桩基竖向承载力的检测方法的探讨

张弓

【摘要】建筑桩基是基础性承重结构，在其发挥承载作用时，竖向承载力在维持建筑稳定中为主要因素。科学检测竖向承载力，可使桩基稳定生效，避免超负荷而损坏。本文分析了利用静载试验结合经验公式实施检测的方法，经过对比，本文认为在此类检测中前者应用价值更高。

【关键词】桩基;承载力检测;竖向承载力;方法研究

对单个桩基进行承载力检测时，可应用多手段，除静载试验与经验公式外，还可进行静力分析以及对桩基进行动测。采用不同手段，影响因素不同，检测精度存在差异。本文以实际案例为研究样本，以静载试验作为检测方式，测定桩基体的竖向承载极限值。然后以经验公式实施计算，比较结果差异。

1、静载试验检测

1.1理论依据

静载试验属于动测模拟法，以动测模拟法进行基桩检测，精准度约为15%，应用此种检测方法成本低于高应变检测以及高落锤检测，仅需后者（20～30）%。应用此检测时，可采取随机抽检方式，可操作性强，测试易于完成。进行此种检测，可促进桩基质量优化，提升经济效益。其局限在于，要求所检测桩基为摩擦桩，同时试验地点的地质条件符合要求[1]。

动测法的理论依据是动力学，以仪器为检测工具，确定结构动力特征或者材料动力特征，设定相关参数。材料要求具有弹性，可为个体，也可为系统材料。参数中包括模态、幅值以及固有频率等，其中幅值可细化为位移、速度或者加速度，并了解动应力分布，分析以上参数，可知刚度和质量的分布规律受其影响，计算时，分布质量元素组建成质量矩阵，力和相关变形关系等刚度元素组建刚度矩阵，然后进行计算。在理论上，强度问题并不属于动力学研究范畴，分析桩基问题本质，可将其视为对强度和刚度之间函数关系的构建，也可描述为强度、刚度的统计关系。

静载检测中获取沉降与荷载之间的关系曲线，标记为Q-S，进行试验时，采用准静态模式，以曲线的形成作为桩基承载力的基础性依据。在确定承载力时，受主观因素影响，取决于曲线中的取点位置，而曲线取点是阐述桩承载力的限制条件。Q-S曲线可反映承载动态变化，显示沉降过程，最终结果即为桩基承载力。此过程与检测结果存在相关性，并有规律可循，基于此原理，可进行动测。在静载试验中，基础依据为Q-S曲线。施工工艺、桩型和土层皆可影响曲线形状。基于此种背景，承载力的确定是检测难点。从全局而言，该曲线常见两种基础形状，在两种形状间，发生局部畸变。在检测试验中，可根据区域分设标准曲线。

1.2基础资料

此工程以桩基为工程基础，经过勘测，确定建设地点不存在地表水，地下水为深度埋藏状态，对桩基无显著影响。静力触探试验显示，建设区域主要包括两个地质层，土质为黄土和老黄土。黄土分布集中于河谷和沟壑区域，可见土体质地较为均匀，可见少量小石，并见孔隙，属于硬塑土体。经测量，其层厚为（1.8～6.5）m。老黄土土质均匀，可见少量钙质结核，在试验区广泛分布，钻孔时无揭穿。

1.3检测方法

所用试验桩为旋挖钻孔灌注类型，静载试验选择锚桩法实施，试桩时使用S1号桩，规格为长25m，直径1.5m;锚桩使用M（1～4）号桩，长30m，直径为1.5m。依据相关规范，并联使用8个同型号液压千斤顶，以液压表执行荷载控制，锚桩布置采用“四锚一”的方式进行。进行试验加载时执行慢速维持荷载，以逐级等量加载的方式进行，单级荷载持续120min，达到最大荷载为止;继而逐级卸载，归零截止，卸载设置为2倍加载量。维持过程持续、平稳，控制在负荷内。单级加载或卸载≥1min，分设10级加载，单级设置1000kN，首次荷载设为分级荷载2倍量。当试验满足以下条件时停止加载：（1）本级荷载沉降量>上级荷载5倍。此种情况中，当桩基平稳沉降，总沉降不足40mm，应持续加载，使总沉降超过40mm为止。（2）本级荷载沉降>上级荷载2倍，同时24h后持续提升，沉降不稳。加载结束后，开始卸载，卸载时荷载设定加载状态下2倍分级荷载，单级卸载应坚持1h，同步检测桩顶沉降，确定钢筋计数据。卸载结束，对残余沉降进行检测，持续3h。

1.4检测结果

经过荷载试验，确定试验桩荷载情况，得出荷载和沉降、时间的相关关系曲线，分析曲线可知，加载或者荷载不足8000kN，沉降曲线与直线相似，此种状态下，桩基和土体互相产生影响，桩基同时发生弹性变形，导致沉降加剧，桩基在与土体发生摩擦时产生的阻力是其承载力的主要来源。加载超过8000kN，沉降量提升，沉降曲线弧度变大，土体和桩基出现相对位移，在此过程中桩端阻力产生影响，同时桩侧土在此时为弹塑性变形期。桩端与桩侧的阻力同时生效，但无法抵抗荷载，导致桩端土出现塑性变形，桩顶位置的沉降迅猛提升，故而破坏基桩。试装继续加载，达到12000kN，桩顶沉降量达到72.87mm，卸载结束，回弹量峰值是9.15mm，回弹率12.56%，显示该时期桩端土和桩周土彻底塑性变形，土体结构破坏，无承载能力。基于相关规定，结合承载力计算值，以曲线分布为参考，可知其极限承载力是9000kN左右。

2、经验公式计算

利用经验公式计算桩基承载力，获取理论值。其公式如下：

将试验数据代入该公式中，进行计算，得出该桩的单桩承载力数据，可知其容许值是9910.5kN。结合之前静载试验数据，与之相比较，经分析发现，静载试验检测出的桩基承载力较低，应用经验公式计算出的理论承载值较高。经过试验检测和公式计算，分析结果显示，桩侧阻力是为桩基提供承载力的核心支持，在承载作用中，桩端阻力产生承载支持作用偏低。试验数据和公式计算得出的理论值存在差异，和公式计算相比，试验数据承载值较小。进行原因分析，是因为在试验中，为桩侧摩阻力设置特征值阶段，土体取值区域不科学，范围过大，在实际检测时，应基于实际静载试验数据，确定桩基设计的相关数据。在此次研究中，黄土层是支持桩端的主要图层，以试验信息和公式计算所得数据进行分析，可知核心承载力是桩侧摩阻力，由此可知，此工程所用基桩具有摩擦桩的显著特征[2]。

3、結果比较

将静载试验和经验公式两种检测结果进行比较，可得出可靠性较强的结论。经过二者比较，可知在此次工程中，建筑物所在位置土体性质多样化特点较弱，利用静载试验，对固定桩中的长桩进行承载力检测，然后根据检测所得数据，进行反向计算，对桩侧阻力进行取值时，可有效设定特征值，进而促进桩基设计完善。经过比较可知，以静载试验实施检测，所获取的最终承载力较低，进行原因分析，核心因素是对桩侧摩擦力进行取值时，所设定的特征值偏高，与土体取值区域适配度较低。研究提示设计桩基时，应将静载试验的实际检测作为依据，促进科学设计。比较二者结果，可知在此案例中，相关桩基属于摩擦桩类型，桩侧摩阻力是桩基承载力的核心来源。

结论：

综上所述，进行桩基研究，检测其竖向承载力时，可综合多种手段，进行结果比较，定位检测差异，提升精准度，促进科学检测。根据桩基承载力可优化桩基使用和建筑设计，促进稳定建设。在检测过程中，应考虑土质、桩侧摩阻力影响，科学确定极限承载力。

参考文献：

[1]林立强.桩基检测方法在工程质量事故中处理的应用实例[J].福建地质，2020，39（03）：225-232.

[2]孟宪中.某电厂桩基试验桩的检测理论研究与应用[J].岩土工程技术，2020，34（03）：181-187.