软土路基单桩承载力的试验研究

曹文婷

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

0 引 言

贵州省基础建设日新月异，为达成省交通厅的高速：“6横7纵8联”及4个城市环线”的战略。贵州高速公路在建设过程中难免遇到软土地基，而桩基作为软土处理的一种方式被大量使用，而作为处理软土的基桩承载力成为检验处理效果的重要指标。

在检测过程中一般检验竖向荷载下的基桩承载力，而竖向荷载下的基桩承载力体现了桩在竖向荷载作用下可以保证正常使用条件下的最大荷载，其合格与否与桩本身的性能和设计允许的沉降量有关。检测方法分为两种：第1类为直接法是采用实测或是静荷载试验方法确定，第2类为间接法采用测得的桩端承载力和桩侧阻力带入公式求的。国内外学者也对这两类方法做了大量的研究，其中Mattes和Poulos采根据所做的试验和理论相结合并采用，从而得到关于影响桩土体系荷载传递规律的影响因素；刘建华通过采用试验和理论结合方式对在岩质边坡下的桩基桥墩进行分析并得出双排桩基的结构内里和桩后岩(土)体压力的分布规律。

本文结合实际工程采用静荷载试验方法对处理软土路基基桩桩承载力进行试验研究，已获得基桩在竖向荷载的变形规律，并检验基桩处理的工程质量。

1 工程概况

贵州省某高速公路第4合同段K33+300～K33+600段软土路基采用C20素混凝土桩进行增强处理。C20素混凝土桩设计直径为0.45 m，设计桩长为10 m，总桩数为5153根。设计单桩承载力特征值为0.4 MPa。

2 基桩承载力试验案

2.1 试验原理

单桩静载荷试验是用于测定在竖向荷载作用下桩体承载能力的一直原位测试方法。在单桩完成施工后，对桩体采用分级加载的的方式施加荷载，并记录分级加载过程中不同时间的沉降量，然后通过计算得到所试验桩的承载力。本次试验按《建筑地基检测技术规范》JGJ340-2015的有关规定进行，采用堆载提供反力进行荷载试验。

2.2 试验荷载

根据《建筑地基检测技术规范》JGJ 340-2015第6.1.2条关规定，本次单桩载荷试验最大加载量应不小于3.14×0.45×0.45÷4×400×2=127.17 KN，试验时取135 KN。

本次单桩静载荷试验的加载反力采取压重平台反力装置，设置两个支墩。压重平台反力装置提供的反力不小于135×1.2=162 KN。

2.3 试验准备

(1)检测前，施工单位应将桩顶浮浆或松散、破损部分凿除，露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净。

(2)桩顶标高、地基土的标高都应满足设计所要求的高度。

(3)施工单位应配合搭设好压重平台反力装置，压重应在试验前一次性加足，并应均匀稳固地放置于平台上。

2.4 试验方法

(1)千斤顶的合力中心、承压板中心应与受检桩中心在同一铅垂线上。

(2)沉降量采用两个量程为50 mm的百分表进行测量；两个百分表对称安装在承压板上，各百分表距承压板边缘的距离一致，约为25～50 mm；百分表应固定在基准梁上。

(3)试验时采用慢速维持荷载法。

(4)加载分级：按最大加载量的1/10逐级等量加载，其中第1级取分级荷载的2倍即第1级加载27 KN，之后第2级至第9级每级加载13.5 KN。

(5)采用27 KN进行分级卸载(27 KN为每级加载的2倍)。

(6)加、卸载时荷载不能产生冲击，不连续、不均匀传递的现象，且在每级荷载加载后维持荷载上下浮动不得超过过分级荷载的10%。

(7)每施加一级荷载后，按第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min测读桩顶沉降量，然后每30 min读一次百分表的读数。

(8)当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。桩顶沉降相对稳定标准：每1 h内桩顶沉降量不超过0.1 mm，并连续出现两次，从分级荷载施加后的第30 min开始，按1.5 h连续三次每30 min的沉降观测值计算。

(9)在卸载的过程中没记荷载要保证加载时间不少于1 h，在0.25 h、0.5 h和1 h的时刻读取百分标的和读数；当荷载全部卸载完成后，还需要在测读百分表3 h，分别在0.25 h、0.5 h、1 h、2 h和3 h的时候读取百分表的读数。

2.5 终止加载条件

当出现下列情况之一时，即可终止加载。

(1)当P-S图像上出现陡降段，且桩顶的累计沉降量大于40 mm；

(2)在某次分级加载下此次加载的沉降量大于上一级加载所产生沉降量的2倍，并在24 h百分表数值仍有变化的。

(3)桩身发生破坏，其顶部变形陡然变大；

(4)P-S曲线变化趋于平缓，桩顶累计沉降量大于70 mm；当桩深大于25 m，加载需等到桩顶累计沉降量大于90 mm；

(5)加载至要求的最大试验荷载，且承压板沉降速率达到相对稳定标准。

3 现场检测数据分析

各试验点单桩承载力特征值，单桩静载荷试验结果见表1，其1～4号试验点的P-S曲线图如图1所示。

图1 K33+300～K33+600段填方边坡治理单桩静载荷试验

由试验数据结果表1和P-S可以看出K33+300～K33+600段填方边坡治理段抽检检测桩基4根，各试验点均加载至最大试验加载荷载135 KN，P-S曲线平缓，未出现陡降段，桩的平均沉降量约为24.81 mm，沉降量与平均值最大偏差约为2.9 mm，约占平均值的11.98%大于5%，说明施工质量或是成桩质量还是有所差异，需要进一步提高。但各个桩的沉降量均小于最大设计沉降量400 mm，同时单桩承载力试验特征值均大于设计特征值(0.4 MPa)，满足设计要求。

对于桩身质量控制的建议：(1)首先从桩体的原材材料控制，因为混凝土桩的强度主要是靠混凝土强度来实现的，所以混凝土的质量直接决定了桩体的质量，而组成混凝土的原材料水泥、砂、石、外加剂等质量的好坏也决定了混凝土的质量，所以需要保证原材了得质量，加大对成桩桩混凝土原材料的检验。(2)对成桩的施工方法进行控制；首先成孔质量要有所保证，桩径、垂直度、沉渣厚度是保证桩基承载力的关键性因素，成孔的质量的好坏直接会影响成桩的好坏。一旦成孔出现现问题，成桩质量后就很难处理，所以加强过程中对成孔质量的检测，检测内容包括：中心位置、孔径、倾斜度、孔深、沉淀厚度、清孔后泥浆指标。(3)在成桩的过程中要保证关键设备充足，保证混凝土的可以连续贯入；混凝土的和易性良好；在提拔导管时要通过测量混凝土的灌注深度空已拆下导管的长度。

4 结 论

通过分析试验数据，可得K33+300～K33+600段填方边坡治理段软土路基处抽检检测桩基4根，各试验点均加载至最大试验加载荷载135 KN，P-S曲线平缓，沉降量均小于最大设计沉降量400 mm，同时单桩承载力试验特征值均大于设计特征值(0.4 MPa)，满足设计要求。并根据现场试验所得试验桩的沉降量最大偏差与平均值的比值为11.98%大于5%，说明施工或成桩质量有所差异，还需从桩基的原料、成孔质量和施工的工艺中进一步控制。