崔 偉

（1.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031；2.綠色建筑與裝配式建造安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)城市建設(shè)愈發(fā)重視，樁基礎(chǔ)作為一種可以有效減少建筑物沉降和提高地基基礎(chǔ)承載力的基礎(chǔ)形式，其應(yīng)用也越來越多。準(zhǔn)確的預(yù)估單樁豎向抗壓承載力一直是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題，目前確定單樁極限承載力的方法主要有靜載試驗(yàn)方法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法和動(dòng)力測(cè)試方法等。而基樁靜載試驗(yàn)法作為一種原位試驗(yàn)方法，一直被公認(rèn)為是最直接可靠的方法。影響基樁靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素主要有初始預(yù)壓加載值、加卸載速度、加卸載的分級(jí)以及加卸載過程中壓重反力平臺(tái)產(chǎn)生的地基變形等因素。

基樁靜載荷試驗(yàn)時(shí)，量測(cè)基樁樁頂沉降量的常規(guī)方法：在試驗(yàn)樁的樁頂以下200mm的位置對(duì)稱設(shè)置2個(gè)或4個(gè)百分表，百分表的位移量測(cè)端支承在試驗(yàn)樁上，另一端則固定于基準(zhǔn)梁，基準(zhǔn)梁支承于基準(zhǔn)樁之上[1，2]。根據(jù)文獻(xiàn)[3～5]，在基樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)開始之前，如圖1所示，所有堆重荷載一次性堆載于壓重平臺(tái)之上，此時(shí)堆載支墩墩基承受全部堆載平臺(tái)的荷載，支墩對(duì)其周邊地基土產(chǎn)生了最大的沉降值；隨著靜載荷試驗(yàn)不斷分級(jí)加載，試驗(yàn)樁樁頂承受千斤頂加載值的不斷增大，隨著越來越多荷載分配與樁頂之上，支墩所受荷載隨之不斷減小。在這個(gè)分級(jí)加載過程中，隨著試驗(yàn)樁受荷的增大，支墩受荷的減小，試驗(yàn)樁對(duì)其周邊地基土產(chǎn)生的位移場(chǎng)影響范圍和大小不斷增大，反之支墩對(duì)3倍墩寬深度和寬度范圍內(nèi)的地基土內(nèi)產(chǎn)生的位移場(chǎng)影響范圍和大小應(yīng)不斷恢復(fù)，可見基準(zhǔn)樁產(chǎn)生的豎向變形為這兩個(gè)位移場(chǎng)在某點(diǎn)處的具體疊加。而基準(zhǔn)梁支承于基準(zhǔn)樁之上，基準(zhǔn)樁的豎向位移同步傳遞到基準(zhǔn)梁上，產(chǎn)生固定于基準(zhǔn)梁上的百分表觀測(cè)的豎向位移發(fā)生變化，造成同等荷載下，測(cè)得的樁頂沉降值偏大，從而可能影響基樁極限荷載的正確取值，并且對(duì)于基樁沉降控制要求較高的工程項(xiàng)目，容易引起較大誤差。

圖1 靜載荷試驗(yàn)壓重平臺(tái)反力裝置示意圖

基樁大噸位靜載試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常受設(shè)備尺寸和能力的制約，同時(shí)想保持較小的支墩接地壓力，試樁中心、基準(zhǔn)樁和壓重平臺(tái)支墩邊三者之間的距離往往很難滿足規(guī)范中不小于4D的要求，加長(zhǎng)基準(zhǔn)樁又會(huì)受到剛度、運(yùn)輸和氣候環(huán)境的影響，因此對(duì)加載中壓重平臺(tái)引起的地表位移進(jìn)行分析和研究，確定靜載試驗(yàn)加載過程中壓重平臺(tái)引起的試驗(yàn)誤差大小以及影響范圍，進(jìn)而可對(duì)樁頂沉降值進(jìn)行修正以得到更為準(zhǔn)確的樁頂沉降值，十分具有工程實(shí)用價(jià)值。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 工程概況

工程地質(zhì)條件概況為：①-1層為雜填土，褐色為主，以黏性土為主，局部夾少量淤泥質(zhì)土,具有高壓縮性和濕陷性,層厚1.50～4.80m。①-2層：淤泥質(zhì)雜填土，褐灰、褐灰色，具有高壓縮性和濕陷性，層厚4.00～4.30m；②層：黏土，褐黃、棕黃色，硬塑，層底標(biāo)高6.18～13.68m。③層：黃褐、褐黃色，飽和，粉砂呈稍密～中密狀態(tài)，層厚14.90～21.80m。④層:全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：棕黃、灰黃、灰白、棕紅色，風(fēng)化成砂土狀，泥質(zhì)膠結(jié)層厚8.10～10.70m。⑤層:強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：棕紅色，碎塊狀為主，泥質(zhì)膠結(jié)，層厚1.70～4.20m。⑥層:中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,棕紅色，短柱狀-長(zhǎng)柱狀，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較好,巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，巖體完整程度為較破碎,揭露最大層厚5.30m。工程基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，試驗(yàn)樁樁徑 D為1100 mm，樁長(zhǎng)40.0 m，承載力特征值為6000 kN。

2.2 試驗(yàn)方法

本次基樁靜載試驗(yàn)的反力平臺(tái)采用壓重平臺(tái)裝置，按照慢速維持荷載法加載，預(yù)估單樁豎向抗壓極限荷載值為12000 kN，加載分級(jí)值為單樁豎向抗壓極限荷載值的1/10，第一級(jí)荷載按2倍荷載分級(jí)加載。壓重平臺(tái)支墩邊距離基準(zhǔn)樁和試樁中心的距離滿足規(guī)范[2]要求，試驗(yàn)采用液壓千斤頂分級(jí)自動(dòng)加載。

為確定加載過程中壓重反力平臺(tái)對(duì)樁頂沉降測(cè)量值的影響，試驗(yàn)分別采用精密水準(zhǔn)儀[7]和百分表基準(zhǔn)梁兩套相互獨(dú)立的位移量測(cè)系統(tǒng)來量測(cè)樁頂位移量。百分表基準(zhǔn)梁量測(cè)系統(tǒng)作為規(guī)范要求的基樁靜載試驗(yàn)方法測(cè)量樁頂沉降，精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)則用來量測(cè)支墩周邊地基豎向變形量和樁頂沉降值。將沉降觀測(cè)釘從側(cè)面植入樁頂以下20cm的位置，作為精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)的前視尺。在壓重平臺(tái)30D（其中D為試樁直徑）處設(shè)置后視尺，以減少地基變形對(duì)量測(cè)結(jié)果的影響，精密水準(zhǔn)儀也架設(shè)在壓重反力平臺(tái)對(duì)地基變形的影響范圍之外。然后在壓重反力平臺(tái)的支墩中軸線上，且距試樁距離為1D、2D、4 D、6D、8D和10D處設(shè)置6個(gè)位移觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)埋置深度與百分表基準(zhǔn)樁深度相同，其中4 D位置處也為基準(zhǔn)樁埋設(shè)位置，各豎向位移觀測(cè)點(diǎn)的平面位置如圖2所示。

圖2 位移觀測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖

靜載試驗(yàn)壓重平臺(tái)尺寸為12 m×10m，單側(cè)壓重反力平臺(tái)支墩基底尺寸為3m×12 m，壓重平臺(tái)總重量14400 kN，支墩基底初始?jí)毫?00kPa。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

①本次試驗(yàn)采用兩套位移量測(cè)系統(tǒng)得出的試驗(yàn)樁樁頂荷載Q—樁頂沉降s關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 樁頂荷載Q—沉降s曲線

本次試驗(yàn)可認(rèn)為精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)基本不受壓重平臺(tái)的影響，量測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，由圖3可知，當(dāng)加載至最大荷載級(jí)別時(shí)，百分表基準(zhǔn)樁量測(cè)的樁頂沉降值比精密水準(zhǔn)儀量測(cè)的樁頂沉降大5.33 mm，以精密水準(zhǔn)儀測(cè)量的樁頂沉降為準(zhǔn)確值，誤差占樁頂總沉降值的42.7%，誤差較大，已經(jīng)影響靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，即百分表基準(zhǔn)樁量測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的樁頂沉降值偏大42.7%。

②精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)的距離試樁中心1D、2D、4D、6D、8D和10D的地基豎向變形在加載過程的變化情況見圖5，最大荷載下不同距離處的地基土體位移占精密水準(zhǔn)儀測(cè)量的樁頂沉降值的比例見圖4所示。

圖4 最大荷載下各點(diǎn)地基土體位移占樁頂沉降的比例曲線

圖5 距試樁中心不同距離處地基土體豎向位移值

圖6 兩量測(cè)系統(tǒng)測(cè)得樁頂沉降量差值與精密水準(zhǔn)儀測(cè)得的基準(zhǔn)樁處位移值對(duì)比曲線圖

本次試驗(yàn)以地基土體豎向位移以向上（回彈）記為正值，向下（沉降）記為負(fù)值。距離試驗(yàn)樁中心1D處的地基豎向變形變化趨勢(shì)由負(fù)值變?yōu)檎担硎驹撎幫馏w首先發(fā)生向下沉降，最大沉降值為-1.21mm，隨著樁頂千斤頂試驗(yàn)加載的分級(jí)增加，支墩基底壓力逐漸減小，該處地基土體發(fā)生向上的回彈。由于液壓千斤頂對(duì)試驗(yàn)樁施加分級(jí)集中荷載加載時(shí)，試驗(yàn)樁周邊地基土體將隨樁產(chǎn)生沉降位移場(chǎng)。隨著試驗(yàn)樁受荷的增大，支墩受荷的減小，試驗(yàn)樁對(duì)其周邊地基土產(chǎn)生的位移場(chǎng)影響范圍和大小不斷增大，反之支墩對(duì)3倍墩寬深度和寬度范圍內(nèi)的地基土內(nèi)產(chǎn)生的位移場(chǎng)影響范圍和大小應(yīng)不斷恢復(fù)和回彈，由于1 D處觀測(cè)點(diǎn)與試驗(yàn)樁距離很近，試驗(yàn)樁對(duì)其周邊地基土體產(chǎn)生的沉降值要遠(yuǎn)大于由于支墩基底受力減小而產(chǎn)生的地基回彈。試驗(yàn)樁樁頂加載沉降對(duì)地基土的影響，隨著距離試驗(yàn)樁中心越遠(yuǎn)而隨之減弱，同步反之支墩基底受力逐漸減小而產(chǎn)生的地基回彈量影響逐漸加強(qiáng)，因此該處出現(xiàn)了先沉降（向下）后變?yōu)榛貜棧ㄏ蛏希┑淖兓?guī)律，2D處沉降規(guī)律也與1D類似。至距試樁中心4D位置時(shí)，試驗(yàn)樁對(duì)該處地基土體產(chǎn)生的沉降效應(yīng)已顯著小于回彈效應(yīng)，回彈（向上）的最大位移量已達(dá)5.45 mm，占樁頂總沉降量43.6%。在距試驗(yàn)樁中心6 D與8 D位置處，產(chǎn)生的豎向回彈位移值基本相同，最大回彈位移值分別為6.75 mm和6.37mm，占樁頂總沉降量的54.0%和51.0%，其位移值比4 D處要大，是因?yàn)檫@兩處離試驗(yàn)樁中心的距離比離支墩邊的距離要遠(yuǎn)，因此所受支墩基底壓力影響較大。在距試驗(yàn)樁中心10 D位置處，最大豎向回彈位移值為2.48 mm，占樁頂總沉降值的19.9%，為本次試驗(yàn)量測(cè)的最小值，這說明10D位置處地基變形受壓重反力平臺(tái)的影響較小。

③精密水準(zhǔn)儀和百分表基準(zhǔn)梁兩套系統(tǒng)測(cè)得的樁頂沉降量差值與4D處（即基準(zhǔn)樁處）量測(cè)的位移曲線圖如圖6所示。

可見，4D基準(zhǔn)樁處的位移值與兩系統(tǒng)量測(cè)的數(shù)據(jù)差值基本相同，這說明百分表量測(cè)樁頂沉降量時(shí)的誤差即為地基土體的豎向回彈位移而產(chǎn)生。由此可認(rèn)為常規(guī)的百分表基樁樁量測(cè)出的數(shù)值為樁頂沉降值與基準(zhǔn)樁處地基土體豎向回彈位移的疊加之和。基于此，提出兩種方法位移修正法：可用每級(jí)荷載下精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)測(cè)得4D處的地表變形量，對(duì)百分表測(cè)得的相應(yīng)荷載級(jí)下的樁頂位移值進(jìn)行修正，可得到更準(zhǔn)確的Q-s曲線；僅在最大荷載下用精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)4D處的地表變形一次，利用兩量測(cè)系統(tǒng)差值對(duì)百分表測(cè)得的最大荷載級(jí)下的樁頂位移值進(jìn)行修正，其余荷載級(jí)下的位移可采用線性插值修正，可得到較準(zhǔn)確的Q-s曲線。

4 結(jié)語

①在場(chǎng)地表層地基土含較厚淤泥質(zhì)土?xí)r，基樁采用大噸位堆載反力平臺(tái)載荷試驗(yàn)時(shí)，壓重平臺(tái)將引起平臺(tái)周邊地基土體豎向位移。據(jù)本次試驗(yàn)可知，最大荷載下，百分表基準(zhǔn)樁系統(tǒng)量測(cè)的樁頂沉降值比用精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的樁頂沉降值大5.33 mm，沉降值偏差較大；兩套量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)樁頂沉降量的差值與精密水準(zhǔn)儀系統(tǒng)量測(cè)的基準(zhǔn)樁處的豎向位移基本相等，說明百分表基準(zhǔn)樁量測(cè)系統(tǒng)測(cè)讀樁頂沉降量時(shí)的產(chǎn)生的誤差主要由于該處地基土體的豎向回彈位移而產(chǎn)生的，因此在表層較厚軟土場(chǎng)地，當(dāng)用壓重平臺(tái)反力裝置進(jìn)行大噸位基樁荷載試驗(yàn)時(shí)，可額外引入一套精密水準(zhǔn)儀對(duì)樁頂和基準(zhǔn)樁處的豎向變形值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以減小試驗(yàn)加卸載時(shí)壓重反力平臺(tái)產(chǎn)生的地基豎向變形對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響。

②可用每級(jí)荷載下精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)測(cè)得百分表基準(zhǔn)樁處即4D處的地表變形量，對(duì)百分表測(cè)得的相應(yīng)荷載級(jí)下的樁頂位移值進(jìn)行分級(jí)修正，可得到準(zhǔn)確的Q-s曲線；或僅在最大荷載下用精密水準(zhǔn)儀量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)4D處的地表變形一次，利用兩量測(cè)系統(tǒng)差值對(duì)百分表測(cè)得的最大荷載級(jí)下的樁頂位移值進(jìn)行修正，其余荷載級(jí)下的位移可采用線性插值修正，可得到較準(zhǔn)確的Q-s曲線。