单桩竖向抗压静载试验在建筑工程中的应用

王宇鹏

摘要：单桩竖向抗压静载试验是采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压承载力，其试验目的主要有：为桩的设计与工程验收提供依据、验证高应变法单桩承载力检测结果等。随着桩在建筑工程中的应用越来越广泛，单桩静载实验作为最直观反映出所检测桩的承载力的检测方法，在建筑工程中得到了广泛的应用。本文结合实例，对此进行分析。

关键词：建筑工程；静载检测；单桩竖向极限承载力

一、工程概况

某禅城以西工程，工程采用旋挖钻孔灌注桩，桩型为摩擦端承型桩，桩端持力层为微风化泥（砂）岩，fr=15.0Mpa。基坑开挖深度为9.5米，基坑支护结构选用放坡+加筋水泥土桩锚支护。该工程场地地质条件较为复杂，淤泥跟淤泥质土分布较广且厚度可超过10m，局部区域可超过20m，在开挖至底板底标高后，仍然有超过10m厚度的情况存在。在施工过程中，地下室基坑已经全部开挖至底板底时遭遇季节性台风，在超过100mm的日累积降水量后，基坑支护出现局部位移、开裂，部分基桩发生较为严重的偏位现象。经工程建设各方会议讨论，其原因是因施工偏差与基坑支护出现反涌两方面的原因，需抽取3条偏位较为严重的桩进行单桩竖向抗压静载试验，以验证偏位桩的实际单桩承载力，试验桩规格与最大试验荷载分别为：（1）2#桩，桩径（mm）Φ1200，最大试验荷载20000kN，（2）5#桩，桩径（mm）Φ1200，最大试验荷载20000kN，（3）3#桩，桩径（mm）Φ1000，最大试验荷载10000kN。

二、试验场地设置

试验采用压重平台反力装置。由于检测吨位较大而现场有基坑支护出现位移，基坑内淤泥层厚等特殊情况，静载试验前首先对基坑支护进行了砖渣反压，以阻止其继续变形。紧接着对以试验桩为中心周围地基土以及桩头进行处理。在以桩为中心15×15的地面进行换填，规格为底部500mm厚砖渣和块石，分层压实后在其上设置一块500mm厚钢筋砼板，完成后按有关要求设置钢筋混凝土桩帽。在钢筋砼板和桩帽达到强度要求后进行压重平台堆载，将不小于最大试验荷载的1.2倍荷重在试验开始前一次性加上平台。

本次试验采用油压千斤顶分级加载，位移和压力观测仪器采用JCQ-503B静力载荷测试仪，试验方法采用快速维持荷载法。为安全起见，试验开始后对压重平台支墩四个边角位置进行沉降观测，以防不均沉降引起的安全隐患以及对试验验结果的判断。

三、试验数据和分析

试验数据如下；第1条桩5#

试验桩号：5# 桩长：26.86m 桩径：1200mm 偏位：570mm

荷载（kN） 0 4000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

本级沉降（mm） 0.00 0.66 0.45 0.39 0.41 0.40 0.43 2.45 2.63

累计沉降（mm） 0.00 0.66 1.11 1.50 1.91 2.31 2.74 5.19 7.82

从数据上分析，5#桩加载到16000kN（第八级）时总沉降量为2.74mm，沉降量较小，加载到18000kN（第九级）时总沉降量为5.19mm，荷载稳定，沉降量稍微增大，本级沉降2.45mm，超过上级16000kN（第八级）时沉降0.43mm的5倍，且Q-s曲线稍微出现陡降的情况；但沉降量没有超过40mm，且荷载稳定沉降收敛，可以继续往下加载。往下一级，当加载到最大试验荷载20000kN（第十级）时，桩顶沉降速率达到收敛标准，总沉降为7.82mm，本级沉降2.63mm，荷载压力能够稳定。

从曲线上分析，该曲线与典型的陡降型Q-s曲线有所不同，在典型的Q-s曲线中，曲线在某及荷载作用下出现陡降沉降量位移突然增大时，桩顶位移量一般较大（Q-s曲线有明显拐点，总沉降量超过40mm，甚至60mm），并且位移不能收敛。荷载不能稳定（继续加压，沉降继续增大，荷载无法维持当前荷载值），属于边加载，边下沉，且荷载压力反而下降并有可能降至很低的情况。

所以，该曲线应该按s=0.05d（d为桩端直径），既s=60mm来控制确定单桩竖向极限承载力比较科学可行。

综合分析，该桩竖向抗压极限承载力Qu≥20000kN。

第2条桩2#

试验桩号：2# 桩长：27.04m 桩径：1200mm 偏位：600mm

荷载（kN） 0 4000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

本级沉降（mm） 0.00 0.85 0.74 0.51 0.60 0.69 1.54 2.26 3.03

累计沉降（mm） 0.00 0.85 1.59 2.10 2.70 3.39 4.93 7.19 10.22

数据上得出，试验加载到20000kN（第十级）时，总沉降量为10.22mm，沉降量不大，荷载压力稳定。Q-s曲线平缓，无明显陡降段，s-lgt曲线呈平缓规则排列。

综合分析，该桩竖向抗压极限承载力Qu≥20000kN。

第3条桩3#

试验桩号：3# 桩长：28.86m 桩径：1000mm 偏位：800mm

荷载（kN） 0 3000 6000 7500 9000 10500 12000 13500 15000

本级沉降（mm） 0.00 1.19 1.87 1.24 1.33 1.86 2.19 4.13 39.13

累计沉降（mm） 0.00 1.19 3.06 4.30 5.63 7.49 9.68 13.81 52.94

从数据上看，试验加载到当试验加载到12000kN（第八级）时，该桩总沉降量为6.53mm，沉降量不大；当试验加载到13500kN（第九级）时，该桩总沉降量为13.81mm，本级沉降4.13mm，荷载稳定，沉降量有增大趋势；

当荷载加至15000kN（第十级）时，沉降量突然增大，达到52.94mm（继续加压时，荷载不能稳定且不断下降，最后维持在6800kN～7300kN），本级沉降39.13mm（大于上级荷载作用下桩顶沉降量4.13mm的5倍），Q-s曲线出现明显陡降的情况，停止加载试验。

可以看出，该曲线属于在第1条桩5#桩分析中提到的典型陡降型Q-s曲线。

根据《建筑地基基础检测规范》（DBJ 15-60-2008）综合分析：取陡降型Q-s曲线发生明显陡降的起始点所對应的荷载值为单桩竖向抗压极限承载力，该桩竖向抗压极限承载力Qu=13500kN。

从以上三条桩的试验结果可以看出，虽然在基桩发生较为严重的偏位现象，已经超过《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202-2002）垂直度<1%的情况，并且是桩成型验收后，由于发生突发情况基坑支护反涌所造成的，但是经过单桩竖向抗压静载试验验证，其仍然具有一定的抗压（使用）能力，5#桩跟2#桩经过验证甚至还可以保持最初设计的抗压能力。

相比较更加要注意的是偏位位移最大的3#桩，其试验曲线属于典型陡降型Q-s曲线，试验到最后，荷载与千斤顶油压值降到很低。从3#桩有桩身偏位的情况来看，极有可能在15000kN（第十级）荷载作用下发生了桩身剪切破坏。按照规范（DBJ15-60-2008），虽然这根桩的极限承载力可以定到13500kN，经过设计复合可能满足使用要求，但该桩本身几乎成为废桩！不建议继续作为工程桩使用！

四、结语

随着成桩工艺的增加与完善，桩基础在建筑工程中，特别是超高层建筑所占据的位置越来越重要，然而影响成桩质量的因素众多，如桩型、桩材、施工方法、土层特性还有桩端持力层的选择等等众多复杂的因素，如何能确定其是否具有良好的使用效果，显然单桩竖向静载试验将在今后的建筑工程中得到越来越广泛的应用！

参考文献：

[1] 广东省建设工程质量安全监督检测总站 主编。工程桩质量检测技术培训教材。北京：中国建筑工业出版社。

[2] 广东省标准《建筑地基基础检测规范》（DBJ 15-60-2008）。北京：中国建筑工业出版社，2008。