载荷试验在基桩承载力检测中的应用研究

李必敬

摘要 近年来，随着城市化进程的加快，高层建筑、桥梁、隧道等大型工程的建设越来越频繁，准确地检测和评估基桩的承载力成为当前土木工程领域的热点问题之一。文章通过对1#和2#桩基展开现场的载荷试验，测量在不同荷载作用下后注浆技术对基桩桩身轴力、基桩侧阻力、基桩端阻力和沉降变化规律的影响，明确了载荷试验在基桩承载力检测中的应用。结果表明，基桩桩身轴力随着荷载等级的增加，逐渐增大，随着深度的增加整体呈现递减的趋势，在深度为29.6 m时发生突变，下降的速率进一步增大。随着荷载等级的增加，桩侧阻力和端阻力呈现递增的趋势；采用后注浆分层技术的2#基桩的极限承载力、总侧阻力和端阻力均大于未采用后注浆分层技术的1#基桩。

关键词 载荷试验；基桩；承载力检测

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）16-0114-03

0 引言

近年来，随着城市化进程的加快，高层建筑、桥梁、隧道等大型工程的建设越来越频繁，这些工程的基础承载力的稳定性对工程的安全运行至关重要[1-3]。因此，在工程建设中，对基础承载力的检测和评估显得尤为重要。基桩是地下工程中常用的基础形式之一，它能够有效地传递载荷至地下深处，提高地基的承载能力。然而，由于地下土层的复杂性，以及基桩施工中的一些不确定性因素，如土体的不均匀性、地质条件的变化、施工工艺的不规范等，导致基桩承载力的真实情况难以准确评估[4]。因此，如何准确地检测和评估基桩的承载力成为当前土木工程领域的热点问题之一。载荷试验是目前常用的一种评估基桩承载力的方法，通过对基桩施加一定的荷载，测量其在不同荷载水平下的变形和应力变化，进而确定其承载力和变形性能。该方法具有操作简单、直观易懂、能够获得较为准确的承载力数据等优点，在基础承载力检测中得到了广泛应用[5-6]。该文通过对1#和2#桩基展开现场的载荷试验，测量在不同荷载作用下后注浆技术对基桩桩身轴力、基桩侧阻力、基桩端阻力和沉降变化规律的影响，明确了载荷试验在基桩承载力检测中的应用。

1 工程概况

该工程建设场地的地貌单元为钱塘江冲海积沉积平原，楼高518 m共110层，地下室四层，原场地分布有农田、民宅、池塘，现局部已用碎石、块石、砖块、混凝土块等建筑垃圾回填，目前场地略有起伏，各勘探孔口标高为4.66～10.10 m。经地质勘察发现地层自上而下共分8个大层，16个工程地质亚层，即杂填土、粉土、黏土、粉砂、圆砾、粉质黏土、泥质粉砂岩，勘察等级属甲级。两根基桩的桩长为40 m，持力层的土质为泥质粉砂岩，桩端刺入8 m，基桩直径为1 100 mm，采用旋挖成孔水下灌注施工工艺，其中1#基桩不采用后注浆技术处理，设计的承载力标准值为21 000 kN，当基桩的承载力达到设计值的1.3倍被视为破坏；2#基桩采用后注浆技术处理，设计的承载力标准值为33 000 kN。

2 试验材料及方法

基桩载荷试验的加载装置由油压传感器、千斤顶和静载测试仪组成，彼此之间由特制导线连接。1#基桩共设置12级荷载，最低荷载为4 200 kN，最大荷载为27 300 kN，2#基桩共设置10级荷载，最低荷载为6 600 kN，最大荷载为36 300 kN。电脑设定分等级荷载，通过油压加载系统将对应的力施加基桩上，待荷载和轴力以及沉降度数稳定后才能施加下一级荷载，待施加到目标荷载后，进行卸荷试验，每一级卸荷等级的大小应为分级加载大小的2倍，每级卸荷时间为0.5 h。采用光纤传感器法测量沉降，在测量前，需要安装光纤传感器设备。将光纤传感器沿着基桩埋入土壤中，传感器的一端固定在测量点上，另一端连接到读数器上。传感器记录土壤的变形信息，并把信息转化成光纤长度的变化。通过读数器可以获取沉降量的变化情况。通常每隔一段时间进行一次测量，将测量数据记录下来。沿桩身不同高度设置传感器，每一个高度沿桩身设置四个传感器，取其平均值为该深度处的桩身轴力。桩身的轴力、桩侧阻力和桩端阻力的计算公式如下：

3 测试结果分析

3.1 基桩桩身内力

图1（a）显示了不同荷载等级下1#桩体轴力与深度的关系，可知1#基桩桩身轴力随着荷载等级的增加，逐渐增大，在4 200 kN荷载等级下的最小轴力为311 kN，在27 300 kN荷载等级下的最小轴力为12 718 kN。随着深度的增加整体呈现递减的趋势，在深度为29.6 m时发生突变，下降的速率进一步增大。桩基的承载力主要来自土层的支持，一般情况下，离地面较近的土层所承受的压力比较大，离地面较远的土层所承受的压力比较小。因此，随着桩基深度的增加，桩身所受的土层压力逐渐减小，导致桩身轴力整体呈现递减趋势。发生突变现象的原因是多方面的，首先桩基的形状或长度发生变化，在深度为29.6 m处可能存在一种特殊的情况，导致桩基形状或长度发生变化，从而导致桩身轴力发生突变；其次，在深度为29.6 m处可能存在一种特殊的荷载变化，从而导致桩身軸力发生突变；最后，在深度为29.6 m处可能存在一种特殊的施工问题，导致桩身轴力发生突变。图1（b）显示了桩侧阻力和端阻力分布，由图可知随着荷载等级的增加，桩侧阻力和端阻力呈现递增的趋势。首先，随着荷载等级的增加，桩基所受的荷载也随之增加，导致桩周土层的压实和固结程度增加，从而提高了桩侧阻力和端阻力；其次，随着荷载等级的增加，桩基所受的荷载也随之增加，导致桩周土层的变形程度增加，从而提高了桩侧阻力和端阻力；接着荷载增加也可能导致桩身与土层之间的摩擦力增加，进而提高桩侧阻力和端阻力；最后，随着荷载等级的增加，土层的内聚力和黏聚力也随之增加，从而提高了桩侧阻力和端阻力。

3.2 不同方法测量的基桩沉降

图2显示了1#基桩和2#基桩的Q-S曲线。由图可知1#基桩随着荷载的增加沉降逐渐增大，在27 300 kN荷载作用下，沉降达到最大值为73.49 mm，随着卸载沉降逐渐减小，卸载后的沉降值为61.5 mm，沉降回弹量为11.99 mm。2#基桩随着荷载的增加沉降逐渐增大，在36 300 kN荷载作用下，沉降达到最大值108.24 mm，随着卸载沉降逐渐减小，卸载后的沉降值为91.25 mm，沉降回弹量为16.99 mm。由此可见基桩在荷载作用下发生了沉降回弹。在荷载作用下，土体受到了压缩变形，导致基桩发生沉降。随着荷载的增加，土体的压缩变形增加，导致基桩沉降逐渐增大。卸载后，土体受到的压力减小，压缩变形逐渐恢复，导致基桩发生回弹。沉降回弹量的大小取决于土体的压缩性质和基桩的刚度。2#基桩的沉降回弹量比1#基桩的沉降回弹量大是由于两者的注浆技术不一样导致2#基桩的刚度相比1#基桩较小，因此2#基桩的沉降回弹量也会比较大。

3.3 后注浆技术效果评价

随着深度的增加，最大桩侧阻力逐渐增大，且后注浆分层技术在任一深度区间内的最大桩侧阻力大于非后注浆分层技术，两者之间的差异随着深度的增加先增加后减小，在深度为29.7～32 m区间内达到最大，在深度为32～38.9 m区间，非后注浆分层技术的最大桩侧阻力为265 kPa，后注浆分层技术的最大桩侧阻力为395 kPa。桩侧阻力随着深度的增加而增加，这是由于土体的受力状态、土层的性质和桩基与土体的相互作用等因素的影响，后注浆分层技术是指在灌注桩施工过程中，在桩侧注入分层浆液，可以改善桩侧土体的力学性质，增加桩侧阻力。相比之下，如果不采用后注浆分层技术，则桩侧土体的力学性质可能会较差，导致桩侧阻力较小。因此，后注浆分层技术可以增加桩侧阻力，提高桩的承载力和稳定性。显示了不同注浆技术对桩体承载力的影响。采用后注浆分层技术的2#基桩的极限承载力、总侧阻力和端阻力均大于未采用后注浆分层技术的1#基桩，经过后注浆技术处理的2#基桩，其侧阻力相对1#基桩增大了32.23%，端阻力相对1#基桩增加了46.6%。

4 结论

该文以某项目为工程背景，通过对1#和2#桩基展开现场的载荷试验，测量在不同荷载作用下后注浆技术对基桩桩身轴力、基桩侧阻力、基桩端阻力和沉降变化规律的影响，明确了载荷试验在基桩承载力检测中的应用，得出以下结论：

（1）基桩桩身轴力随着荷载等级的增加，逐渐增大，随着深度的增加整体呈现递减的趋势，在深度为29.6 m时发生突变，下降的速率进一步增大。随着荷载等级的增加，桩侧阻力和端阻力呈现递增的趋势。

（2）基桩随着荷载的增加沉降逐渐增大，随着卸载沉降逐渐减小，基桩在荷载作用下发生了沉降回弹。沉降回弹量的大小取决于土体的压缩性质和基桩的刚度。

（3）随着深度的增加，最大桩侧阻力逐渐增大，且后注浆分层技术在任一深度区间内的最大桩侧阻力大于非后注浆分层技术，两者之间的差异随着深度的增加先增加后减小，在深度为29.7～32 m区间内达到最大，在深度为32 ～38.9 m区间，非后注浆分层技术的最大桩侧阻力为265 kPa，后注浆分层技术的最大桩侧阻力为395 kPa。

参考文献

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