基础试验桩的单桩竖向抗压静载试验研究

彭曦

摘 要：为了探究基础工程桩单桩竖向抗压静载，本研究通过堆载试验法，明确试验装置、技术参数、安装等要点，检测反力装置采用压重平台，检测期间做好数据记录和数据分析。得出试验结果：本次共检测1根试验桩，所检测的试验桩其沉降量未达40 mm，Q～S曲线呈缓变形，其单桩竖向抗压承载力特征值满足设计要求。本试验采取的方法效果显著，值得推广与实践。

关键词：基础工程;工程桩;竖向抗压静载试验;加载方式;Q～S曲线

中图分类号：TU473.1      文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）11-0084-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.019

Research on Vertical Compressive Static Load Test of Single Pile for Foundation Test Pile

PENG Xi

（Hunan Construction Engineering Quality Testing Center Co.， Ltd.， Changsha 410000， China）

Abstract：  To explore the vertical compressive static load of single pile in foundation engineering. The test device， technical parameters， installation and other key points were defined by the heap load test method. The pressure platform was adopted for the test reaction device. Data were recorded and analyzed during the test.  A total of 1 test pile was tested， the settlement of tested pile was less than 40mm， Q-S curve showed slow deformation， and the characteristic value of vertical compressive capacity of single pile met the design requirements.The method adopted in this experiment is effective and worthy of popularization and practice.

Keywords： foundation engineering; engineering pile; vertical compressive static load test; loading mode; Q～S curve

0 引言

堆載反力梁装置使用比较广泛，其承重平台搭建简单，适用于不同荷载量试验，以及不配筋或少配筋的桩，可对工程桩进行随机抽样检测。在千斤顶配合下，该装置可以将力比较均匀而缓慢地施加到桩上，能明显改善电动油泵加载中的过冲现象，从而使荷载量的大小比较容易控制。在建筑工程中桩基础是工程安全与质量的保障，要求桩基的力学特征符合要求，确保能为建筑物的结构安全与质量提供保障。本研究以欢乐海洋主体施工项目二标段B2栋为例，对单桩竖向抗压静载进行试验，得到检测结果，为桩基设计与优化提供参考。

1 工程概述

工程场地位于湖南省长沙市大王山旅游度假区湘江欢乐城西南方向，是在建工程主体施工项目二标段B2栋，该工程由某土木建筑设计研究院有限公司设计，为框剪结构。采用旋挖钻孔灌注桩基础，桩径、桩身混凝土设计强度分别为φ800 mm、C40，将持力层为微风化灰岩设计在桩端。基桩工程施工期间总桩数、单桩竖向抗压承载力特征值分别为142根、5 000 kN。2020年，对该工程的基桩进行试验桩单桩竖向抗压静载试验。

2 场地地基条件

2.1 人工填土

填筑时间约3 a，按照成分可分为以下两种。①素填土。颜色为黄褐色，组成为黏性土，同时还有一部分风化岩碎石块与建筑垃圾组成，块石存在于局部地段，块径>1.0 m，近期堆填，稍湿～湿，自重固结没有完成。标高在顶层的变化为33.10～48.93 m，层厚0.30～30.40 m，平均厚度9.22 m。②杂填土。色杂，由建筑水泥块、固结后的水泥渣、砖渣等组成，成分不够单一，且密实度不均匀;层顶标高变化为32.33～48.91 m，层厚0.30～6.40 m，平均厚度2.42 m。

2.2 耕植土（Q4pd）

这类土属于原来的地表土，由黏性土、少量植物根茎共同组成，处于湿～很湿的状态。主要分布在工程地质区，层顶标高变化为34.04～37.88 m间，层厚0.50～0.70 m，平均厚度0.54 m。

2.3 第四系全新世冲积（Q4al）粉质黏土

这类土颜色为灰褐色与黄褐色，灰白色高岭土夹杂在局部，黑色氧化物颗粒清晰可见。主层顶标高变化为32.07～44.15 m，层厚0.70～6.20 m，平均厚度2.16 m。

2.4 第四系晚更新世冲积（Q3al）层

此类土主要分布在工程地质分区，按其状态及其成分可分为如下两层。①黏土，颜色为红褐色与黄褐色，白色夹杂其中，结构为网状，稍湿。切面光滑，光泽反应一般层顶标高变化为40.25～47.65 m，层厚1.10～9.70 m，平均厚度4.38 m。②含圆砾粉质黏土，颜色为褐黄色，有灰白色夹杂其中，圆砾不均匀掺在其中，粒径为0.2～4.0 cm，稍湿。切面没有光泽，稍显光滑。层顶标高变化、层厚、平均厚度分别为34.13～43.67 m、2.40～7.80 m、4.15 m。

2.5 第四系残积（Qel）层

按其状态及母岩成分可分为以下两层：①粉质黏土。呈褐黄色，系砂岩风化岩残积而成，原岩结构清晰，不均匀夹有强风化岩石碎块，稍湿。层顶标高变化为27.03～45.99 m，层厚0.40～8.90 m，平均厚度1.69 m。②黏土。呈灰褐色，系灰岩残积而成，很湿，软塑～可塑状态，切面光滑，光泽反应一般，其干强度及韧性中等，摇震无反应，局部不均匀的含有少量碎石及砾石。层顶标高变化为26.94～42.33 m，层厚0.40～10.00 m，平均厚度2.48 m。

2.6 泥盆系（D）地层

由砂岩及灰岩组成，具体如下。

①强风化砂岩。颜色为黄褐色与灰绿色，矿物大部分都被风化，结构为层状，属极软岩，岩体容易破损，短柱状为岩芯，很难用手折断岩石单块[1]。岩芯采取率、岩石质量指标分别为60%～85%、RQD<25。层顶标高为28.01～45.05 m，揭露厚度为0.40～5.45 m。②中风化砂岩。呈灰绿色、灰白色，主要矿物成分为石英及长石等，硅质胶结为主，细粒结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈碎块状及柱状，敲击声脆。其岩体较完整，属软岩，岩芯采取率为80%～90%，岩石质量指标RQD为60～80，为较差～较好，岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭露厚度为0.90～3.57 m。

3 单桩竖向抗压静载试验

单桩竖向抗压静载试验经济效益好、操作便捷、可确保单桩竖向极限承载力标准值与桩身质量符合要求。

3.1 试验装置

在本试验中所运用到的装置有位移传感器、压力传感器、千斤顶、方形大梁、混凝土配重等，其规格、数量如表1所示。在试验前，要做好设备检查与调试，确保设备符合试验要求，在试验结束后做好设备清洁工作，并将设备归还于指定单位。

3.2 参数要求

3.2.1 测试参数。

①主机与数控盒组网成功后，选择《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）。

②连接位移传感器，检查传感线是否损坏，位移传感器警戒值不超过50 mm。

③严格按标定证书上的标定表值设置千斤顶的工作压强。

3.2.2 基准桩的搭建和基准梁的搭设。

①基准桩需要布设得比较牢固，并且要方便架设基准梁。

②尽量将基准桩埋设较深，确保符合标准。

③基准梁要具有较强的刚度，同时还要避免外界因素的干扰，比如气温、振动等。

3.2.3 位移传感器的安装。传感器安装后，必须竖直。磁性表座在基准梁上面要安装牢固，避免对试验产生影响。位移传感器的正确安装方式是安放在桩头以下20 cm处。

3.3 试验加卸载方式

采取分级加载，逐级等量的方式。预估极限承载力的1/10确定为分级荷载，第一级荷载为分级荷载的2倍。采取分级卸载的方式，每级卸载量需合理确定，为分级荷载的2倍[2]。荷载需在加载与卸载过程中均匀、连续传递，变化幅度要在每级荷载中合理控制，确保其控制在分级荷载的±10%以内。

3.4 终止加载的条件

①桩顶沉降量在某级荷载作用下，是前一级荷载作用下沉降量的5倍大。桩顶沉降稳定后，总沉降量在40 mm以内时，需加载到桩顶，要求总沉降量在40 mm以上。

②桩顶沉降量在某级荷载作用下，要比前一级荷载作用下沉降量大2倍，在24 h之后稳定性未达到标准。

③已达到设计要求的最大加载量。

④锚桩上拔量在工程桩作锚桩过程中，必须达到允许值。

⑤当荷载—沉降曲线呈缓变形时，可加载至桩顶总沉降量为60～80 mm;加载至桩顶累计沉降量超过80 mm，可在特殊情况下确定。

3.5 检测数据的分析与判定

在荷载变化下，沉降也会发生变化，按照这一特征可确Q～S曲线属于陡降形，荷载值要在发生明显陡降的起始点提取。

在时间变化下，沉降也會发生变化，按照这一特征可确定：荷载值可取s～lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

按照沉降量，缓变形Q～S曲线的荷载值可确定为s=40 mm;桩身弹性压缩量需在桩长大于40 m时进行考虑;桩直径在80 mm以上时，可取s=0.05 D（D为桩端直径）对应的荷载值[3]。

3.6 加载方式

选择压重平台为本项目的检测反力装置，压重物重量在平台上需合理控制，要求能在预估施加总荷载的1.2倍以内，施加荷载可使用6 300 kN千斤顶2台实现，全自动加载可使用静载仪、传感器并联在千斤顶油路上，可对荷载值进行读取，对称安装4个位移传感器，对沉降变形进行观测。采用慢速维持荷载法的加载方式，按设计要求的承载力特征值2倍计算最大加载量，也就是5 000 kN×2=10 000 kN。分9级进行加载，第一级与其他各级加载量分别为2 000 kN、1 000 kN。

沉降相对稳定标准：桩顶沉降量要求控制在0.1 mm/h以内，且出现次数为连续2次，桩顶沉降速率处于一个比较稳定的范围时，要对下一级荷载进行施加[4]。卸荷需分为5级进行，在每级荷载需维持1 h，桩顶沉降量测读时间分别为15 min、30 min、60 min，可以卸下一级荷载;卸载到0后，对桩顶残余沉降量进行读取，要将时间控制在3 h以内，测读时间分别为第15 min、30 min，以后每隔30 min测读一次桩顶残余沉降量。

3.7 试验原理及现场检测

3.7.1 试验原理。施加轴向压力需在桩顶逐级进行，对桩顶随时间发生的沉降进行观察，单桩竖向抗压承载力可按照荷载与位移的关系予以确定，也就是Q～S曲线。

试验最大加荷值的确定如公式（1）所示。

Q=2×Ra       （1）

式中：Q为试验最大加荷值，kN;Ra为设计要求检测单桩承载力特征值，kN。

3.7.2 现场检测。

①工作内容。对场地进行勘查，并对场地进行合理布置，对试验点进行确定，做好仪器的安装与拆卸工作，对观测点和观测设施进行设置，对观测仪器进行校正、加荷，并做好观测与记录，对试验资料进行整理，对图表进行绘制与计算，做好数据统计，编写报告，提供正式检测成果。

②观测程序。

a.沉降观测。加载需分10级进行，桩顶沉降量需在对每级施加荷载后的第5 min、15 min、30 min、45 min、60 min进行测读，之后可按照每隔30 min测读一次的方法进行。

b.试桩沉降相对稳定标准。桩顶沉降量规定需控制0.1 mm/h，且需连续出现2次。

c.施加下一级荷载要求桩顶沉降速率达处于一个相对稳定的状态。

d.卸载时，每级荷载应维持1 h，桩顶沉降量需分别按照第15 min、30 min、60 min测读，然后进行下一级荷载的卸载;卸载到0后，要对桩顶残余沉降量进行读取，时间需控制在3 h以上，测读时间分别为第15 min、30 min，以后每隔30 min测读一次桩顶残余沉降量。试验结果如表2所示。

4 结果分析

4.1 检测试验数据及分析

本次共检测1根试验桩，桩长、桩径分别为15.80 m、800.00 m。在检测时，荷载分为10个等级，所检测的试验桩其沉降量未达40 mm，Q～S曲线呈缓变形，极限荷载的陡降段没有出现，按最大试验荷载确定单桩竖向抗压极限承载力，为不小于10 000 kN，这样就可以计算出单桩竖向抗压承载力特征值不小于5 000 kN。

4.2 试验关系曲线

抗压试验数据可由试验获取，并对所测桩的桩顶沉降量与荷载对应关系Q～S曲线，桩顶沉降量与时间对数关系s～lgt曲線进行绘制，如图1、图2。

4.3 检验结论

在本次测试中，单桩竖向抗压静载试验所检测的试验桩为1根，单桩（107#试验桩）竖向抗压承载力特征值为5 000 kN以上，满足设计要求。Q～S曲线图在2 000 kN时较陡，在2 000～8 000 kN之间变得缓和，在8 000 kN以后图像有明显下弯。在30 mm之前s～lgt曲线较缓和，变化不大，但在30 min以后发生较大变化。

5 结语

基础工程桩单桩竖向抗压静载试验要注意很多要点，做好试验工作，能对单桩竖向抗压承载力极限值进行准确计算，为提升群桩效率和建筑物的安全提供保障。试验过程中，要做好工艺控制，确保数据获取的精准性与可靠性，同时也要在试验期间，做好数据记录，并最终计算出荷载值。

参考文献：

[1] 邓岳飞，张向阳，苏强，等.后注浆与非注浆单桩竖向抗压极限承载力及侧阻力对比分析[J].工程勘察，2018，46（6）：29-32.

[2] 赵春风，吴悦，赵程，等.黏土中桩端后注浆单桩抗压承载特性室内模型试验研究[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2019，52（12）：1235-1244.

[3] 陈东升，周标和，吴春燕，等.沉桩方式及桩型对湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性的影响[J].科学技术与工程，2020，20（29）：12071-12077.

[4] 王杰，李建辉，韩易桐.多层级锚索反力静载检测装置在超大荷载桩基试验检测中的应用[J].建筑技术，2021，52（3）：355-356.

[5] 何玮山.锚桩压重联合法在某工程管桩单桩竖向抗压极限承载力试验中的应用[J].建筑监督检测与造价，2014，7（2）：38-4.