基于某钢铁基地试验区的桩基性能研究

徐万祥

山东正元工程检测有限公司，山东 济南 250101

某钢铁基地位于黄海之滨，拟建场地分为陆域和水域两部分，地质条件复杂，地基土工程性质差异较大，地下水埋藏浅，且20m深度内的砂土在7度地震条件下具有轻微-中等液化的可能性，难以满足拟建建（构）筑物对地基承载力及变形要求，勘察报告建议对场地地基土进行处理。为使地基处理具有针对性、经济性及可靠性，并有可靠的各项参数供地基处理设计时采用，需要尽快在陆域场地内具有代表性的地质条件地段进行强夯置换、一般强夯及桩基础的试验工作，文章重点研究了该钢铁基地试验区的桩基试验。

1 工程概况

根据试验桩设计要求，2#试验区试验桩对单桩竖向抗压极限承载力、测定桩的分层侧阻力和端阻力、单桩竖向抗拔极限承载力、单桩水平承载力、基桩的极限侧阻力和极限端阻力等指标进行检测，还要检测桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，为后期桩基的施工提供设计参数，拟采用单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验、桩身内力测试、高应变法检测、低应变法检测等手段综合研究桩基性能。

2 桩基试验内容及方法

2.1 单桩竖向抗压静荷载试验

单桩竖向抗压静载试验的目的是确定单桩竖向抗压极限承载力，测定桩的分层侧阻力和端阻力。采用锚桩横梁反力装置，用油压千斤顶以慢速维持荷载法加卸载，用RS-JYC 型静荷载测试仪控制荷载示值，并用位移传感器测量各级荷载桩顶沉降量。试验采用慢速维持荷载法，每一级荷载下沉量达到稳定标准后再加下一级荷载；每级荷载施加后按第5min、15min、30min、45min、60min 测读桩顶沉降量，以后每隔30min 测读一次；每1h 内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次时视为桩顶沉降速率达到相对稳定标准，再施加下一级荷载；当满足规范要求条件时，如桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5 倍，终止加荷条件。

2.2 单桩竖向抗拔静载试验

单桩竖向抗拔静载试验的目的是确定单桩竖向抗拔极限承载力。试验装置采用反力桩提供支座反力，反力架系统具有1.2 倍的安全系数。试验采用慢速维持荷载法，每一级荷载下沉量达到稳定标准后再加下一级荷载，直至试验终止；每级加载量为最大加荷值的1/10，其中第一级可取分级荷载的2 倍；每级加荷后第一个小时内第5min、15min、30min、45min、60min 观 测 一 次 读 数， 然 后 每30min 测读一次；每小时不超过0.1mm，并连续出现两次，达到相对稳定可加下一级荷载；当满足规范要求条件时，如桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5 倍，终止加荷条件。

2.3 单桩水平静载试验

单桩水平静载试验的目的是确定单桩水平承载力。试验装置由锚桩提供反力，用油压千斤顶施加水平推力，在千斤顶与试桩接触处安置一球形铰座，以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线，用精密压力表控制荷载示值，用大量程百分表测量各级荷载桩身水平位移。每级荷载施加后，4min测读水平位移，然后卸荷至零，停2min后测读残余水平位移，至此为完成一个加卸载循环，每级荷载完成5 次循环。

2.4 桩身内力测试

桩身内力测试的目的是确定基桩的极限侧阻力和极限端阻力等指标。采用钢弦式传感器和CTY-202型振弦测试仪，传感器埋设于桩身2m、5m、8m、11m、14m、17m、20m、23m处，在焊接时时要采取隔热措施，以防损坏传感器。在不同分级荷载下，内力测试严格按CTY-202 型振弦测试仪相关要求严格进行。

3 钢铁基地试验区的桩基性能研究

3.1 单桩竖向抗压静荷载试验研究

通过对C-1 试验桩进行单桩竖向抗压静荷载试验（见表1），C-1 试验桩（长螺旋钻孔灌注桩，Ф800mm）的单桩竖向抗压极限承载力为2400kN；其Q-s 曲线斜率随着荷载的增加而逐渐变大。当荷载增加至3000kN 时，桩顶最大沉降量为118.09mm，终止加荷，曲线尾部出现明显陡降段。卸载后最大回弹量为5.92mm，回弹率为5.0%。s-lgt 曲线随着荷载的增加曲线间距由密变疏，当荷载增加至3000kN时，曲线尾部出现明显向下弯曲现象（见图1）。

表1 C-1 试验桩单桩竖向抗压静荷载试验结果

图1 C-1 试验桩的单桩竖向抗压静载试验Q-s 曲线、s-lgt 曲线

3.2 单桩竖向抗拔静载试验研究

通过单桩竖向抗拔静载试验（见表2），D-2 和D-4 试验桩U-δ 曲线随着荷载的增加，曲线斜率逐渐增大。当荷载加至2800kN，曲线出现陡降段，累计桩顶最大上拔量分别为63.87mm 和79.53mm，终止加荷。卸荷后，桩顶最大回弹量为14.10mm，回弹率17.7%。其δ-lgt 曲线随着荷载的增加，曲线间距自下而上由密变疏，曲线尾部出现明显向上弯曲现象（见图2）。

3.3 单桩水平静载试验研究

根据水平静载试验H-t-Y0曲线和H-△Y0/△H 曲线综合确定，D-1 和D-3 试验桩的单桩水平临界荷载为180kN，水平极限承载力为240kN（见图3）。

3.4 桩身内力测试研究

通过对各试验桩进行的内力测试及轴力分析，各桩基桩身所受轴力随着深度的增加逐渐减小，其衰减速率亦随深度增加逐渐增大。C-1 试桩极限荷载2400kN 时，桩的侧阻力为2389kN，占总荷载的99.5%；桩端阻力为11.0kN，占总荷载的0.50%。

表2 单桩竖向抗拔极限承载力确定表 单位：kN

图2 D-2 试验桩的单桩竖向抗拔静荷载试验U-δ 曲线、δ-lgt曲线

图3 D-1 试验桩的单桩水平静荷载试验H-t-Y0 曲线、H-ΔY0/ΔH 曲线

4 结论

综上所述，通过对钢铁基地试验区的桩基检测和桩基性能研究可知：（1）C-1 试验桩的单桩竖向抗压极限承载力为2400kN；（2）D-2、D-4 试验桩的单桩竖向抗拔极限承载力为2600kN。（3）D-1、D-3 试验桩的单桩水平临界荷载为180kN，水平极限承载力为240kN。