关于基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验分析

卓灿明

（福建省永正工程质量检测有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

单桩竖向抗压静载试验是静载试验中的基础项目，现场操作要求较高且需要多方合作完成。当前，各个检测单位均组织展开对单桩竖向抗压静载试验流程操作的探究，依托单桩竖向抗压静载试验的优化工作确定基础桩的施工质量与现实承载能力，作用明显。因此，在基础桩中选取试验桩展开单桩竖向抗压静载试验分析，并对单桩竖向抗压静载试验进行标准化设定极为重要且必要。在本研究中，主要选择2根基础试验桩展开单桩竖向抗压静载试验，对试验过程与要点进行说明，获取试验数据结果，并以此为参考判断基础桩的设计与建设是否满足项目需求。

1 试验背景

某建筑工程项目结构形式为框架结构，基础采用桩基础，桩基础采用旋挖钻孔桩灌注桩；设计桩径为1 000 mm；设计桩身混凝土强度为C40；设计桩端持力层为中风化凝灰熔岩，设计单桩竖向抗压承载力特征值为6 250 kN，该项目基桩的总施工桩数为42根。本次研究在该项目工程内选定2根基础试验桩（9#桩、35#桩为基础试验桩），依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2014）展开单桩竖向抗压静载试验。

该建筑场场地土层自上而下的情况如下：①耕土：灰色、灰褐色，松散，湿，主要由黏性土组成，含有大量的植物根系及腐殖质，层厚0．20～0．90 m。①-1素填土：灰黄色、褐黄色，松散，干～湿，主要由黏性土组成，层厚0．40～4．30 m。①-2块石：灰色、褐黄色，松散，松散，干～湿，主要由卵石、块石、碎石等回填组成，层厚0．40～3．60 m。②-1粉质黏土：灰褐色，可塑，湿，冲洪积成因，主要成分为黏、粉粒，层厚0．30～1．00 m。②卵石：灰褐色，黄灰色，稍密～密实，局部为松散，饱和，主要成分为砂卵石，骨架颗粒为卵石，层厚2．30～6．60 m。③凝灰熔岩残积黏性土：褐灰色，褐黄色，可塑～硬塑，湿～饱和，凝灰熔岩风化残留物，以黏粒、粉粒、石英颗粒为主，层厚1．40～3．90 m。④全风化凝灰熔岩：褐灰色、褐黄色，土状，凝灰熔岩风化物，主要矿物成分为长石、石英，揭露厚度为1．80～5．71 m。⑤砂土状强风化凝灰熔岩：灰白色、灰黄、褐黄色，散体状，长石已基本风化成为黏土矿物，主要成分为黏土矿物、石英、长石及少量暗色矿物风化物，岩芯呈砂土状，层厚2．10～5．90 m。⑥碎块状强风化凝灰熔岩：灰黄，褐黄色、灰白色，凝灰结构，块状构造，原岩矿物风化强烈，结构清晰可辨，岩芯以碎块状为主，碎块锤击易碎，主要成分为长石、石英及暗色矿物，揭露厚度为0．57～4．39 m。⑦中风化凝灰熔岩：褐灰色，柱状，凝灰结构，块状构造，以长石、石英为主，含少量云母及暗色矿物，岩石风化裂隙较发育，部分岩体被切割成岩块，锤击易碎，揭露厚度为4．45～6．94 m。

2 试验设计

2.1 试验装置的配置

在本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验中，所投放的试验装置设备主要如下：1套徐州市建筑工程研究院生产的包含位移传感器及压力传感器的全自动静载仪、3台上海千斤顶场出产的规格为6 300 kN的千斤顶、2条规格为12 000 mm×450 mm×700 mm的方形主梁、10条规格为12 000 mm×300 mm×560 mm的方形次梁，660个规格为1 600 mm×800 mm×800 mm的钢筋混凝土配重等。在实际的检测试验展开前，要求针对所有的试验装置进行性能检查及调试，要求所有试验装置均可以在整个试验过程中正常运行；在试验结束后，要求全面落实试验装置清洁，并依照相关质量管理及技术要求归还至指定单位部门。

2.2 试验参数的设定

第一，测试参数。主机与数控盒组网；对位移传感器进行连接，确定相应传感器的线路是否存在损坏现象，要求位移传感器的警戒值能够始终保持在不高于50 mm的水平；严格依照相关要求完成千斤顶工作压强的设定。

第二，基准桩的搭建及基准梁的构建。要求牢固布设基准桩，并能够为后续基准梁的架设创造理想条件；尽可能更深地设置基准桩，并保证符合相关要求；保证基准梁的强度达到预期，并且尽量避免振动、气温等外部因素的干扰。

第三，安装位移传感器。要求传感器始终保持竖直安装；牢固地将磁性表座安装在基准梁上，尽可能地避免对本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验产生影响；要求在桩头以下20 cm的位置通过引出装置安装位移传感器。

2.3 试验加载与卸载方式的确定

在本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验中，所应用的加载方式为分级加载、逐级等量的模式。提前预估基础试验桩的极限承载力，确定相应数据的1/10为分级荷载数据，且在针对基础试验桩落实第一级荷载的加设时，设定此时投放的荷载为后续分级荷载的2倍。实践中，可以应用慢速维持荷载的方式落实加载，依照2倍的设计要求的承载力特征值实现对加载量最大值的确定，即12 500 kN；将其划分为9级实施加载，第一级加载量以及其他各级加载量分别设定为2 500 kN、1 250 kN。所应用的卸载方式为分级卸载的模式，设定分级荷载数据的2倍为单级卸载量，即2 500 kN。在整个荷载施加与卸除过程中，要求荷载可以在加载与卸载过程中持续且均匀地传递，合理控制单级荷载的变化幅度，保证其始终合理可控，其可以持续保持在±10%分级荷载的范围内。

2.4 终止加载条件的设定

在本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验中，所设定的终止加载条件如下。

第一，在某一级荷载的作用下，基础试验桩的桩顶沉降量达到了前一级加载所得到桩顶沉降量数值的5倍及以上时；在基础试验桩的桩顶沉降稳定后且总沉降量适中保持在低于40 mm的水平时，需要加载至桩顶，总沉降量不低于40 mm，此时要求停止加载[1]。

第二，在某一级荷载的作用下，基础试验桩的桩顶沉降量达到了前一级加载所得到桩顶沉降量数值的2倍，并且在持续24 h后依然没有达到稳定状态，此时要求停止加载。

第三，在已经达到设计要求的最大加载量后，要求停止加载。

第四，在荷载-沉降曲线表现出缓慢变化的状态下，可以加载至基础试验桩的桩顶沉降量为60～80 mm的水平且在加载至桩顶所得到的累计沉降量不低于80 mm时，可以在特殊条件下组织加载的终止。

2.5 检测数据的分析与判定

当荷载发生变化时，基础试验桩的桩顶沉降量也会随之发生改变，以此为特征与规律能够完成基础试验桩的Q-s曲线的绘制，利用图像表示出该基础试验桩的桩顶沉降量与荷载之间存在对应关系。一般情况下，Q-s曲线包含在陡降型曲线的范围内，所以要求在发生明显陡降的起始点位置落实荷载值的提取。当发生时间变化时，基础试验桩的桩顶沉降量也会随之发生改变，以此为特征与规律能够完成基础试验桩的s-lgt曲线的绘制，利用图像表示出该基础试验桩的桩顶沉降量与时间之间存在对应关系。实践中，可以在s-lgt曲线的尾部发生显著性下弯变化的前一级荷载位置，完成荷载值的获取。

结合沉降量，缓变形Q-s曲线的荷载值可以设定为40 mm（使用s进行表达）；对于基础试验桩的桩身弹性压缩量而言，需要在基础试验桩的桩长不低于40 m的条件下做出考量；当基础试验桩的桩径保持在不低于80 mm的条件下，可以将s的数值设定为0．05 D（使用D表示基础试验桩的桩端直径）所对应的荷载值[2]。

3 试验过程与结果分析

3.1 试验原理及现场检测

（1）试验原理。针对选定的基础试验桩，在其桩顶位置逐级施加轴向压力，并同时落实对相应基础试验桩的桩顶沉降量实时性观察，以此为基础完成该基础试验桩的Q-s曲线的绘制，利用图像表示出该基础试验桩的桩顶沉降量与荷载之间存在的对应关系。在整个试验期间，确定试验荷载最大值时所使用的计算公式主要如下：

其中，试验荷载最大值使用Q进行表达，单位为kN；设计要求检测单桩承载力特征值使用Ra进行表达，单位为kN[3]。结合公式（1），在确定出试验荷载最大值的条件下，也可以反向推导计算出设计要求检测单桩承载力特征值。

（2）现场检测的工作内容。针对该项目的施工建设现场进行实地勘察，完成现场合理布置，确定试验点，并结合试验点位置及现实试验时需要落实仪器安装和后续拆卸；确定观测点、设置观测设施；校正观测仪器；组织加荷，并在实际加荷期间完成实时性观测及数据结果记录；整理单桩竖向抗压静载试验资料数据，以此为基础进行各项参数的计算及图表绘制；落实单桩竖向抗压静载试验试验数据的统计分析，完成单桩竖向抗压静载试验报告的编写，由此生成正式的单桩竖向抗压静载试验结果与结论。

（3）现场检测的程序设定。在本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验中，所设定的现场检测的程序如下：第一，观测沉降。分10级展开逐级加载，在施加每一级荷载后的5 min、15 min、30 min、45 min及60 min条件下，均落实一次对桩顶沉降量的检测与数据获取，然后每间隔30 min进行一次桩顶沉降量的检测与读数即可[4]。第二，结合相关标准确定基础试验桩沉降情况。基础试验桩沉降相对稳定标准为桩顶沉降量保持在每小时0．1 mm的范围内，并且连续两次读数均满足相应要求。第三，荷载逐级施加。在进行后续一级荷载的施加之前，要求桩顶沉降速率保持在相对稳定的状态。第四，卸载。此时要求每一级荷载要维持至少1 h；在完成单级荷载的卸载后，需要在15 min、30 min、60 min时展开一次桩顶沉降量的测量及读数，然后可组织展开后续一级荷载的卸除；在卸载至0级后，读取桩顶残余沉降量数据，时间要求保持在3 h以上，此时所设定的读数时间为15 min、30 min，随后按照每间隔30 min进行一次读数的频率完成桩顶残余沉降量的测读。结合整个过程中获取到的数据信息，完成基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验结果与结论的确定。

3.2 试验结果分析

（1）检测试验数据及分析。在本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验中，所得到数据结果如下：桩号9#的基础试验桩现实桩径为1 000 mm，桩长为15．39 m，最大试验荷载设定12 500 kN，获取到的最大沉降为27．03 mm，回弹约12．63 mm，残余变形为14．40 mm，检测日期为成桩后的33天，回弹率约46．73%；35#的基础试验桩现实桩径为1 000 mm，桩长为16．55 m，最大试验荷载设定为12 500 kN，获取到的最大沉降为29．40 mm，回弹约18．60 mm，残余变形为10．80 mm，检测日期为成桩后的39天，回弹率约63．27%。实践中，主要针对9#桩，桩径为1 000 mm，桩长为15．39 m；35#桩，桩径为1 000 mm，桩长为16．55 m；对2根基础试验桩进行检测，设定并施加10个等级的荷载。检测结果表明，基础试验桩的沉降量始终维持在低于40 mm的水平，绘制Q-s曲线（图1），能够看出，该曲线表现出缓慢变形的状态，并没有出现极限荷载的陡降段；依照试验荷载最大值对该基础试验桩的单桩竖向抗压极限承载力进行确定，可以判断出该基础试验桩的单桩竖向抗压极限承载力保持在不低于12 500 kN的水平。结合这一数据及前文所述的计算公式（利用Q反向推算出Ra），能够确定出该基础试验桩的单桩竖向抗压承载力特征值保持在不低于6 250 kN的水平。

图1 Q-s曲线

（2）试验关系曲线。结合整个抗压试验中所得到的数据结果，能够完成Q-s曲线的绘制（图1），利用图像表示出该基础试验桩的桩顶沉降量与荷载之间存在的对应关系。同时，需要进一步完成s-lgt曲线的绘制（图2），利用图像表示出该基础试验桩的桩顶沉降量与时间之间存在的对应关系，以此为基础综合完成本次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验结论的确定。

图2 s-lgt曲线

（3）检验结论。本工程项目中进行的单次基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验结论如下：选定基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验对象为工程中9#、35#（共2根）基础试验桩，检测发现其竖向抗压承载力特征值均保持在不低于6 250 kN的水平，满足该工程项目的设计要求；观察Q-s曲线发现，在荷载达到2 500 kN的条件下，该次基础试验桩的桩顶沉降量的变化幅度均更大（曲线较陡），而在荷载维持在2 500～8 750 kN范围内时，该次基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度均减缓（曲线缓和），在荷载超过8 750 kN以后，该基础试验桩的桩顶沉降量均显著下降；观察对应s-lgt曲线发现，9#桩在荷载施加时间达到30 min之前，整个曲线相对缓和，表示该基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度较小，而在荷载施加时间超过30 min后，整个曲线徒然变陡，该基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度增大；35#桩在荷载施加时间达到60 min之前，整个曲线相对缓和，表示该基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度较小，而在荷载施加时间超过60 min后，整个曲线徒然变陡，该基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度增大。

4 结语

综上所述，单桩竖向抗压静载试验结果表明：设定的基础试验桩竖向抗压承载力特征值保持在不低于6 250 kN的水平，满足该工程项目的设计要求；在荷载维持在2 500～8 750 kN范围时，该基础试验桩的桩顶沉降量变化幅度减缓。在建筑工程的基础桩施工中，参考本试验选取的基础试验桩的施工参数与技术操作，能够达到整个基础桩施工质量提升的效果，降低基础桩大幅沉降问题的发生概率。在本次试验中，主要选取了2根基础桩作为试验桩，数量相对较少。基于此，为切实提高试验结果的科学性与代表性，应当在后续的研究与试验中选取更多的基础桩展开单桩竖向抗压静载试验，进一步验证试验结论。