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)?；鶚豆こ藤|(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、學術(shù)界公認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度可能遠大于設(shè)計強度，對于采用實際強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到極限狀態(tài)的，樁側(cè)阻力先于端阻力達到極限狀態(tài)，且兩者達到極限狀態(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，也有學者認為所需的相對位移量在10～20 mm。樁端阻力達到極限狀態(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，當沉降量達到樁徑的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)達到200kN，壓力達到1 500kPa，達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，樁端土會發(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，樁頂累計沉降量達到17.26 mm。以后，沉降量增加明顯，且隨時間的增加，擴散趨勢增大。這與樁端阻力達到極限狀態(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，當樁頂沉降量達到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，也有學者認為所需的相對位移量在10～20mm。

（4）樁端阻力達到極限狀態(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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