浅谈单桩竖向抗压承载力检测方法的适用性

左承龙，和秋田

（1.沧州百丰房地产开发有限公司 河北省沧州市高新技术产业开发区吉林大道西侧18号 061000；2.河北天昕建设集团有限公司，河北省沧州市交通大街100号，061000）

近年来，随着我国工程建设的蓬勃发展，在桥梁、高层建筑、港口码头等工程中大量采用桩基础，桩基已成为我国工程建设中非常重要的一种基础形式。对工程质量而言，检测桩基承载力是否满足设计要求尤为重要。

文中着重介绍三种桩基承载力检测方法，通过参建北京地铁14号线工程实践中了解的一些情况对比分析三种桩基承载力检测方法的适用性。

北京地铁14号线是北京市轨道交通线网中一条连接东北、西南方向的轨道交通“L”型骨干线，其定位为大运量等级的线路，既服务于中心城中心地区，同时服务于外围的边缘集团，起兼顾交通疏解和引导发展的功能。北京地铁14号线工程01标位于丰台区，为高架桥梁结构形式，起点桩号K0＋156.5，终点桩号K4＋735.055，总长约4.58 k m。其中包括起点—张郭庄站、张郭庄站、张郭庄站—园博园站、园博园站、园博园站—大瓦窑站五个单位工程。高架区间上部结构主要形式为现浇箱梁，下部结构采用桩基础接承台接墩柱形式；车站主体框架结构，基础为钻孔灌注桩。钻孔灌注桩，直径分为1.0 m，1.2 m，1.5 m三种，钻孔灌注桩共计1200根。根据文献［1］及设计规定，单桩竖向抗压承载力检测数量为20根。

1 按静载试验法确定单桩竖向抗压承载力

单桩竖向抗压静载试验是模拟单桩实际竖向受力工作状况，试验目的是确定单桩竖向承载力值。试验中，采用压重平台作为反力装置，由千斤顶、油泵和压力传感器组成的加压系统对桩顶施加竖向荷载，位移传感器或百分表测定荷载作用下桩顶随时间变化的沉降量。整个过程由静力载荷测试仪进行控制。在加荷过程中，同时采用高精密压力表校核荷载值。根据试验数据及成果曲线，按相应规范标准确定单桩竖向极限承载力值。单桩竖向抗压静载试验装置示意如图1所示。

图1 静载试验示意图

以北京地铁14号线工程01标张郭庄站为例介绍静载试验法检测单桩竖向抗压极限承载力。北京地铁14号线张郭庄站是一座侧式高架站，车站主体结构为三层全现浇钢筋混凝土框架结构。基础为钻孔灌注桩承台基础。根据规范及设计要求，共检测3根试验桩，桩径1.0 m，均为端承摩擦桩。试验桩1、试验桩2，桩长20 m，设计单桩竖向极限承载力参考值不小于4200 k N，试验桩3长25 m，设计单桩竖向极限承载力参考值不小于5800 k N。

（1）试验仪器采用JCQ－503 A型全自动静载荷测试仪，反力系统采用压重平台反力法。试验加荷采用慢速维持荷载法。

（2）试验桩1、试验桩2：拟定试验最大加载值8 400 k N，分10级进行加载，每级加载后，第1个小时内按第5，15，30，45，60 min各测读一次桩顶沉降量，以后每隔30 min测读一次，试验过程中，加载至5 880 k N级时，s－lg t曲线发生明显向下弯曲现象，判断其前一级5 040 k N为该桩的单桩竖向抗压极限承载力值。

（3）试验桩3：拟定试验最大加载值为11 600 k N，分10级进行加载，每级加载后，第1个小时内按第5，15，30，45，60 min各测读一次桩顶沉降量，以后每隔30 min测读一次，试验过程中，加载至8 182 k N级时，s－lg t曲线发生明显向下弯曲现象，判断其前一级6 960 k N为该桩的单桩竖向抗压极限承载力值。

（4）检测结果表明试验桩1、试验桩2、试验桩3满足设计所提出的单桩竖向极限承载力最小参考值要求。

2 按高应变法确定单桩竖向抗压承载力

高应变动力试桩的基本原理：用一定重量的自由落锤或打桩锤锤击桩顶，在桩顶安装力传感器和速度传感器，实测力波曲线和速度波曲线，用其中任一实测曲线作为边界条件，假定桩、土参数，输入到计算机程序中，计算另一实测曲线，通过计算曲线和实测曲线的反复比较、迭代，不断修改源输入的假定参数直到计算值与实测值基本拟合为止。在实测曲线拟合法中，我们可以根据实测曲线所揭示的桩土体系的信息，应用各种数学、力学的方法来更加准确和更切合实际的查清其问题，通过波动理论分析，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。往往高应变法拟合分析得到的承载力和静载试桩结果差异较大，需要静载试验法所得数据进行比较修正。高应变动力试桩示意图如图2所示。

图2 高应变动力试桩示意图

3 按自平衡法确定单桩竖向抗压承载力

自平衡试桩法是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的试验方法。其主要装置是一种特制的荷载箱，它与钢筋笼连接而安置于桩身下部。试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至破坏。将桩侧土摩阻力与桩底土阻力迭加而得到单桩抗压承载力，其测试原理如图3所示。

3.1 自平衡测桩法具有许多优点

1）装置简单，不占用地、不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架；试验时十分安全，无污染；

2）利用桩的侧阻与端阻互为反力，直接测得桩侧阻力与端阻力；

3）试桩准备工作省时省力；

4）试验费用较省，与传统方法相比可节省试验费约30%～40%，具体比例视桩与地质条件而定；

5）试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用输压管对桩底进行压力灌浆；

6）在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等情况下，该法更显示其优越性。

图3 测试原理图

3.2 由于自平衡法检测影响桩身质量的问题

1）荷载箱将桩钢筋截断。

2）荷载箱对桩身混凝土质量有影响。

4 周期费用分析

以北京地铁14号线工程01标工程为例，对三种试验方法所需时间及费用分析如下：

1）按静载试验法确定单桩竖向抗压承载力所需时间为：单桩试验期约7天，20根桩共计140天；所需费用为：单桩试验费用根据市场价格约计20万元，20根桩共计400万元。

2）按高应变法确定单桩竖向抗压承载力所需时间为：单桩试验期约3天，20根桩共计约60天；所需费用为：单桩试验费用根据市场价格约计15万元，因需静载试验数据对比，故20根桩共计约325万元（五个单位工程各做一处静载试验，其余用高应变检测）。

3）按自平衡法确定单桩竖向抗压承载力所需时间为：单桩试验期约2天，20根桩共计40天；所需费用为：单桩试验费用根据市场价格约计10万元，20根桩共计200万元。

5 结束语

桩基的质量最终表现在承载力上，静荷载试验无疑是最客观的桩基检测方法，但因它是有损性检测，且检测周期长、设备庞大、费用高，实际上只能是小比例抽检，而难以对桩基进行大比例的质量及承载力普查。近年发展起来的高应变动力测桩（PDA）比之静载试验是轻便了一些，并缩短了检测的周期，其承载力的测算也得到认可，但根据规范也只抽检5%，且应具有现场实测经验和本地区相近条件下的可靠对比验证资料，需要有堆载法静载试验资料进行对比。可见仍是一种因其设备庞大、费用昂贵而不能成为桩基础质量监督的“威摄性”仪器。自平衡测桩法装置简单、工期较短、费用较低，但在桩身荷载箱处有一缺陷，不易在工程桩上使用。试验机理与桩基实际工作状况不一致，桩基承载力判定有误差，且不易确定。

通过对北京地铁14号线工程01标工程单桩竖向抗压承载力检测原理、周期、费用、缺陷等数据分析，以上三种桩基承载力检测方法在适用性上都存在一定的缺陷。由于国家加大对基础设施的建设力度，为了保证在较短的施工工期内高标准、高技术要求完成工程建设，需要我们在不断完善现有检测手段的同时，学习借鉴国外的先进检测技术，引进和研制适合我国情况的一种具有高严谨性、周期短、费用低的全面性的一种试验方法，为我国桩基工程的向前发展，提供可靠保障。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 106－2014建筑基桩检测技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

［2］ 中国建筑科学院.JGJ 94－2008建筑桩基技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］ 周明星.基桩承载力检测技术与发展现状［J］.桥梁建设，1998（3）：37－39.