超大吨位基桩静载试验加载时对桩周土的影响范围

许 丹

(中铁十一局集团有限公司，湖北 武汉 430064)

超大吨位基桩静载试验加载时对桩周土的影响范围

许 丹

(中铁十一局集团有限公司，湖北 武汉 430064)

针对广州某中央商务区核心区地下空间钻孔灌注桩的超大吨位静载试验，分析了静载试验加载过程中Q-s曲线和桩周土体的位移变化。分析表明：当荷载小于试桩竖向承载力特征值时，试桩的竖向刚度几乎保持不变。试验加载时，越靠近大梁的土体出现卸荷回弹的现象越明显，同时桩周土体由于剪切作用会发生沉降，两者作用同时发生造成桩周一定范围内土体隆起，加载时对桩周土体的影响范围可定为4 d。

超大吨位；静载试验；桩周土；地基回弹

0 前 言

桩基础能够提供较大的承载力，并且可以有效地减少上部结构的沉降，使得其成为在民用与工业建筑、桥梁、港湾及海洋建筑物中应用最为广泛的一种基础形式。基桩静载试验是目前为止检验基桩竖向抗压极限承载力的最准确、可靠的方法[1]。随着科学技术和工程建设的高速发展，高层、超高层建筑物、跨江跨海特大桥梁、大型深水码头等建设越来越多，上部结构对基桩的承载力和变形的要求越来越高，迫使基桩向大直径、超大直径、长桩、超长桩等趋势发展，从而也促进了基桩静载试验由大吨位向超大吨位的方向发展。许多学者针对基桩大吨位静载试验进行了大量研究。胡庆立等[2]研究了大直径桩的竖向承载力性能；赵春风等[3]分析了广东地区大直径超长钻孔灌注桩的承载特性和荷载传递机制。本文以广州市某中央商务区核心区地下空间钻孔灌注桩为例，研究其在超大吨位静载试验加载过程对桩周土竖向位移的影响范围。

广州市某中央商务区核心区地下空间位于番禺区南村镇，地表为市政道路，地下为商业建筑，地下室及基础设计主要解决构件承载力、抗裂及结构整体抗浮等问题。拟建的桩基础采用钻孔灌注桩，以中(微)风化岩层为持力层。场地岩性有花岗混合岩和砂岩两种，基底岩性为花岗混合岩地区，要求桩端持力层为微(中)风化岩层，桩端天然抗压强度为29 MPa。

1 试验设备安装与测试方法

1.1 实验设备安装

试桩的桩径为1.8 m，桩长为22 m，基桩竖向极限承载力设计值为44 000 kN。试验前对支墩下卧土层进行换填处理(换填深度为2 m)并经过分层铺填，分层压实，在压实后的垫层上现浇0.5 m厚的C40钢筋混凝土垫板，每侧垫板的长×宽=18 m×5 m。

本试验采用10个千斤顶并联同步加载，布置千斤顶时，使其合力中心与上覆重物的重心和桩的横截面形心重合，并保证合力方向与桩和托梁垂直。

图1为静载试验桩周土变形监测点布置图，桩帽上S点为基桩的位移监测点，对称布置在桩帽上；1～12号为桩周土体位移监测点，12个位移计的数据同时通过前端机由物联网数字无线系统传输至位移分析仪上；G1～G4 4点为基准梁的位移监测点；S1～S4 4点为基准梁以外土体的位移监测点。每条测线上相邻监测点的距离为1 m，1号、4号监测点离桩帽左边缘的距离为0.2 m，7号、10号监测点离桩帽右边缘的距离为0.2 m；F1、F2、F33点为大梁的挠度监测点。

1.2 测试方法

本次静载试验，试桩竖向极限承载力设计值为44000 kN，根据行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)[4]，加载方式采用慢速维持荷载法，逐级等量加载，分级荷载为最大加载值的1/10，即4 400 kN，前两级加载量为分级荷载的两倍，加载达到44 000 kN且桩顶沉降达到相对稳定时，终止加载。加载时，使荷载传递均匀、连续、无冲击，卸载至零后，测读桩顶残余沉降量。

图1 静载试验桩周土变形监测点布置

2 试验结果分析

2.1 Q-s曲线分析

试桩的Q-s曲线如图2所示。

图2 试桩Q-s曲线

Q为每级加载的荷载，s为桩顶位移。试桩最终加载至44 000 kN，桩顶沉降维持稳定后，沉降量为35.68 m，卸载后回弹量为10.44 mm，回弹率为29.26%。当荷载小于22 000 kN(试桩竖向承载力特征值)时，试桩的竖向刚度几乎保持不变；荷载达到22 000 kN时，刚度突然变小；当荷载超过22 000 kN时，刚度逐渐减小。

第1级加载后位移增量较大，是由于桩侧摩阻力刚开始发挥，桩端阻力尚未形成，桩帽下土体压缩对桩产生负摩擦力；第2级、第3级加载后位移增量减小，是因为桩身的刚度较大，桩身压缩量较小，桩端沉渣被压实，桩端阻力逐渐变大，第3级加载完成后桩端沉渣压实量达到最大。第4～8级加载完成后位移增量又逐渐加大，这是由于荷载量增大，导致桩的刺入量和弹塑性形变量增大。

2.2 加载过程中桩周土体位移分析

对于超大吨位静载试验，加载过程中基准梁会随着基准墩的沉降而下移，以A条测线为例，1号、2号、3号监测点的位移等于各测点位移计监测的位移加上该点处基准梁的位移(G1点的位移)，根据各监测点的布置可绘制出每次加载完成后的位移图(见图3)。

1 第1级加载； 2 第2级加载； 3 第3级加载； 4 第4级加载；5 第5级加载； 6 第6级加载； 7 第7级加载； 8 第8级加载

结合图1试桩尺寸与各测点之间的距离分析得知以下几点。

1) 每次加载完成后，桩体沉降与桩周土体沉降有较大差异。每级加载完成后，距试桩中心2.78 d(d为试桩直径)范围内的土体沉降均很明显，且离桩帽越近，沉降越大。第一级加载完成后，同一测线上各监测点的位移几乎相同，之后的每一级加载后各监测点的位移增量较前几级加载最为明显。

2) A测线上3号监测点的沉降小于2号和G1监测点的沉降；同样可以观测到，在桩帽右边，距试桩中心1.67 d处，土体出现隆起现象。第八级加载完成且桩顶沉降达到稳定后，测得大梁上F1、F2、F33点挠度，说明试验加载时，上覆重物被千斤顶顶起，越靠近千斤顶的位置，大梁被顶起的挠度越大，越靠近大梁，土体出现卸荷回弹的现象越明显，同时加载过程中桩周土体由于剪切作用发生沉降，两者同时发生造成桩周一定范围内土体隆起。

3) 加载过程中距试桩中心1.67～2.78 d范围内的土体的相对位移不大。距试桩中心3.3 d范围以外的土体沉降很小，因此对于超大吨位静载试验，加载过程对桩周土体的影响范围可定为4 d。

3 结 论

通过广州市某中央商务区核心区地下空间的钻孔灌注桩的超大吨位静载试验，研究了静载试验加载过程中桩身和桩周土体的位移变化，得到了以下结论。

1) 当荷载小于试桩竖向承载力特征值时，试桩的竖向刚度几乎保持不变；荷载超过试桩竖向承载力特征值时，刚度逐渐减小。

2) 每级加载完成后，距离试桩中心2.78 d范围内的土体沉降均很明显，且离桩帽越近沉降越大。第一级加载完成后，同一测线上各监测点的位移几乎相同，最后一级加载完成后，各监测点的位移增量较前几级加载最为明显。

3) 试验加载时，地面堆载物被千斤顶顶起，越靠近千斤顶的位置，大梁被顶起的挠度越大，越靠近大梁的土体出现卸荷回弹的现象就越明显，同时试桩加载过程中桩周土体由于剪切作用会发生沉降，两者作用同时发生造成桩周一定范围内土体隆起。对于超大吨位静载试验，加载过程对桩周土体的影响范围可定为4 d。

[1] 刘明维. 桩基工程[M]. 北京：中国水利水电出版社, 2015.

[2] 胡庆立, 张克绪. 大直径桩的竖向承载性能研究[J]. 岩土工程学报, 2002, 24(4): 491-495.

[3] 赵春风, 李俊, 邱志雄, 等. 广东地区大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2015, 34(4): 849-855.

[4] JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2014.

Research on the Influence Range of Soil Around Pile by Extra-tonnage Pile Foundation Static Test

XU Dan

(The11thChinaRailwayBureauGroupCo.,Ltd.,Wuhan,Hubei430064,China)

The Q-s relationship curves and the concrete displacement variation of the soil around pile had been analyzed. The results show that when the load value was lower than single-pile vertical endurance value features, the rigidity of pile almost keep unchanged. During the loading process, the soil that more near to beam, the unloading rebound deformation was more obvious, at this time, the soil that around pile started settle because of shear stress. The two effects both were happening at the same time caused the soil within certain limits around pile behaved heaving. The influence sphere of the soil around pile during loading process maybe 4 d.

Extra-tonnage; Static test; Soil around pile; Rebound of foundation

2017-02-18

广东省应用型科技研发专项资金项目(2015B020238014)

许丹(1987-)，男，湖北荆州人，工程师，研究方向：地基与地基基础、隧道等方面的研究，电话：13682258341，E-mail：359335962@qq.com.

TU473.1

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.02.057