苗 琪

（中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002）

0 前言

基樁能夠提供大的承載力，減少建筑物的沉降，高層建筑的基礎(chǔ)多采用樁基礎(chǔ)。基樁工程質(zhì)量的好壞主要取決于2個因素，即承載能力與樁身質(zhì)量，而承載力是二者中的主要因素。樁基是埋入地下的隱蔽工程，樁的承載力與樁型、樁材、成樁工藝、土層特性等眾多復(fù)雜的因素有關(guān)，而巖土工程領(lǐng)域，理論能夠精確計算解決的問題十分有限。樁承載力的準(zhǔn)確測試對于各類建筑物基礎(chǔ)設(shè)計乃至上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計都起著舉足輕重的作用。長期以來，國內(nèi)外確定單樁承載力的方法很多，總體可分為2大類：第1類是對現(xiàn)場工程樁進(jìn)行靜載荷試驗和動力檢測；第2類是通過其他試驗統(tǒng)計，分別得出樁端阻力和樁身側(cè)阻力計算估計。靜載試驗方法雖然傳統(tǒng)、古老，但是接近樁的實際工作條件，方法直觀，迄今被世界各國工程界、學(xué)術(shù)界公認(rèn)是確定承載力最可靠的辦法。但承載力的確定各國、各行業(yè)略有不同，規(guī)范中非定量的判據(jù)，易于影響承載力結(jié)果判定，若不引起大家注意，看著直觀的靜載試驗，也難以得出科學(xué)的結(jié)果。

本文結(jié)合建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范、樁端土的極限端阻力、單樁豎向抗壓靜載試驗、高層建筑基礎(chǔ)沉降與試樁沉降量的經(jīng)驗關(guān)系等方法和要求，通過靜載試驗數(shù)據(jù)的分析，對單樁豎向抗壓極限承載力的確定進(jìn)行有益探索。

1 靜載試驗主要方法

靜載試驗中，作用于樁上的荷載一般由反力裝置提供，常用的有堆載反力裝置和錨樁反力裝置。堆載反力裝置就是在樁頂使用鋼梁設(shè)置一承重平臺，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂將平臺逐步頂起，從而將力施加到樁身。錨樁反力裝置就是將反力架與錨樁或地錨連接在一起提供反力。另外也有用錨樁與堆重平臺聯(lián)合裝置提供反力，現(xiàn)在還有自平衡法靜載試驗。

2 影響單樁極限承載力的因素

影響樁的極限承載力的因素主要有是樁周土、樁身強(qiáng)度、樁的施工工藝、建筑物沉降和沉降差的要求等。

單樁豎向抗壓極限承載力是單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應(yīng)的最大荷載。它取決于土對樁的支承阻力和樁身材料強(qiáng)度，一般由土對樁的支承阻力控制，是樁側(cè)樁端土發(fā)生剪切破壞前對應(yīng)的荷載。對端承樁和樁身質(zhì)量有缺陷的樁，可能由樁身材料強(qiáng)度控制。

樁的施工工藝也是決定樁的承載力至關(guān)重要的一個因素。例如鉆孔灌注樁，樁底沉渣是影響樁承載力的重要因素之一。這就是不易采用深層平板載荷試驗確定端承樁承載力值的主要原因。

載荷試驗時，若樁身破壞，得到單樁極限承載力值大于按樁身強(qiáng)度計算的承載力時，試驗得到承載力值不易作為場地承載力值使用。原因是某些樁的實際樁身強(qiáng)度可能遠(yuǎn)大于設(shè)計強(qiáng)度，對于采用實際強(qiáng)度確定承載力的情況可能造成樁的承載力被夸大而失去代表性，易為工程埋下隱患。

對于沉降敏感的建筑物，樁的沉降和沉降差也是判定樁的承載力能否滿足要求的重要因素。

3 極限承載力的判定

單樁豎向抗壓極限承載力，一般由土對樁的支承阻力控制，是單樁在豎向荷載作用下，樁側(cè)樁端土發(fā)生剪切破壞前對應(yīng)的荷載，或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應(yīng)的荷載。

樁側(cè)樁端土支承阻力的發(fā)揮需要一定的樁土相對位移，即平常所說的樁頂沉降量。不同的土、樁長、樁徑，極限側(cè)阻力、端阻力的發(fā)揮需要的樁土相對位移是不同的。因此，極限承載力的判定，需要了解土的特性、樁長、樁徑，初步估算極限荷載時，需知樁頂沉降量可能是多少。

試驗結(jié)果表明，樁側(cè)阻力和樁端阻力不是同時達(dá)到極限狀態(tài)的，樁側(cè)阻力先于端阻力達(dá)到極限狀態(tài)，且兩者達(dá)到極限狀態(tài)的位移是不同的。一般硬粘性土中樁側(cè)阻力在相對位移為5～6mm 時得到充分發(fā)揮，在砂石土中所需的位移量為4～10mm，也有學(xué)者認(rèn)為所需的相對位移量在10～20 mm。樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)，粘性土中所需的相對位移量為樁徑的4%～5%，砂土中至少15%。

從變形角度考慮，規(guī)范要求體形簡單的高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量允許值為200mm，對于中、小直徑樁，試樁的沉降量，試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗關(guān)系約為建筑基礎(chǔ)的平均沉降量的0.2倍，約40mm。大量實踐經(jīng)驗表明，當(dāng)沉降量達(dá)到樁徑的10%時（應(yīng)扣除樁身的壓縮量），才可能出現(xiàn)極限荷載。規(guī)范中要求對緩變型Q－S 曲線，按S＝0.05D 確定直徑≥800mm 樁的極限承載力。這里一定要注意，極限荷載時，土對樁還具有支撐能力。極限荷載的取值，應(yīng)綜合考慮土的特性、樁長、樁徑、Q－S曲線特征、建筑物沉降要求等因素。對長樁（樁身的壓縮量應(yīng)考慮）、大直徑樁，當(dāng)沉降量＞40 mm 時，可能還不是真實極限荷載，而中、小直徑短樁、或樁端持力層差時，極限荷載對應(yīng)的沉降量可能會＜40mm，甚至不到10mm。

4.1 單樁靜載試驗實例分析1

該工程位于鄭州市上街區(qū)，場區(qū)第1層土為雜填土，第2層為粉土，第3～11層為粉質(zhì)粘土。基樁為樁長14.0 m、樁徑為400 mm 的管樁，樁端座于第7層硬塑的粉質(zhì)粘土，極限端阻力取1 500kPa。預(yù)估單樁豎向靜載試驗出現(xiàn)極限荷載時，樁頂沉降量應(yīng)＜20mm（表1）。

單樁靜載試驗的分級荷載為200kN，當(dāng)加載至1 800kN 級時，Q－S曲線發(fā)生陡降，從Q－S、S－lgt曲線特征分析，極限側(cè)阻力應(yīng)接近1 600kN（該級及以上各級S－lgt曲線近似平行，1 600kN 中可能會含有很小的樁端阻力），對應(yīng)樁頂沉降量為7.23 mm，與一般硬粘性土中樁側(cè)阻力在相對位移為5～6mm 時得到充分發(fā)揮相一致。荷載為1 800kN 級時，作用于樁端土的荷載應(yīng)達(dá)到200kN，壓力達(dá)到1 500kPa，達(dá)到樁端土的極限端阻力1 500kPa，樁端刺入樁端土，樁沉降增加明顯，在該級荷載作用下，樁端土?xí)l(fā)生剪切破壞。從單樁豎向抗壓靜載試驗荷載沉降數(shù)據(jù)（表2）可以看出，當(dāng)加載量為1 800kN，該級加載時間到120min時，本級沉降量為10.03mm，Q－S曲線呈現(xiàn)陡降型（本級沉降大于上一級沉降量的5倍），S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲。此時，樁頂累計沉降量達(dá)到17.26 mm。以后，沉降量增加明顯，且隨時間的增加，擴(kuò)散趨勢增大。這與樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)時，粘性土中所需的相對位移量為樁徑的4%～5%（16～20 mm）相一致（樁頂荷載為1 800 kN，樁身壓縮量約為2mm）。此時，樁端土發(fā)生剪切破壞，呈現(xiàn)陡降型QS曲線（圖1）。從數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)樁頂沉降量達(dá)到20mm 以后，土對樁已失去支撐能力。

根據(jù)沉降隨荷載的變化特征判定：陡降型Q－S曲線，取曲線發(fā)生明顯陡降的起始點的荷載為極限承載力，根據(jù)沉降隨時間的變化特征判定：極限承載力取S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載為極限荷載。綜合考慮該樁單樁極限承載力取1 600kN，對應(yīng)沉降量為7.23 mm（由于荷載分級的原因，取值可能稍有些保守）。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗匯總表

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗1 600kN和1 800kN兩級荷載沉降表

圖1 單樁豎向抗壓靜載試驗曲線圖

4.2 單樁靜載試驗實例分析2

該工程位于鄭州市西部，場區(qū)樁長范圍內(nèi)以中密～密實的粉土和硬塑的粉質(zhì)粘土為主?；鬃诘?層粉土，樁端座于第8層密實的粉土中，工程勘察報告中提供的樁端土的極限端阻力1 000kPa。樁為長8.0m、樁徑為400mm，砼強(qiáng)度等級為C30的CFG 樁。預(yù)估單樁豎向靜載試驗出現(xiàn)極限荷載時，樁頂沉降量應(yīng)達(dá)到20mm。

本工程單樁靜載試驗最大荷載為720kN，分級荷載為72kN。從Q－S、S－lgt曲線（圖2）特征分析，由于樁端土為密實的粉土，有一定的端阻力，極限側(cè)阻力應(yīng)接近504kN（該級及以上各級S－lgt曲線近似平行，504kN 中可能含有很小的樁端阻力），對應(yīng)樁頂沉降量10.46 mm，與樁側(cè)阻力得到充分發(fā)揮所需的位移量為4～10mm 相一致。

圖2 單樁豎向抗壓靜載試驗曲線圖

當(dāng)樁側(cè)阻力發(fā)揮到極限后，在576kN 荷載作用下，作用在樁端土的壓力約為570kPa，小于樁端土的極限承載力1 000kPa，本級沉降為4.87mm，累計沉降為15.33mm，Q－S曲線應(yīng)呈緩變型（本級沉降小于上一級沉降量的2倍），接近承載力極限狀態(tài)，與樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)，粘性土中所需的相對位移量為樁徑的4%～5%（約16～20mm）相一致（表3）。

在648kN 荷載作用下，作用在樁端土的壓力約為1 140kPa，大于樁端土的極限承載力1 000 kPa，樁端刺入樁端土，樁沉降增加明顯，本級沉降為9.47mm，（本級沉降接近上一級沉降量的2倍），累計沉降為24.80 mm，大于極限荷載時樁頂所需沉降量20mm，S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲，樁端土呈剪切破壞趨勢，土對樁將失去支撐能力。

表3 單樁豎向抗壓靜載試驗匯總表

根據(jù)沉降隨荷載的變化特征判定：陡降型Q－S曲線，取曲線發(fā)生明顯陡降的起始點的荷載為極限承載力；緩變型Q－S曲線，樁徑大于等于800mm 時，宜取S＝40mm 對應(yīng)的荷載為極限承載力；根據(jù)沉降隨時間的變化特征判定，極限承載力取S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載為極限荷載。

綜合考慮該樁單樁極限承載力取576kN，對應(yīng)沉降量為15.33 mm（樁身壓縮量約1.5 mm，由于荷載分級的原因，取值可能稍有些保守）。

5 結(jié)論

（1）單樁豎向抗壓極限承載力是單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應(yīng)的最大荷載。單樁豎向抗壓極限承載力的確定應(yīng)綜合考慮樁周土、樁身強(qiáng)度、樁的施工工藝、建筑物沉降和沉降差的要求等因素。

（2）單樁豎向抗壓極限承載力的確定應(yīng)充分考慮樁側(cè)土、樁端土達(dá)到極限承載力時，需要的樁土相對位移。

（3）極限側(cè)阻力發(fā)揮時的樁土相對位移：一般硬粘性土中樁側(cè)阻力在相對位移為5～6mm 時得到充分發(fā)揮，在砂石土中所需的位移量為4～10mm，也有學(xué)者認(rèn)為所需的相對位移量在10～20mm。

（4）樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)的樁頂位移：粘性土中所需的相對位移量為樁徑的4%～5%，砂土中至少15%。

（5）沉降隨荷載的變化為緩變型，若樁徑大于等于800mm 時，宜取S＝40 mm 對應(yīng)的荷載為極限承載力；樁徑小于800mm 時，易考慮極限側(cè)阻和樁端極限阻力發(fā)揮時所需位移對應(yīng)的荷載為極限承載力。

（6）根據(jù)沉降隨時間的變化特征判定：極限承載力取S－lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載為極限荷載。由于樁身的破壞，得到單樁極限承載力值大于按樁身強(qiáng)度計算的極限承載力時，試驗得到單樁極限承載力值不易作為場地承載力值使用。

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