層的性質(zhì)及分布。

(2)樁的幾何特征。

(3)成樁工藝。

(4)施工質(zhì)量。

(5)樁的休止時間。

3　實例分析

3.1　樁身混凝土離析在靜載荷試驗中的表現(xiàn)

實例：CTZ立交工程鉆孔灌注樁X2-5號樁，樁長56.0 m，樁徑1 500 mm，設(shè)計預(yù)估單樁豎向抗壓極限承載力為7 120 kN。在靜載試驗前進行了低應(yīng)變檢測，實測曲線反應(yīng)，當波速設(shè)定3 950 m/s時，在9.3 m處出現(xiàn)同向位反射信號(見圖1)。

圖1　CTZ-X2-5號樁低應(yīng)變曲線

靜載試驗加載分級進行，等量加荷，每級加載量為預(yù)估極限承載力的1/8，即890 kN。當荷載加至6 230 kN時，沉降5.79 mm，Q-S曲線呈緩變型。當荷載加至7 120 kN，歷時45 min時，沉降突然加大，由原來的6.49 mm增加至17.37 mm，之后又趨于平穩(wěn)，在歷時255 min后沉降穩(wěn)定(見圖2)。

分析：由低應(yīng)變曲線可以看出，在樁頂以下9.3 m處，樁身存在明顯缺陷，結(jié)合靜載試驗綜合分析，很可能是樁身混凝土離析。當荷載加至7 120 kN時，離析部位的混凝土強度已不能承受。于是離析部位被壓縮、擠密，出現(xiàn)沉降突然增大。之后隨著離析部位的不斷壓實，下部側(cè)摩阻及端阻發(fā)揮效力，使得沉降趨緩直至沉降穩(wěn)定。

圖2　CTZ-X2-5號樁靜載試驗曲線

3.2　樁身箍筋及混凝土強度對靜載試驗的影響

眾所周知，對于非端承樁，荷載的傳遞在樁身內(nèi)力分布上表現(xiàn)為上部最大，向下逐步減小。因此，靜載試驗對樁頭有一些特殊要求，除混凝土標號宜提高一級外，還應(yīng)增加箍筋數(shù)量。對于有送樁段的樁，也應(yīng)注意送樁段的強度滿足靜載試驗時對樁身的應(yīng)力要求。下面這個例子是由于送樁段的箍筋不夠，混凝土強度不夠，而將樁壓斷。

實例：HHHG酒店工程鉆孔灌注樁1-1號試樁，試驗樁長62 m，樁徑800 mm。該建筑地下2層，試樁樁頂高程在地面以下14.6 m。試驗在地面進行，也就是說有14.6 m的送樁段。預(yù)估單樁極限承載力為13 000 kN(包括送樁段側(cè)摩阻力)。

當荷載加至第八級8 000 kN時，在該級荷載作用下維持360 min后，樁頂突然下沉，沉降驟然增大，下沉量達10 cm以上，Q-S曲線出現(xiàn)陡降，終止試驗。根據(jù)Q-S、S-lgt、S-lgQ曲線綜合分析，該樁的單樁豎向抗壓極限承載力為7 000 kN(見圖3)。

圖3　HHHG酒店1-1號樁靜載試驗曲線

后經(jīng)低應(yīng)變檢測和開挖驗證，樁身在5 m左右斷裂。

分析：因素一，與本例同等情況的共有3根試樁，3根試樁的破壞深度都是在送樁段。后對送樁段混凝土進行取樣試驗，6個試樣有4個試樣強度低于設(shè)計值，說明送樁段的樁身混凝土是是導(dǎo)致試驗過程中樁身抗壓破壞的原因之一。因素二，通常，在灌注樁的樁頂高程下4～6 m的范圍內(nèi)(結(jié)合長細比略有不同)，箍筋都是加密的，目的是為了增加應(yīng)力敏感段樁身混凝土的側(cè)限，滿足使用的要求。在本試驗工程中，試驗樁的樁頂可以虛擬荷載的施加高程，那么在試驗高程以下4～6 m的范圍內(nèi)，箍筋應(yīng)該加密。從設(shè)計圖紙可以看出，試驗樁的該范圍內(nèi)箍筋沒有加密，試驗現(xiàn)場踏勘時，的確發(fā)現(xiàn)了破壞部位很多箍筋斷裂變形彎曲。這個因素應(yīng)該是導(dǎo)致試驗過程中樁身抗壓破壞的原因之二。

3.3　樁頭混凝土強度不足對靜載試驗的影響

實例一：某工程預(yù)應(yīng)力混凝土管樁2-2號試樁，樁長30.7 m，樁徑600 mm，預(yù)估單樁極限承載力為3 000 kN。在采用靜壓法成樁時，遇到硬層，未達到設(shè)計高程，露出部分截掉后未采取加強措施。在進行靜載荷試驗時，當荷載加至第六級1 800 kN時，沉降呈緩變型，當荷載加至第七級2 100 kN時，油壓驟減，終止試驗(見圖4)。

查看樁頭情況，發(fā)現(xiàn)樁頭破裂。

分析：該樁為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，由于截去了一段，樁身預(yù)應(yīng)力損失，并且失去了原法蘭盤的保護，施加的荷載超過了樁身混凝土所能承受的壓力，在樁身側(cè)摩阻和端阻尚未完全發(fā)揮作用時首先破壞，造成承載力不夠的假象。

圖4　2-2號樁靜載曲線

實例二：某工程后壓漿鉆孔灌注樁KYS-16號試樁，樁長39.4 m；樁徑600 mm，預(yù)估單樁極限承載力為5 150 kN，樁頭為后期制作。依據(jù)設(shè)計圖紙，樁頭制作成1.2 m×1.2 m的方樁頭，并加有三層鋼筋網(wǎng)片(見圖5)。在進行靜載荷試驗時，當荷載加至第十級4 291 kN時，沉降加大，本級沉降量已超過上一級沉降量的5倍。根據(jù)Q-S、s-lgt曲線分析，單樁豎向抗壓極限承載力為3 862 kN，不滿足設(shè)計要求(見圖6)。

圖5　KYS-16號樁樁頭設(shè)計(單位：mm)

圖6　KYS-16號樁靜載試驗曲線

開挖查看樁頭情況，發(fā)現(xiàn)樁頭已經(jīng)傾斜，分析可能是樁頭與樁身連接處產(chǎn)生了位移。開挖證實，樁頭與樁身連接處開裂，樁頭倒向一邊。

3.4　施工工藝達不到設(shè)計要求對靜載試驗的影響

實例：某工程后壓漿鉆孔灌注樁KYS-14號試樁：樁長38.5 m，樁徑600 mm，預(yù)估單樁極限承載力為5 150 kN。在進行靜載荷試驗時，當荷載加至第十級4 291 kN時，沉降加大，本級沉降量已超過上一級沉降量的5倍。根據(jù)Q-S、s-lgt曲線分析，該樁單樁極限承載力為3 862 kN，不滿足設(shè)計要求(見圖7)。

圖7　KYS-14號樁靜載試驗曲線

分析：該樁采用樁端后注漿工藝，依據(jù)后注漿工藝原理，樁端注槳后應(yīng)在樁端周圍形成一個混凝土擴大頭，壓降樁的極限荷載應(yīng)比直孔樁有很大幅度的提高[3]。為檢驗后注漿效果，在該樁兩側(cè)分別鉆了兩孔，孔深直達樁端以下4 m。從鉆孔鉆探日志描述來看，在鉆探范圍內(nèi)未明顯見有水泥灰漿，說明該樁未達到后壓漿鉆孔灌注樁條件(注漿效果差)。后依據(jù)勘察規(guī)范，計算出該樁在不考慮后壓漿情況下的極限承載力為3 842 kN，與試驗所得極限承載力基本吻合。

4　結(jié)論

單樁靜載荷試驗應(yīng)采用綜合評價法，既低應(yīng)變檢測法、超聲波測試法等與靜載荷實驗配合使用，必要時輔以鉆探抽芯法驗證樁身質(zhì)量。單樁靜載荷試驗前首先進行樁身完整檢測，一般情況，只有樁身完整的樁進行靜載荷試驗，其數(shù)據(jù)才可作為設(shè)計依據(jù)。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁頭破損后不能進行單樁靜載荷實驗，因其實驗結(jié)果失真。

對后注漿樁基工程，在樁身混凝土強度達到設(shè)計要求的條件下，承載力檢驗應(yīng)在注漿完成20 d后進行[10]。在分析實驗結(jié)果時應(yīng)結(jié)合設(shè)計工藝參數(shù)、后注漿作業(yè)記錄、特殊情況處理記錄等資料綜合考慮。采用樁端后注漿工藝的基樁靜載荷實驗，應(yīng)輔以樁端質(zhì)量鉆探驗證的測試方法。

對靜載荷實驗為后期制作的樁頭，應(yīng)滿足以下要求：樁頭頂面應(yīng)平整，樁頭中軸線與樁身上部的中軸線應(yīng)重合；直徑與形狀最好與原樁身一致；在距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)，宜用厚度為3～5 mm的鋼板圍裹或距距樁頂1.5倍樁徑范圍內(nèi)設(shè)置加密箍筋；樁頂應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片2～3層；樁頭混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級[8]，且不得低于C30[7]。有送樁段時，送樁段主筋不能減少，箍筋應(yīng)加密，混凝土灌注樁灌注混凝土時應(yīng)連續(xù)施工，確保混凝土強度和密實性要求。

[1]楊懷玉，孫樹禮，任春山.鐵路巖土工程檢測技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2011

[2]陳凡，徐天平，等.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003

[3]李德軍.樁基靜載試驗中常見問題及處理辦法[J].山西建筑，2007(21)

[4]劉明貴，佘詩剛，汪大國.樁基檢測技術(shù)指南[M].北京:科學出版社，1995

[5]李智，石健，張明輝.鉆孔灌注樁施工質(zhì)量事故及防治措施[J].北方交通，2007(3)

[6]段新勝，顧湘.樁基工程[M].北京:中國地質(zhì)大學出版社，1994

[7]JGJ 106—2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S]

[8]J10198—2002建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程[S]

[9]GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]

[10]JGJ 94—2008建筑基樁技術(shù)規(guī)范[S]