单桩竖向抗压静载试验在P HC-600管桩的应用研究

谢红华

引言

PHC 管桩是预制桩中最常用桩， 其成型工艺主要采用先张法和离心法，是通过蒸压养护的方式制备而成的预制构件。 由于PHC 管桩采用工厂预制的成型方式，其成桩的质量可以得到有效保证，且桩身强度较高(一般不小于80MPa),桩端可以打入致密的砂层或强风化岩层， 因此其单桩承载能力高[1-2]。 同时因PHC 管桩可根据使用环境进行设计，造价可控、桩长灵活，且因养护周期短能极大地缩短工期等特点，其在建筑、桥梁等领域得到了广泛应用。

目前，PHC 管桩的施工主要采用锤击或者静压的方式，桩身在外力作用下进入土层，由于地质、施工现场情况复杂，其成桩质量可能存在一定的缺陷，从而影响到基桩的承载力。 当前，国内外常用的桩身承载力检测方法主要有静载试验和动力检测法，其中静载试验因其检测结果更直观可靠，因此，在地基基础工程检测中应用广泛。 当前，基桩工程中直径500mm 的管桩应用较为广泛，而直径600mm 的管桩应用较少，因此尚缺乏600mm 管桩单桩竖向抗压静载试验效果的相关研究。 本文详细阐述了单桩竖向抗压静载试验检测技术以及试验过程中常见的问题，并结合PHC-600 管桩检测实例对静载试验的应用效果进行了分析，以期为以后的工程检测提供参考。

单桩竖向抗压静载试验检测技术

单桩竖向静载试验是指通过堆载的方式，将堆载荷载缓慢均匀地传至建筑物的基桩上，通过实时采集不同荷载作用下的沉降量绘制出Q-s 及s-lgt等辅助曲线，最后根据绘制的曲线对基桩承载能力进行判断。 静载试验根据不同的荷载加载方式，又可分为堆载法、锚桩法和自平衡法[3]。 目前，国内工程多使用堆载法， 即以受检桩为中心搭设试验平台，在平台之上堆放砂袋、混凝土块体、钢锭等较为常见、密度较大、形状规则的配重，中间通过千斤顶加压，给受检桩提供竖向压力，从而检验受检桩的承载力是否满足设计要求[4]。 堆载法检测桩基承载能力的示意图如图1 所示。

静载试验常见的问题

1.基准不稳定

在单桩竖向抗压静载检测过程中， 通常采用百分表来测量桩顶位移。 试验的重点是基准是否稳定。 基准不稳定，再精确的测量设备也没有用，基准不稳定主要由两个方面引起： 一是基准桩不稳定， 压重对桩周围形成的附加压力容易引起基准桩的下沉。 特别是在大吨位检测中，即使被检测桩、基准桩与支墩的距离能够满足≥4d（d，桩身的外径尺寸）且≥2m，在荷载作用下支墩仍会有明显的沉降影响基准桩的稳定性；二是基准梁的刚度不够，或者是温度变化过大，使得基准梁产生较大的挠曲变形，最终影响桩沉降的测量。

2.主梁压实千斤顶

基桩静载试验常采用的是压重平台反力装置，开始试验前压重全部由支墩承受，若地基承载力不足时会造成基桩下沉，下沉量较大时会造成试验前主梁压实千斤顶的情况。若此时进行基桩承载能力试验， 基桩会因试验前已承受竖向抗压荷载下沉，开始试验时因桩顶沉降量非常小，直接影响试验结果的判断[5]。

3.静载试验本身会对桩底承载力产生影响

就单桩竖向受压承载力而言，当静载试验结果判定承载力不满足设计要求时， 有这样两种情况：一是经过静载试验后基桩的承载力提高了，如基桩底有沉渣时，沉渣在重载作用下被压实，此时按照规范要求该基桩的极限承载力是不满足设计要求的，但可能不需要对该桩进行处理；二是经过静载试验后桩的承载力明显降低了，例如静载试验第九级或第十级加载时发生桩身破坏，千斤顶油压值降得很低，原本承载力只是略低于设计要求，按照规范，虽然这根桩的承载力可以定得很高，但是该桩可能已经被压坏报废了。

工程应用分析

本次依托的项目为某住宅项目， 桩基类型为PHC-600-130 管桩， 桩身混凝土设计强度等级为C80，设计最大承受荷载为6300kN，设计桩端持力层为散体状强风化花岗岩， 受检桩号为6-2#、6-43#和6-56#。 基桩设计等级为甲级，拟建建筑物的抗震设防类别为丙类（标准设防），工程重要性等级为一级；场地地质环境已经受到一般破坏，场地复杂程度等级为二级。各岩土层物理力学性能参数详见表1 所示。

表1 各岩土层物理力学性能参数

1.检测方案

本次单桩竖向抗压静载试验严格按照《建筑基桩检测技术规范》的标准执行。 试验加荷方式采用慢速维持荷载法， 每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载， 直到受检桩破坏， 然后分级卸载到零。 试验由并联安装在桩顶的2 个液压千斤顶（QF630T—20b）进行逐级加荷，千斤顶合力中心与桩顶形心位置重合，加载量（油压）由联装于千斤顶的数字压力计测读， 千斤顶所需的反力由混凝土块堆重平台承担， 堆重平台支座位置和面积均满足规范要求， 桩顶沉降由对称方向安装的4个位移传感器测读， 沉降测定平面位于桩顶以下不小于200mm 的位置，测读数据由静力载荷测试仪自动采集处理。

2.单桩竖向抗压静载试验数据

单桩竖向抗压静载试验Q-s、s-lgt 曲线如图2～4 所示。 单桩竖向抗压静载试验数据6-2#、6-43#和6-56#等3 根受检桩的每级荷载增量均为630kN， 从图中可以看出， 受检桩加载过程平稳，PHC 管桩在加载过程中桩身状态稳定， 未出现异常现象。

3.检测结果

6-2#、6-43#和6-56#等3 根受检桩最大试验荷载均加至6300kN。 3 根受检桩在最大试验荷载作用下的桩顶累计沉降量均小于40.00mm，且在每级荷载作用下的各级沉降增量均无明显增大的现象（Q-s 曲线无明显的陡降段），故3 根受检桩均未达到极限承载状态，最大试验荷载6300kN为其单桩竖向抗压极限承载力。3 根受检桩的抗压静载荷试验结果如表2 所示。

表2 抗压静载荷试验结果

结语

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014） 中单桩竖向抗压静载试验方法对3 根PHC管桩进行了承载能力检测。 检测结果表明，受检桩均未达到极限承载状态，满足设计要求。 上述工程实际应用表明，单桩竖向抗压静载试验，不仅操作简便， 而且能够准确可靠地为基桩竖向抗压承载力提供判断依据， 对建筑设计和工程验收具有重要的意义。 不过，虽然目前静载试验是桩基承载力检测最直接、最可靠的方式，但是受地质条件、施工技术、现场环境等因素的影响，桩基承受的荷载变得异常复杂。 因此，在静载试验检测过程中，检验人员务必严格按照规范要求进行操作， 防止因操作不当对检测结果造成影响。