韋文國

（廣東國宏工程檢測有限公司 廣東韶關(guān)512000）

隨著城市化進程的不斷完善，一些城市的交通樞紐建設(shè)和地下空間建設(shè)都有著較快的發(fā)展。作為城市化進程中的重要組成部分，樁基施工在項目建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在樁基施工過程中，一些新技術(shù)和新設(shè)備應(yīng)用，對于基樁的承載力檢測提出了更高的標準和要求，如何選擇合適的檢測手段，是目前有著重要研究意義的問題［1］。目前，基樁抗拔承載力檢測的自平衡試驗方法作為一種新型的樁基承載力測試方法，有著成本和時間上的應(yīng)用優(yōu)勢，對其分析有著重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

1.1 工程背景

某建筑工程一期項目主要由5 棟高層建筑組成，分別為是1#、2#、3#、4#、5#，本文主要針對3#樓的7 樁、5#樓64樁及41樁側(cè)阻力和端阻力等相關(guān)指標，采用基樁抗拔承載力檢測的自平衡試驗方法，確定出單樁抗拔承載力及其周圍土層的樁端阻力與側(cè)摩阻力。在現(xiàn)場取樣測量中，測得砂泥巖相關(guān)的物理力學性質(zhì)如下：天然抗壓強度為5.9 MPa，容重為2 510 kg∕m3，軟化系數(shù)為0.62，泊松比為0.33，飽和抗壓強度為3.6 MPa，變形模量為2 053.5 MPa，彈性模量為2 288.3 MPa，粘聚力為76 MPa，內(nèi)摩擦角為27°。

所應(yīng)用到的試驗場地其地貌為丘陵型，在試驗開始前，已做到初步整平，地形坡度范圍通常為0°～40°，現(xiàn)狀較為穩(wěn)定。其最高高程以及最低高程分別為202 m 以及187 m，高差約15 m。在場地中不存在對這一工程建設(shè)產(chǎn)生影響的地表水系。其存在的巖層層面結(jié)合較差，間距在30～60 cm 之間，存在少量間距較大的位置，實際距離為2～3 m［2］。砂泥巖界面存在泥化夾層，沒有良好的結(jié)合性，張開度為3～10 mm 圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)面較為軟弱。通過實際調(diào)查裸露巖體，發(fā)現(xiàn)在巖體中存在2 組裂隙，沒有構(gòu)造破碎帶與斷層構(gòu)造出現(xiàn)。因為在場區(qū)內(nèi)，存在的地下水形式是基巖裂隙水以及孔隙水，是大氣降水所致，由此可以斷定，在該場地內(nèi)，土壤會對鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)以及混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。

1.2 基樁抗拔承載力檢測的自平衡試驗原理

在該試驗過程中，主要是通過在樁端預(yù)埋荷載箱，并且這種荷載箱向垂直方向進行加載。在實施過程中由于整個項目樁身都會產(chǎn)生一種極限側(cè)摩阻力，所以在抗拔樁上，需要對這種阻力進行測試，才能更好地完成測驗［3］。而在樁端處，同樣也會面臨一些問題，比如樁端處無法為整個試驗提供必要的反力支撐。針對這種問題，需要通過對樁鉆深的方式進行解決。從整個抗拔試驗的過程來看，應(yīng)用到的主要設(shè)備除了需要進行預(yù)先埋設(shè)的荷載箱以外，還包括位移絲、位移傳感器、壓力機以及高壓油管等。

1.3 選取砂泥巖地層平衡點

自平衡法檢測環(huán)節(jié)，較為重要的工作是進行平衡點選取。主要的選取方法包括3種：數(shù)值模擬法、相似模擬法和經(jīng)驗法。當荷載箱在平衡點位置處時，其檢測結(jié)果才具備良好的準確性，列出公式⑴：

式中，fs為摩擦力；μs為摩擦因數(shù)，與原有試驗及研究結(jié)果相結(jié)合，取值0.72；Fx為基樁所受巖層作用力。結(jié)合式⑴、式⑵，求出樁底平衡點的實際位置情況。

1.4 選取砂泥巖地層轉(zhuǎn)換系數(shù)

根據(jù)數(shù)值模擬方法預(yù)估檢測過程，選取最終的轉(zhuǎn)換系數(shù)，極限側(cè)阻力QR實際計算公式詳見式⑶：

如圖1 所示，數(shù)值模擬結(jié)果會以幾何圖形及網(wǎng)格劃分的形式顯現(xiàn)。與工程實際相結(jié)合，基樁總高度應(yīng)為45 m，其嵌巖深度應(yīng)為5 m，進行數(shù)值模擬分析，最終得出實際轉(zhuǎn)換系數(shù)0.9，與相關(guān)技術(shù)規(guī)范相結(jié)合，最終將1.0作為實際系數(shù)。

圖1 數(shù)值模擬結(jié)果Fig.1 Numerical Simulation Results

2 試驗方法

在具體試驗原理上，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗以及規(guī)定，整個的試驗方法需要從試驗加載、卸載以及穩(wěn)定標準等多個方面，結(jié)合多個數(shù)據(jù)循序漸進地對自平衡檢驗方法進行分析。

2.1 試驗加載

首先在試驗加載上，主要采用一種慢速維持荷載法方法，利用這種方法來明確出分級荷載，而這種分級荷載的取值，一般以最大試驗荷載的1∕10最為適宜。在相應(yīng)的分級荷載達到某一標準或者是要求以后，然后再對下一級荷載進行施加，通過分級荷載的層層試驗，來保證相對穩(wěn)定［4］。

2.2 試驗卸載

卸載測回彈應(yīng)分5 級逐一進行，將預(yù)定試驗荷載（5 617 kN）的1∕5 作為各級卸載減量，待各級卸載后的荷載達到相對穩(wěn)定后，再進行下一級的卸載。

2.3 穩(wěn)定標準

受各級荷載的作用，上下部樁的位移量在單位時間（1 h）內(nèi)不應(yīng)超出0.1 mm，當連續(xù)2次位移量未超出該標準時，施加下級荷載。在本次試驗中，將27 000 kN 設(shè)置為最大荷載值，將13 500 kN 定為最大加載量［5］。實際試驗環(huán)節(jié)，通過分級加載這一方法，對基樁逐級的施加荷載，施加荷載過程中，分時間段對所發(fā)生的位移進行測量，具體時間是：5 min、15 min、30 min、45 min以及1 h，超過1 h后，每隔30 min進行一次位移的測量，試驗具體分級加載情況如下：1～9 級荷載情況分別為2 700 kN、4 050 kN、5 400 kN、6 750 kN、8 100 kN、9 450 kN、10 800 kN、12 150 kN、13 500 kN。

本試驗不涉及分級卸載操作，當施加一個級別的荷載后，觀察其位移變化速率，待相對穩(wěn)定后，進行下一荷載的施加試驗，在此過程中，對于每一級別加載發(fā)生的位移都應(yīng)詳細記錄，以便對位移變化速率穩(wěn)定性進行判斷。

2.4 加載中止的條件

首先，加載中止的第一個條件就是當荷載的總位移量超出某一范圍或者是標準以后，并且本級荷載經(jīng)過長時間的加載并沒有保持穩(wěn)定，應(yīng)該終止加載。一般這種超出范圍的標準是總位移量超出40 mm并且是上級荷載5 倍的情況［6］。其次當基樁總下沉量并沒有高出40 mm，但是荷載量卻已經(jīng)明顯超出了規(guī)定安全系數(shù)和設(shè)計值的乘積，這種情況下也需要終止加載。

3 檢測結(jié)果分析

圖2 Q-s曲線Fig.2 Q-s Curve

實際試驗檢測環(huán)節(jié)，樁體試驗位置處會因為荷載的變化而產(chǎn)生不同的位移，進而其位移量也會不斷發(fā)生變化，根據(jù)這一情況繪制出Q-s曲線，詳細如圖2所示。其中，上樁代表的是荷載箱上部樁體，而下樁代表的則是下部樁體。

對圖2 進行分析，在樁體上部荷載以及下部荷載值不斷增加的情況下，其2 個位置處的位移都出現(xiàn)了線性增加的變化，同時，上部位移與下部位移相比，下部位移較大。在試驗環(huán)節(jié)，對所有位移數(shù)據(jù)進行記錄，繪制s-lgt曲線，如圖3所示。

圖3 s-lgt曲線Fig.3 s-lgt Curve

從圖3中可以得出，在荷載不斷增大的情況下，樁體位移狀態(tài)一直趨于穩(wěn)定，1#、2#、3#三個位置處的基樁，所承受的荷載已經(jīng)達到了最大加載值，即13 500 kN，同時，上、下段的位移都處于相對穩(wěn)定標準的范圍內(nèi)［7］。根據(jù)以上條件，列出端阻力及極限側(cè)阻力計算公式，詳見式⑷：

式中：K為抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)，由于本工程地質(zhì)為巖石，因此，K=1.0；G 為上段樁總重（kN），包括自重及附加重量，若處于地下水位以下，實際要取浮重度；Ap為樁端底面積。

在式⑴中輸入最大加載值，得出極限端阻力以及極限側(cè)阻力，1#、2#、3#三個基樁存在相同的極限端阻力值［8］，均為7.64 MPa，而極限側(cè)阻力則存在不同，1#為697 kPa；2#為581 kPa；3#為748 kPa，取平均值處理，最終得出極限側(cè)阻力為675 kPa。

4 結(jié)論

綜上所述，對于樁基礎(chǔ)施工而言，其施工難度較大，技術(shù)要求較高，并且存在較為復雜的地質(zhì)變化情況。所以，在大型工程中，為保證工程質(zhì)量，應(yīng)做好樁基的檢測及驗收工作。

⑴從實際工程出發(fā)，開展靜載實驗檢測工作，將所有獲得的數(shù)據(jù)采集后，利用公式進行計算［9］，得出極限端阻力值及極限側(cè)阻力值分別為：7.64 MPa、675 kPa。

⑵對試驗結(jié)果進行分析，可以看出，基樁承受荷載為13 500 kN 時，并沒有出現(xiàn)超荷載現(xiàn)象，其樁底位置還在發(fā)生壓縮增強變化，所以，不用加大樁基長度。結(jié)果顯示，在荷載不斷增加時，樁體位移沒有發(fā)生加速變形情況，而是一直呈線性增加，可見此時樁體還可以承受一定程度的荷載壓力［10］。

⑶針對于本工程基樁承載力情況，選擇自平衡法進行檢測計算，在實際的試驗環(huán)節(jié)，由于砂泥巖的巖性特點，使其具備不同的摩擦因子，利用數(shù)值模擬的方式，做出了預(yù)先的演算處理，最終得出轉(zhuǎn)換系數(shù)［11］。從所得出的結(jié)果中可以看出，在不同巖性地層中應(yīng)用此種方法效果較好，特別是對于砂泥巖地層而言，更能準確分析出承載力情況，實踐意義較大。