大直径钻孔灌注桩试验桩检测数据分析研究

2021-07-29胡长友王西荣桑多林

安徽地质 2021年2期

胡长友，王西荣，桑多林

(安徽省地质实验研究所，安徽合肥 230001)

0 引言

某建设工程项目，因建筑场地和地基的复杂程度及工程重要性判定工程勘察等级为甲级，项目建设前的基桩设计与施工方案的确定尚无基础性的实验数据支撑，基桩承载力试验工作显得尤为重要。设计单位认为，该工程场地在进行基桩施工前，必须打试桩，并进行基桩承载力检测，以准确确定基桩极限承载力值，为设计单位提供依据。

1 工程概况

依据该项目岩土工程地质勘察报告(详勘)，此项目通过一般孔、控制孔、静力触探孔施工，采取了原状土样、岩石样、水样，进行了现场标准贯入试验、场地波速试验，同时对各勘察钻孔进行了高程与定位测量等工作，并通过对现场原位测试及室内岩土实验资料综合分析给出了相关基桩及地层的有关参数。本场地的工程地质分层情况由上至下依次为①层杂填土；②层黏土；②层黏土；③层粉质黏土夹粉土；④层强风化泥质砂岩；⑤层中等风化泥质砂岩。各土层具体特征见表1。

表1 工程地质分层表Tabel 1.Stratification of engineering geology

该工程基桩设计拟采用机械钻孔混凝土灌注桩，桩端持力层为第⑤层（中风化泥质砂岩）。为准确掌握拟设计桩的单桩承载力，先行设计打试桩6根，桩长42.0m，桩身直径为1100mm，桩身混凝土强度等级为C30，设计单桩竖向抗压承载力特征值分为1、2两组（每组3根桩），其分别为12000kN、8400kN。

根据中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）3.3.4条的相关规定，分别对6根试桩分两组进行了单桩承载力竖向抗压试验。

2 试验方法介绍与数据采集

2.1 试验方法、依据与设备

本次试验采用2014慢速维持堆载法进行抗压静载试验桩极限承载力检测。根据建设部的规范（JGJ106-2014)，即《建筑基桩检测技术规范》要求，对设计的6根试桩进行极限抗压承载力试验，以准确确定该试验桩极限承载力的值，为设计提供依据。试验过程中的工作步骤是：平台搭施→电源线路接通检查→静载仪器与位移表安装→开始试验分级加载→数据位移量记录→达到预定加荷后进行卸载。

静载仪器和位移表由全自动静力载荷试验仪（JCQ-503B）、油压传感器（CYB-20S）、位移传感器（611-391-91572，91726，310300，12430）、液压千斤顶（1000T）、超高压油泵站（DBS1.5M-T额定压力63MPa）组成。利用箱型钢梁和工字型组成400m堆载平台，在堆载平台堆附规格为2000mm×1000mm×830mm的配重以获得不同的反力。可取720块配重块，能够提供本次试验所需的28800kN最大反力。

2.2 试验操作

2.2.1 逐级加载

试验时，根据规范要求，将待测试桩分成两组，每组为3根，各组包括1、4、6和2、3、5。试验时，应分级逐级加载，采用规范中指导的慢速维持法，分级以相同的加载量进行加载，每级加载的荷值，根据预估的单桩竖向抗压最大承载力值的大小，一般按预估极限荷载量的1/10控制加载。本次试验将加荷的荷载分为10级，首次1～2级可按照2倍分级荷载加载，加载量不小于承载力特征值的2倍，即，2400kN×2=4800kN、2160kN×2=4320kN、1920kN×2=3840kN、1680kN×2=3360kN，试验时取4800kN、4320kN、3840kN、3360kN，以后各级逐级加载2400kN、2160kN、1920kN、1680kN。

2.2.2 加载中数据观测

加载时，每级荷载在施加后，桩顶沉降观测分为两个阶段测读，应分别按第5min、15min、30min测读桩顶沉降量，以后每隔15min测读一次桩顶沉降量，荷载在每一级中，维持时间不得少于1h，如果在最后的30min时间段内，桩顶沉降位移增量与相邻30min时间间隔的桩顶沉降增量相比较，没有明显收敛，此时应该延长荷载维持时间，直至最后30min的沉降增量小于相邻30min的沉降增量（即沉降收敛），也就是，在每1h内，如果桩顶沉降量不超过0.1mm时，并连续两次出现前者标准（自分级荷载施加后第30min起算)，当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，才可以进行下一级荷载施加。

2.2.3 结束试验数据观测

本工程的6根试验桩的单桩竖向抗压静载试验均因试验荷载达到预定最大加载量且桩顶沉降达到稳定标准而终止加载。

试验桩单桩竖向抗压静载试验每级卸载量为加载时的两倍，在卸去加载荷载时，每级维持荷载15min，在维荷时间段内，测读时间按第5min、15min桩顶沉降量后，即可卸到下一级荷载。荷载卸至零后，桩顶残余沉降量应该及时按规范规定时间要求测读，时间维持1h，时间间隔按5min、15min、30min进行测读，以后每隔30min测读一次。

3 试验结果及数据分析

3.1 试验数据结果与曲线

通过单桩静载荷承载力试验，6根试验桩的试验结果数据见表2。

表2 单桩竖向抗压静载试验结果Tabel 2.Results of single pile vertical compressive static load test

获得工程桩

曲线，

-lg

曲线见图1。

图1 单桩竖向抗压静载试验Q-s和s-lg t曲线图Figure 1.Q-s and s-lg t curves of single pile vertical compressive static load test

3.2 数据分析评价

参照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)中4.4.2，4.4.3条，极限承载力特征值的确定依据是：对于陡降型

曲线，应取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；对于缓变型

曲线，宜根据桩顶总沉降量，取

等于40mm对应的荷载值；对

（桩端直径）大于等于800mm的桩，取

等于0.05

对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩；根据JGJ106-2014规范4.4.3条，参与统计的3根试验桩的抗压极限承载力极限数值之差，如果没有超过平均值的30%，单桩竖向抗压极限承载力统计值应取平均值。据此，根据静载试验的荷载-位移曲线（

曲线）及位移-时间曲线（

-lg

曲线），对基桩进行分析，以确定极限承载力值，再确定1、4、6、2、3、5试验桩的承载力特征值

。第1组试验分析：从1桩的单桩竖向抗压静载试验

曲线及

-lg

曲线在

为21600kN时，

曲线未发生明显陡降，而是变化平缓，

-lg

曲线也未发现明显下弯，各级荷载对应的时程曲线均较平坦，呈近于水平状变化且较稳定。根据缓变型

曲线及

曲线，取

等于0.05

对应的荷载值，由于桩长大于42m＞40m，考虑桩身弹性压缩，取55.00m处对应的荷载值21609kN，其单桩竖向承载力的特征值为10805kN。完全卸载后桩顶残余沉降为33.66mm，最大回弹量为26.89mm，回弹率为44.41%。对于4、6桩的单桩竖向抗压静载试验

曲线及

-lg

曲线当

分别加载至21600kN和19200kN并维持一段时间，曲线发生明显陡降，根据拐点法判断此处为拐点，同时根据

-lg

曲线在19200kN、16800kN时，曲线变化很稳定，且各级荷载对应的时程曲线较平坦，此时宜取前一级荷载值为试验极限值。由以上分析得出4、6桩单桩竖向极限承载力为19200kN、16800kN，单桩竖向承载力特征值分别宜对应取9600kN、8400kN。

参照建设部《建筑基桩检测技术规范》第4.4.3条，本组试验中的3根试验桩的单桩竖向抗压极限承载力极差，超过平均值的30%，应该去掉最大值，再重新统计，直至极差值小于平均值的30%，此时可取19203kN作为本组试验的单桩竖向抗压极限承载力统计值，单桩竖向承载力特征值确定为9602kN。

第2组试验分析：从2桩的单桩竖向抗压静载试验

曲线及

-lg

曲线在

为16800kN时，

和

曲线明显陡降，根据拐点法判断此处为拐点，继续维荷24小时后而终止加载。根据

-lg

曲线在15120kN时，曲线变化很稳定，且各级荷载对应的时程曲线较平坦，可取本级为承载力极限值，取曲线发生明显变化处对应的荷载值为极限值15120kN，其单桩竖向承载力的特征值为7560kN。完全卸载后桩顶残余沉降为34.89mm，最大回弹量为19.43mm，回弹率为55.69%。从3桩的单桩竖向抗压静载试验

曲线及

-lg

曲线在

为16800kN时，

和

-lg

曲线也未发现明显下弯，各级荷载对应的时程曲线均较平坦，呈近于水平状变化且较稳定。取最大试验荷载对应的荷载值16800kN作为承载力极限值，其单桩竖向承载力的特征值为8400kN。从5桩的单桩竖向抗压静载试验

曲线及

-lg

曲线在

为16800kN时，

-lg

曲线也未发现明显下弯，各级荷载对应的时程曲线均较平坦，呈近于水平状变化且较稳定。根据缓变型

曲线及

-lg

曲线，取

等于0.05

对应的荷载值，由于桩长（42m）大于40m，考虑桩身弹性压缩，取55.00m处对应的荷载值16076kN，其单桩竖向承载力的特征值为8038kN。

根据建设部《建筑基桩检测技术规范》4.4.3条，本次试验参与统计的3根试验桩的抗压极限承载力极限数值之差，如果没有超过平均值的30%，取15999kN作为单桩竖向抗压极限承载力统计值，单桩竖向承载力特征值应取7999kN。试验结果见表3。

表3 单桩竖向抗压静载试验结果Tabel 3.Results of single pile vertical compressive static load test

4 结论

本次试验桩经过现场实地检测与综合分析，根据中华人民共和国建设部《建筑基桩检测技术规范》规定（JGJ106-2014），判定第1组3根桩允许的极限承载力19203kN，允许的承载力特征值为9602kN；第2组3根桩允许的极限承载力15999kN，允许的承载力特征值为7999kN。均小于拟设计值12000kN和8400kN。

通过2014慢速维持荷载试验结果分析，应用2014慢速维持荷载在基桩检测中对于验证基桩极限承载力（承载力特征值）是否满足设计要求以及对于确定单桩承载力方面能够给予较为客观的准确数据与结论，为设计单位提供数据依据。2014慢速维持荷载试验对于检测预埋桩底后压浆管采用后压浆对钻孔桩桩底沉渣处理、提高基桩承载力以及对于钻孔扩底灌注桩的检测均具有良好的效果。