CFG桩竖向抗压静载试验技术应用研究

孙 金 鑫

(甘肃公航旅工程咨询有限公司，甘肃 兰州 730030)

建筑业的飞速发展对桩基工程提出越来越高的要求，CFG桩以其良好的受力特点、成熟的施工工艺和相对低廉的造价被广泛应用于各类工业与民用建筑地基中。对于此类隐蔽工程，其施工质量的优劣将直接影响工程结构的安全性，尤其对于地质条件不良的区域，其质量和承载能力是否满足设计要求更需引起重视。CFG桩检测包括桩身完整和竖向抗压静载试验，静载试验是当前检验桩基承载力能否满足要求的最有效、最直观、最可靠的手段。通过在桩顶逐级施加持续荷载，采集记录荷载、位移与时间的关系曲线，达到分析判定桩基承载力的目的。本文以某高层住宅CFG试桩为例，对单桩静载试验过程及其数据进行分析，检验桩基承载能力是否满足设计要求，并总结试验过程中影响数据准确的问题及应对措施，为同类型桩基的静载试验提供借鉴。

1 工程概况

某住宅楼为地下2层，地上33层钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用CFG桩复合地基。依据规范要求，设计前应先进行试验桩静载试验，以验证是否满足设计要求。试桩桩长设计值为20 m，桩径0.4 m，桩身材料立方体抗压强度平均值fcu≥30.0 MPa，单桩竖向抗压极限承载力为1 560 kN。工程地质条件自上而下为：

2 CFG桩静载试验过程

为设计提供依据的试验桩静载试验，通常加载至破坏，通过试验结果分析在该地质条件下桩基的实际承载能力，并在此基础上调整设计。根据现场条件，静载试验采用堆重法、慢速维持荷载法进行，依据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范规定，同一条件下一组试验不得少于3根桩。

2.1 现场试验准备

试验开始前应先将桩头表面处理平整，用钢箍做好桩帽，防止桩头爆裂，并采用低应变对试验桩进行桩身完整性检测。静载试验反力装置采用堆重法，整个系统由反力钢梁、液压千斤顶、高压油路和静载数据采集仪组成，沉降测量由安装在桩头附近4个传感器读取。系统构成如图1所示。

2.2 荷载分级

本次试桩单桩竖向抗压极限承载力为1 560 kN，依据设计要求，试验加载至CFG桩破坏为止，单桩静载荷试验最大加载量为单桩极限承载力的1.2倍，即1 872 kN。试桩前应首先进行荷载分级，每级加载量为最大值的1/10～1/12，首级合并，加载值大小为每级加载值的2倍。加载分级见表1。卸载过程应按分级加载值的2倍逐级卸荷。

表1 试验桩竖向抗压静载试验加载分级表

2.3 数据测读

沉降测读值由仪器自动记录，每级荷载施加后按第5 min,10 min,15 min时各测读一次，以后每隔15 min测读一次，累计1 h后每隔30 min测读一次。桩的沉降量连续两次在每1 h内小于0.1 mm，桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，桩顶沉降增量趋于稳定时，再施加下一级荷载。

卸载也应分级进行，每级卸载量按原加载分级荷载的2倍取值，逐级卸载。每级卸载持荷1 h，读数时间点分别为15 min,30 min,60 min，可进入下级卸载。荷载完全卸去时，读取桩顶沉降残余量，持荷3 h。

试验过程应确保荷载传递均匀、连续、无冲击，本级持荷过程中荷载变化量不得大于本级荷载的±10%。

2.4 终止加载条件

当出现下列情况之一时，可终止加载：

1)当荷载—沉降曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40 mm；2)下一级沉降变化量为本级沉降变化量的2倍及以上，且经24 h沉降尚未稳定；3)桩身破坏，桩顶变形急剧增大。

2.5 分析评价方法

1)作荷载—沉降(Q—s)曲线和其他辅助分析所需的曲线；2)曲线陡降段明显时，取相应于陡降起点的荷载值；3)当出现2.4节中2)的情况时，取前一级荷载值；4)Q—s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40 mm所对应的荷载值；5)所有检测的试验桩，所测极限承载力极差不大于平均值的30%，此时单桩极限承载力以其平均值为准；极差大于30%，应参照工程地质条件分析原因，必要时应增加试桩数量。

3 试验结果分析与评价

3.1 试验结果

1号～3号试验桩竖向抗压承载力静载试验结果，Q—s曲线及s—lgt曲线分别如图2～图7所示。

3.2 CFG试桩竖向抗压极限承载力评价

表2 1号～3号试桩竖向抗压极限承载力评价表

依据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范对1号～3号试桩竖向抗压极限承载力评价，结果见表2。

1号～3号试桩Q—s曲线均未出现急剧变形，加载至1.2倍设计极限承载力1 872 kN时，桩顶最大沉降量分别为11.01 mm，20.07 mm，21.97 mm，皆在规范限值40 mm以内。依据规范可确定1号～3号试桩单桩极限承载力皆大于1 872 kN，对应的单桩承载力特征值大于936 kN。

4 试验数据影响因素分析及措施

试验过程中应遵守规范及有关规程规定，科学制定方案，分析影响数据准确的潜在因素，保证试验结果准确、可靠。常见的影响因素及相应措施叙述如下：

1)静载试验前桩身完整性检测。进行静载试验前，应先进行桩身完整性检测，避免桩身缺陷对试验结果判定造成影响。对于CFG桩宜采用低应变法，对大直径钻孔灌注桩宜采用声波透射法检测桩身完整性。2)反力装置要求。依据现场实际情况选择不同的反力装置，其中的钢梁应具有足够的强度、刚度和稳定性，钢梁可在腹板处做加劲处理；利用堆重法进行试验时，支墩与地基接触面积应满足规范要求，支墩对地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍；试验正式开始前应先进行预压，消除其他因素对桩基沉降量的不良影响；试验应在配重完全就位后开始，避免边堆载边试验对检测结果产生不利影响。试验桩、压重平台支墩边和基准桩之间的距离要求见表3。3)设备参数要求。压力传感器读数误差应小于1%；压力表精度须大于0.4级；试验过程中，油泵、千斤顶、油路系统压力最大值不得超过量程的80%；位移传感器要求读数误差不得超过0.1%FS，且分辨率不得小于0.01 mm。

表3 静载试验桩、压重平台支墩边和基准桩之间的距离

5 结语

CFG桩是目前应用最为广泛的桩基形式之一，其承载力大小将直接影响建筑结构的安全和稳定。确定桩基承载力的方法依据性质不同可分为动力法、静力法和静载试验法，而静载试验是当下评价桩基承载力大小最直接有效的一种手段，判断某种新方法的可靠性与否，也是以静载试验结果作为评判标准。静载试验过程中应不断总结经验、教训，根据现场条件选择合理的方案，分析不利因素对结果造成的影响，提出合理有效的应对措施，为设计和施工验收提供可靠的质量保证。