地基基础单桩竖向抗压静载试验研究

徐 笛

(南通市建筑设计研究院有限公司，江苏 南通 226001)

0 引言

高层建筑基础部分的造价在整个建筑物投资中占据了较大的比例，而桩基础往往又是高层建筑结构采用最广泛的地基加固形式，桩基的力学特性对于整体建筑物的结构安全、质量控制和投资管理等起着举足轻重的作用[1-3]。本文结合某即将开工的高层住宅项目，以其中两根预应力管桩为试验对象，进行单桩竖向抗压静载试验，根据试验数据获得单桩竖向抗压静载试验桩顶沉降量与荷载对应关系曲线及单桩竖向抗压静载试验桩沉降与时间对数关系曲线，分析曲线推导出各桩的最终沉降和极限承载力，为桩基设计及优化提供依据[4-6]。

1 工程地质概况

工程拟建场地属于长江下游冲积平原区新三角平原，成陆时间较晚，场地地貌单一，主要覆盖第四纪松散沉淀积物，地质工程勘察院提供的工程勘察地质资料如表1所示。勘察院建议以⑤-2层和⑨-2层土为桩端持力层，设计人员以此确定桩基方案，并估算出预应力管桩(桩径600 mm)的单桩竖向极限承载力标准值，详见表2。

表1 地基土评价表

表2 单桩竖向极限承载力标准值估算表

2 单桩竖向抗压静载试验

单桩抗压静载试验是公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的传统方法。本文以6号楼SZ3和SZ8为试验对象进行单桩竖向抗压静载试验研究。桩型：预应力管桩；桩长：49 m；桩规格：φ600 mm；桩身混凝土强度等级：C80；桩端岩土层：⑨-2层粉砂；桩顶绝对标高：2 m(±0.000相当于85国家高程4.500 m)；拟加最大试验荷载：6 500 kN。试验环境：室外、常温，周围无强振动、无强磁场干扰。

2.1 试验装置

常用的加载装置有千斤顶、静力荷载测试仪、油压传感器和位移传感器等。抗压试验加载装置为9 000 kN静载试验反力架1套，采用2只QF-630T-20b千斤顶(配套油压传感器)并联加压。基准梁采用两根长6.0 m的φ60钢管，对称安置在试桩两侧。试桩端部对称安置4个沉降测点，用磁性表座将量程为50 mm位移传感器固定在基准梁上，具体装置见图1[7]。

2.2 试验原理及方法

单桩静载荷试验是通过测定桩顶在不同的受荷状态下的变形参数、特征，即桩受荷情况下的应力—应变曲线，采用一定的方法(规范、规程、规定的)分析、评价桩的承载力水平[8]。

本次抗压加载采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后，加下一级荷载，直到要求极限为止，然后跳级卸载至零。所谓“沉降相对稳定标准”是指每1 h的沉降量不超过0.1 mm，并连续出现两次(由1.5 h内连续出现3次观测值计算)时，认为已达到相对稳定。试验具体按JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范中有关要求进行。

分级荷载宜为预估极限载荷的1/10，第一级可按2倍分级荷载加载。每级加载后间隔5 min,10 min,15 min各测读一次沉降，以后每隔15 min读一次，累计1 h后每隔30 min测读一次，每次测读值记入试验记录表。当某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，或桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24 h尚未达到“沉降相对稳定标准”时，终止加载。每级卸载值为加载值的2倍，卸载后隔15 min测读一次沉降，读两次后隔30 min再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔3 h再读一次。加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%[9，10]。

3 试验结果及分析

3.1 竖向抗压静载结果

SZ3桩试验历时2 130 min。当试验进行至6 050 kN时，经240 min观测，桩顶本级沉降量为4.97 mm，累计沉降量为26.65 mm，当加载至6 500 kN时，经120 min观测，桩顶本级沉降量为3.35 mm，累计沉降量为30.00 mm，遂终止加载。经过6次分级卸载后，测得该桩竖向抗压静载试验最终累计沉降量为2.88 mm。

SZ8桩试验历时2 460 min。当试验进行至6 050 kN时，经240 min观测，桩顶本级沉降量为8.01 mm，累计沉降量为32.05 mm，当加载至6 500 kN时，经570 min观测，桩顶本级沉降量为10.73 mm，累计沉降量为42.78 mm，遂终止加载。经过6次分级卸载后，测得该桩竖向抗压静载试验最终累计沉降量为16.29 mm。

3.2 试验关系曲线

根据试验桩抗压试验过程实测数据，分别绘制SZ3桩、SZ8桩的桩顶沉降量与荷载对应关系Q—s曲线、SZ3桩、SZ8桩的桩顶沉降量与时间对数关系s—lgt曲线，如图2～图5所示。

3.3 试验分析意见及结论

SZ3桩、SZ8桩的桩顶沉降量与荷载对应关系Q—s曲线均未出现陡降，加载6 500 kN时的桩顶沉降量与时间对数关系s—lgt曲线，尾部均未出现明显下弯，SZ3桩本级荷载(6 500 kN)下的沉降量小于40 mm，两桩的单桩竖向抗压承载力均已达到设计要求而终止加载。根据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范第4.4.2条文规定，两桩的竖向抗压极限承载力取最大试验荷载值(6 500 kN)，试验成果见表3。

表3 单桩竖向静载试验成果汇总表

序号桩号桩径mm最终加载kN沉降量/mm累计残余最大回弹量mm回弹率/%极限承载力kN1SZ36006 50030.002.8827.1290.406 5002SZ86006 50042.7816.2926.4961.926 500

4 结语

本次试验的预应力管桩是以地勘资料建议的桩端持力层设计的，通过单桩抗压静载试验，可以较为准确地确定单桩竖向抗压承载力极限值。在实际工程的桩基础设计中，可以通过单桩抗压静载试验，进一步结合建筑物上部的荷载，在充分考虑桩、土、筏板之间共同作用下，通过方案比选和优化，确定更为经济合理的桩端持力层、桩长、桩径、混凝土强度等级、筏板及配筋等桩基础设计方案，更大发挥桩自身固有的极限承载能力，加大土的分担比，提高群桩效率，从而在保证建筑物安全的前提下合理控制成本，取得更好的经济效益和社会效益。