灌注桩试桩混凝土强度等级是否提高之问题分析

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(山西凯的建筑设计规划有限公司，山西 太原 030006)

引言

随着经济的快速发展，高层建筑不断涌现，灌注桩作为一种经济、安全的基础被大量采用。但是，很多设计单位在设计灌注桩时，往往要求提高试桩桩体的混凝土强度等级，有时甚至提高3～4个强度等级。这种做法普遍存在于各个设计单位中，其中也不乏一些省级设计院。经调查，全国各个地区都有这种做法，甚至一些审图机构对于未提高强度等级的设计还要求必须提高。这种现象的出现是由于对试桩的意义及规范公式的理解不很透彻造成的。本文就此问题进行探讨，供参考。

1 试桩需解决的几个问题

在弄清试桩是否需提高强度等级这一问题之前，我们需要解决以下几个问题：试桩有什么实际意义？混凝土的强度指标有哪些？计算试桩极限承载力确定强度等级时，采用的是混凝土强度的哪个指标？未提高混凝土强度等级的试桩桩头破坏的原因？确定桩体强度等级是由哪个公式决定的，是怎样确定的？强度等级低的工程桩没有发生事故是否就是安全的？如何进行公式推导证明未提高强度等级的试桩在极限值下不会损坏？

2 对试桩的几个问题的分析

2.1 试桩的意义

试桩能为设计单位及施工单位提供重要的第一手资料，也是确定基桩和地基承载力的最直接、可靠、最具有代表性的方法(静载荷试验)，其测试成果要作为工程设计和施工验收的重要依据。试桩是大量工程桩的代表，试桩结果是最终确定工程桩承载力及桩身强度最直观的依据。所以，一旦试桩提高了强度等级，则实际上已经与工程桩有所不同。试桩除了要试验桩周土体对桩的支撑是否满足要求，也要测试桩身强度是否满足要求。这就好比取两根桩，一根是钢桩，一根是木桩，打钢桩时，是周边土体先发生破坏；打木桩时，周边土体完好，而桩身先破坏。我们将木桩视为强度等级低的灌注桩，钢桩视为强度等级高的灌注桩，则不难看出，用强度等级高的桩代替强度等级低的桩，其试验结果完全有可能不同，会出现试桩承载力能够满足设计要求，而实际上工程桩达不到设计要求的情况。这就是试桩强度等级高而工程桩强度等级低的问题，尤其是提高若干强度等级时问题更为严重。所以，从试桩的意义上来看，试桩的强度等级应该与工程桩相同。

2.2 试桩混凝土强度指标的选择

混凝土的强度指标有立方体抗压强度标准值fcuk、轴心抗压强度标准值fck、轴心抗压强度设计值fc，试桩是在极限承载压力下进行数天的监测，是一个短期的荷载效应，况且极限值对应的是材料的标准值，混凝土强度指标在这种工况下应该采用轴心抗压强度标准值fck。

2.3 试桩桩头破坏的原因

在一些实际工程中提高试桩的强度等级，是因为设计人员认为在试桩过程中桩头发生了破坏，为了防止桩头破坏就要提高强度等级。但是究其原因，基本上不外乎几种情况，一种是打桩时超打不足，桩头混凝土夹杂土质较多，混凝土强度不足；另一种是过早地估计了混凝土的强度，龄期不足就开始试桩；再一种是设备承压面积较小，局部压力不够，加之没有设置钢筋加密网片和周边的钢板套箍，混凝土未受到很好的约束，致使桩头开裂。解决此类问题的方法不应该是提高混凝土强度等级，而应该从加强养护、严格控制超打长度、加强构造等方面来解决。

2.4 确定桩混凝土强度等级的方法

在桩基础规范中，确定桩混凝土强度等级的实际公式为：N≤ΨcfcAp(N为桩顶压力设计值)，确定承载力时为Nk≤R(Nk为桩顶压力标准值)。很多设计人员在设计桩时往往只是计算是否满足Nk≤R，把R特征值算得很细致，而忽略了桩身N≤ΨcfcAp的要求，往往在图纸上给出的桩身承载力特征值R超过了桩身可承受的设计值推导出的特征值R。所以，确定一根桩的强度等级要计算两次(双控)，一次为上部荷载标准值不能大于特征值R，另一次为上部荷载设计值不能大于ΨcfcAp，这两个条件都满足的情况下桩才是安全的。

2.5 强度等级低的工程桩是否安全

很多工程桩的强度等级没有试桩的高，但在使用中也没有出现问题，是因为实际的上部荷载虽然超过了ΨcfcAp推导的特征值R，但没有超过极限值，只是沉降略微加大，又达到了新的平衡，这并不代表设计就是安全的、正确的。只要安全系数K<2，就超过了规范规定的安全储备，是绝对禁止的，一旦工程出现问题，设计人员的责任非常重大。

2.6 试桩不提高混凝土强度等级的公式推导

设计人员常担心试桩不提高强度等级能否承受极限荷载Q。其实只要证明Q/Ap

Q/Ap=2R/Ap=2(N/1.35)/Ap=2(ΨcfcAp/1.35)/Ap=2(Ψcfc)/1.35

(1)

由混凝土规范可以看出，fck=1.4fc，则(1)式变为：

Q/Ap=2(ΨcfcAp/1.4/1.35)/Ap=2Ψcfck/1.35/1.4=1.058Ψcfck=(0.74～0.95)fck

(2)

由以上推导可以看出，因为Q/Ap

3 计算实例分析

取一实际工程桩进行验算。桩径为700 mm，桩面积Ap=384 650 m2，单桩特征值R=4 200 kN，极限值Q=2R=8 400 kN。N=1.35R=1.35×4 200=5 670(kN)，fc=N/Ψc/Ap=5 670 000/0.9/384 650=16.37(MPa)，初步确定桩身强度取C35(C35时fc=16.7 MPa)比较合适。再验证在极限值Q作用下桩身能否承受。

Q/Ap=8 400 000/384 650=21.83(MPa)

因C35时fck=23.4 MPa，实际计算也证实了试桩不必提高强度等级完全可以满足承载力要求。

4 结语

在设计的灌注桩试桩时，从试桩的意义上来讲，仅提高试桩的强度等级没有科学依据，不能代表工程桩的实际受力情况，还有可能造成工程桩的偏于不安全，给工程建设带来不安全隐患。从公式的推导来分析，试桩不提高强度等级也能满足极限承载力的考验；从规范条文来看，桩基规范的条文说明中对40多根桩做了实际的检验，在不提高强度等级的情况下完全不会有任何问题。所以，设计灌注桩一定要从概念上理解试桩的实际作用，不能代表工程桩实际情况的试桩没有意义。

参考文献：

[1] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] JGJ 106—2003，建筑桩基检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4] 朱丙寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.