卓燦明

（福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

單樁豎向抗壓靜載試驗是靜載試驗中的基礎項目，現(xiàn)場操作要求較高且需要多方合作完成。當前，各個檢測單位均組織展開對單樁豎向抗壓靜載試驗流程操作的探究，依托單樁豎向抗壓靜載試驗的優(yōu)化工作確定基礎樁的施工質(zhì)量與現(xiàn)實承載能力，作用明顯。因此，在基礎樁中選取試驗樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗分析，并對單樁豎向抗壓靜載試驗進行標準化設定極為重要且必要。在本研究中，主要選擇2根基礎試驗樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗，對試驗過程與要點進行說明，獲取試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，并以此為參考判斷基礎樁的設計與建設是否滿足項目需求。

1 試驗背景

某建筑工程項目結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎采用樁基礎，樁基礎采用旋挖鉆孔樁灌注樁；設計樁徑為1 000 mm；設計樁身混凝土強度為C40；設計樁端持力層為中風化凝灰熔巖，設計單樁豎向抗壓承載力特征值為6 250 kN，該項目基樁的總施工樁數(shù)為42根。本次研究在該項目工程內(nèi)選定2根基礎試驗樁（9#樁、35#樁為基礎試驗樁），依據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106—2014）展開單樁豎向抗壓靜載試驗。

該建筑場場地土層自上而下的情況如下：①耕土：灰色、灰褐色，松散，濕，主要由黏性土組成，含有大量的植物根系及腐殖質(zhì)，層厚0．20～0．90 m。①-1素填土：灰黃色、褐黃色，松散，干～濕，主要由黏性土組成，層厚0．40～4．30 m。①-2塊石：灰色、褐黃色，松散，松散，干～濕，主要由卵石、塊石、碎石等回填組成，層厚0．40～3．60 m。②-1粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，濕，沖洪積成因，主要成分為黏、粉粒，層厚0．30～1．00 m。②卵石：灰褐色，黃灰色，稍密～密實，局部為松散，飽和，主要成分為砂卵石，骨架顆粒為卵石，層厚2．30～6．60 m。③凝灰熔巖殘積黏性土：褐灰色，褐黃色，可塑～硬塑，濕～飽和，凝灰熔巖風化殘留物，以黏粒、粉粒、石英顆粒為主，層厚1．40～3．90 m。④全風化凝灰熔巖：褐灰色、褐黃色，土狀，凝灰熔巖風化物，主要礦物成分為長石、石英，揭露厚度為1．80～5．71 m。⑤砂土狀強風化凝灰熔巖：灰白色、灰黃、褐黃色，散體狀，長石已基本風化成為黏土礦物，主要成分為黏土礦物、石英、長石及少量暗色礦物風化物，巖芯呈砂土狀，層厚2．10～5．90 m。⑥碎塊狀強風化凝灰熔巖：灰黃，褐黃色、灰白色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖礦物風化強烈，結(jié)構(gòu)清晰可辨，巖芯以碎塊狀為主，碎塊錘擊易碎，主要成分為長石、石英及暗色礦物，揭露厚度為0．57～4．39 m。⑦中風化凝灰熔巖：褐灰色，柱狀，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，以長石、石英為主，含少量云母及暗色礦物，巖石風化裂隙較發(fā)育，部分巖體被切割成巖塊，錘擊易碎，揭露厚度為4．45～6．94 m。

2 試驗設計

2.1 試驗裝置的配置

在本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗中，所投放的試驗裝置設備主要如下：1套徐州市建筑工程研究院生產(chǎn)的包含位移傳感器及壓力傳感器的全自動靜載儀、3臺上海千斤頂場出產(chǎn)的規(guī)格為6 300 kN的千斤頂、2條規(guī)格為12 000 mm×450 mm×700 mm的方形主梁、10條規(guī)格為12 000 mm×300 mm×560 mm的方形次梁，660個規(guī)格為1 600 mm×800 mm×800 mm的鋼筋混凝土配重等。在實際的檢測試驗展開前，要求針對所有的試驗裝置進行性能檢查及調(diào)試，要求所有試驗裝置均可以在整個試驗過程中正常運行；在試驗結(jié)束后，要求全面落實試驗裝置清潔，并依照相關質(zhì)量管理及技術要求歸還至指定單位部門。

2.2 試驗參數(shù)的設定

第一，測試參數(shù)。主機與數(shù)控盒組網(wǎng)；對位移傳感器進行連接，確定相應傳感器的線路是否存在損壞現(xiàn)象，要求位移傳感器的警戒值能夠始終保持在不高于50 mm的水平；嚴格依照相關要求完成千斤頂工作壓強的設定。

第二，基準樁的搭建及基準梁的構(gòu)建。要求牢固布設基準樁，并能夠為后續(xù)基準梁的架設創(chuàng)造理想條件；盡可能更深地設置基準樁，并保證符合相關要求；保證基準梁的強度達到預期，并且盡量避免振動、氣溫等外部因素的干擾。

第三，安裝位移傳感器。要求傳感器始終保持豎直安裝；牢固地將磁性表座安裝在基準梁上，盡可能地避免對本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗產(chǎn)生影響；要求在樁頭以下20 cm的位置通過引出裝置安裝位移傳感器。

2.3 試驗加載與卸載方式的確定

在本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗中，所應用的加載方式為分級加載、逐級等量的模式。提前預估基礎試驗樁的極限承載力，確定相應數(shù)據(jù)的1/10為分級荷載數(shù)據(jù)，且在針對基礎試驗樁落實第一級荷載的加設時，設定此時投放的荷載為后續(xù)分級荷載的2倍。實踐中，可以應用慢速維持荷載的方式落實加載，依照2倍的設計要求的承載力特征值實現(xiàn)對加載量最大值的確定，即12 500 kN；將其劃分為9級實施加載，第一級加載量以及其他各級加載量分別設定為2 500 kN、1 250 kN。所應用的卸載方式為分級卸載的模式，設定分級荷載數(shù)據(jù)的2倍為單級卸載量，即2 500 kN。在整個荷載施加與卸除過程中，要求荷載可以在加載與卸載過程中持續(xù)且均勻地傳遞，合理控制單級荷載的變化幅度，保證其始終合理可控，其可以持續(xù)保持在±10%分級荷載的范圍內(nèi)。

2.4 終止加載條件的設定

在本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗中，所設定的終止加載條件如下。

第一，在某一級荷載的作用下，基礎試驗樁的樁頂沉降量達到了前一級加載所得到樁頂沉降量數(shù)值的5倍及以上時；在基礎試驗樁的樁頂沉降穩(wěn)定后且總沉降量適中保持在低于40 mm的水平時，需要加載至樁頂，總沉降量不低于40 mm，此時要求停止加載[1]。

第二，在某一級荷載的作用下，基礎試驗樁的樁頂沉降量達到了前一級加載所得到樁頂沉降量數(shù)值的2倍，并且在持續(xù)24 h后依然沒有達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時要求停止加載。

第三，在已經(jīng)達到設計要求的最大加載量后，要求停止加載。

第四，在荷載-沉降曲線表現(xiàn)出緩慢變化的狀態(tài)下，可以加載至基礎試驗樁的樁頂沉降量為60～80 mm的水平且在加載至樁頂所得到的累計沉降量不低于80 mm時，可以在特殊條件下組織加載的終止。

2.5 檢測數(shù)據(jù)的分析與判定

當荷載發(fā)生變化時，基礎試驗樁的樁頂沉降量也會隨之發(fā)生改變，以此為特征與規(guī)律能夠完成基礎試驗樁的Q-s曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎試驗樁的樁頂沉降量與荷載之間存在對應關系。一般情況下，Q-s曲線包含在陡降型曲線的范圍內(nèi)，所以要求在發(fā)生明顯陡降的起始點位置落實荷載值的提取。當發(fā)生時間變化時，基礎試驗樁的樁頂沉降量也會隨之發(fā)生改變，以此為特征與規(guī)律能夠完成基礎試驗樁的s-lgt曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎試驗樁的樁頂沉降量與時間之間存在對應關系。實踐中，可以在s-lgt曲線的尾部發(fā)生顯著性下彎變化的前一級荷載位置，完成荷載值的獲取。

結(jié)合沉降量，緩變形Q-s曲線的荷載值可以設定為40 mm（使用s進行表達）；對于基礎試驗樁的樁身彈性壓縮量而言，需要在基礎試驗樁的樁長不低于40 m的條件下做出考量；當基礎試驗樁的樁徑保持在不低于80 mm的條件下，可以將s的數(shù)值設定為0．05 D（使用D表示基礎試驗樁的樁端直徑）所對應的荷載值[2]。

3 試驗過程與結(jié)果分析

3.1 試驗原理及現(xiàn)場檢測

（1）試驗原理。針對選定的基礎試驗樁，在其樁頂位置逐級施加軸向壓力，并同時落實對相應基礎試驗樁的樁頂沉降量實時性觀察，以此為基礎完成該基礎試驗樁的Q-s曲線的繪制，利用圖像表示出該基礎試驗樁的樁頂沉降量與荷載之間存在的對應關系。在整個試驗期間，確定試驗荷載最大值時所使用的計算公式主要如下：

其中，試驗荷載最大值使用Q進行表達，單位為kN；設計要求檢測單樁承載力特征值使用Ra進行表達，單位為kN[3]。結(jié)合公式（1），在確定出試驗荷載最大值的條件下，也可以反向推導計算出設計要求檢測單樁承載力特征值。

（2）現(xiàn)場檢測的工作內(nèi)容。針對該項目的施工建設現(xiàn)場進行實地勘察，完成現(xiàn)場合理布置，確定試驗點，并結(jié)合試驗點位置及現(xiàn)實試驗時需要落實儀器安裝和后續(xù)拆卸；確定觀測點、設置觀測設施；校正觀測儀器；組織加荷，并在實際加荷期間完成實時性觀測及數(shù)據(jù)結(jié)果記錄；整理單樁豎向抗壓靜載試驗資料數(shù)據(jù)，以此為基礎進行各項參數(shù)的計算及圖表繪制；落實單樁豎向抗壓靜載試驗試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，完成單樁豎向抗壓靜載試驗報告的編寫，由此生成正式的單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果與結(jié)論。

（3）現(xiàn)場檢測的程序設定。在本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗中，所設定的現(xiàn)場檢測的程序如下：第一，觀測沉降。分10級展開逐級加載，在施加每一級荷載后的5 min、15 min、30 min、45 min及60 min條件下，均落實一次對樁頂沉降量的檢測與數(shù)據(jù)獲取，然后每間隔30 min進行一次樁頂沉降量的檢測與讀數(shù)即可[4]。第二，結(jié)合相關標準確定基礎試驗樁沉降情況?；A試驗樁沉降相對穩(wěn)定標準為樁頂沉降量保持在每小時0．1 mm的范圍內(nèi)，并且連續(xù)兩次讀數(shù)均滿足相應要求。第三，荷載逐級施加。在進行后續(xù)一級荷載的施加之前，要求樁頂沉降速率保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)。第四，卸載。此時要求每一級荷載要維持至少1 h；在完成單級荷載的卸載后，需要在15 min、30 min、60 min時展開一次樁頂沉降量的測量及讀數(shù)，然后可組織展開后續(xù)一級荷載的卸除；在卸載至0級后，讀取樁頂殘余沉降量數(shù)據(jù)，時間要求保持在3 h以上，此時所設定的讀數(shù)時間為15 min、30 min，隨后按照每間隔30 min進行一次讀數(shù)的頻率完成樁頂殘余沉降量的測讀。結(jié)合整個過程中獲取到的數(shù)據(jù)信息，完成基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果與結(jié)論的確定。

3.2 試驗結(jié)果分析

（1）檢測試驗數(shù)據(jù)及分析。在本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗中，所得到數(shù)據(jù)結(jié)果如下：樁號9#的基礎試驗樁現(xiàn)實樁徑為1 000 mm，樁長為15．39 m，最大試驗荷載設定12 500 kN，獲取到的最大沉降為27．03 mm，回彈約12．63 mm，殘余變形為14．40 mm，檢測日期為成樁后的33天，回彈率約46．73%；35#的基礎試驗樁現(xiàn)實樁徑為1 000 mm，樁長為16．55 m，最大試驗荷載設定為12 500 kN，獲取到的最大沉降為29．40 mm，回彈約18．60 mm，殘余變形為10．80 mm，檢測日期為成樁后的39天，回彈率約63．27%。實踐中，主要針對9#樁，樁徑為1 000 mm，樁長為15．39 m；35#樁，樁徑為1 000 mm，樁長為16．55 m；對2根基礎試驗樁進行檢測，設定并施加10個等級的荷載。檢測結(jié)果表明，基礎試驗樁的沉降量始終維持在低于40 mm的水平，繪制Q-s曲線（圖1），能夠看出，該曲線表現(xiàn)出緩慢變形的狀態(tài)，并沒有出現(xiàn)極限荷載的陡降段；依照試驗荷載最大值對該基礎試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力進行確定，可以判斷出該基礎試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力保持在不低于12 500 kN的水平。結(jié)合這一數(shù)據(jù)及前文所述的計算公式（利用Q反向推算出Ra），能夠確定出該基礎試驗樁的單樁豎向抗壓承載力特征值保持在不低于6 250 kN的水平。

圖1 Q-s曲線

（2）試驗關系曲線。結(jié)合整個抗壓試驗中所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，能夠完成Q-s曲線的繪制（圖1），利用圖像表示出該基礎試驗樁的樁頂沉降量與荷載之間存在的對應關系。同時，需要進一步完成s-lgt曲線的繪制（圖2），利用圖像表示出該基礎試驗樁的樁頂沉降量與時間之間存在的對應關系，以此為基礎綜合完成本次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)論的確定。

圖2 s-lgt曲線

（3）檢驗結(jié)論。本工程項目中進行的單次基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)論如下：選定基礎試驗樁的單樁豎向抗壓靜載試驗對象為工程中9#、35#（共2根）基礎試驗樁，檢測發(fā)現(xiàn)其豎向抗壓承載力特征值均保持在不低于6 250 kN的水平，滿足該工程項目的設計要求；觀察Q-s曲線發(fā)現(xiàn)，在荷載達到2 500 kN的條件下，該次基礎試驗樁的樁頂沉降量的變化幅度均更大（曲線較陡），而在荷載維持在2 500～8 750 kN范圍內(nèi)時，該次基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度均減緩（曲線緩和），在荷載超過8 750 kN以后，該基礎試驗樁的樁頂沉降量均顯著下降；觀察對應s-lgt曲線發(fā)現(xiàn)，9#樁在荷載施加時間達到30 min之前，整個曲線相對緩和，表示該基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度較小，而在荷載施加時間超過30 min后，整個曲線徒然變陡，該基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度增大；35#樁在荷載施加時間達到60 min之前，整個曲線相對緩和，表示該基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度較小，而在荷載施加時間超過60 min后，整個曲線徒然變陡，該基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度增大。

4 結(jié)語

綜上所述，單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果表明：設定的基礎試驗樁豎向抗壓承載力特征值保持在不低于6 250 kN的水平，滿足該工程項目的設計要求；在荷載維持在2 500～8 750 kN范圍時，該基礎試驗樁的樁頂沉降量變化幅度減緩。在建筑工程的基礎樁施工中，參考本試驗選取的基礎試驗樁的施工參數(shù)與技術操作，能夠達到整個基礎樁施工質(zhì)量提升的效果，降低基礎樁大幅沉降問題的發(fā)生概率。在本次試驗中，主要選取了2根基礎樁作為試驗樁，數(shù)量相對較少?；诖耍瑸榍袑嵦岣咴囼灲Y(jié)果的科學性與代表性，應當在后續(xù)的研究與試驗中選取更多的基礎樁展開單樁豎向抗壓靜載試驗，進一步驗證試驗結(jié)論。