常永浩，許宇星，丁洪亮，何楚煌，趙仕源

（廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司 廣州510440）

0 引言

單樁豎向抗壓靜載試驗是目前公認的檢測基樁豎向抗壓承載性能最直觀、最可靠的傳統(tǒng)方法［1-2］。靜載的加載反力裝置常見有4種：錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置和地錨反力裝置。目前，靜載抗壓試驗最常用反力裝置是壓重平臺反力裝置，但是超大噸位靜載試驗難點在于支墩地基處理方式［3-6］。尤其在超厚層軟土地區(qū)，如果支墩地基處理不當，易造成平臺的下沉、傾斜和壓臺。軟土地基處理通常采用換填、夯實或支墩底部打入樁方式提高支墩地基承載力［7］。

本文通過工程實例，對2 種支墩處理方式的相關技術進行分析和研究，并且結合樁身軸力對樁承載力特性進行淺析，為軟土地區(qū)的超大噸位靜載檢測試驗提供參考。

1 工程概況

本試驗位于廣州南沙某工程場地內，根據(jù)試樁技術要求，灌注樁成孔工藝為旋挖成孔。試樁樁徑為800 mm 或1 000 mm，樁長為35.72～46.84 m，樁身混凝土為C40，樁端持力層為中風化泥巖或微風化泥巖或中風化泥質粉砂巖或微風化泥質粉砂巖。本次試樁共6 根，800 mm 及1 000 mm 樁徑的試樁各3 根，800 mm樁徑試樁最大試驗荷載為12 480 kN，1 000 mm 樁徑試樁最大試驗荷載為25 080 kN。其中，“換填壓實”處理支墩地基的試樁包括3 根800 mm 樁徑的試樁和1 根1 000 mm 樁徑的試樁，剩余2 根樁處理支墩地基方式為“樁+樁帽”。本文選取1 000 mm 樁徑的2根試樁，不同方式處理支墩地基的試樁各1根進行討論，分別為試樁T1#（“換填壓實”）和試樁T2#（“樁+樁帽”）。

擬建區(qū)土層情況自上而下分別為：①1、①2雜填土∕素填土，層厚0.4～9.5 m；②1淤泥∕淤泥質土，層厚2.1～23.0 m；②2淤泥質粉砂，層厚1.0～12.2 m；③1粉質黏土，層厚0.5～9.2 m；③2粉砂，層厚1.4～2.9 m；③3中砂，層厚1.8～21.2 m；④粉質黏土，層厚1.0～8.0 m；⑤21、⑤22強風化泥質粉砂巖，層厚0.4～17.6 m；⑤3中風化泥巖∕泥質粉砂巖，層厚1.2～9.0 m；⑤4中風化泥巖∕泥質粉砂巖，層厚6.4～15.2 m。

2 地基處理

試樁T1#和試樁T2#分別采用“換填壓實”和“樁+樁帽”處理支墩地基，以下討論支墩地基處理方式，并驗算處理后地基的承載力是否合格。

2.1 換填壓實地基處理

試樁T1#采用“換填壓實”處理支墩地基，換填深度為3 m，將樁周圍16 m×19 m 范圍的淤泥或軟弱地層，換以碎石、磚渣和角礫等材料并經過分層壓實，試驗裝置示意圖如圖1?所示。

⑴墊層承載力驗算。根據(jù)《建筑地基基礎檢測規(guī)范：廣東省標準DBJ∕T 15-60—2019》［8］表5.4.5-5 可知，稍密碎石承載力特征值為200～400 kPa，結合實際情況，本文取200 kPa。T1#試樁最大試驗荷載為25 080 kN，根據(jù)文獻［8］第14.2.1規(guī)定，加載反力裝置提供的反力不得低于最大加載量的1.2 倍，壓重平臺支墩施加于地基土上的壓應力不宜大于地基土承載力特征值的1.5 倍，支墩采用6 m×12 m 的鋼筋混凝土板支墩，分置兩側，作用于墊層的平均壓應力Pk=25 080×1.2∕（6×12×2）=209 kPa，209<200×1.5，墊層承載力滿足文獻［8］要求。

⑵下臥層素填土承載力驗算。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范：廣東省標準DBJ 15-31—2016》［9］第5.2.7 條進行驗算，碎石墊層厚度取z1=3 m，天然重度取γs1=20.0 kN∕m3，變形模量E01=18 MPa［10］，壓縮模量Es1≥E01，取Es1=18 MPa；素填土厚度z2=2.94 m，天然重度取γt=18.0 kN∕m3，壓縮模量Es2=3.43，承載力特征值fak1=70 kPa。 支墩寬b1=6 m，長l1=12 m，Es1∕Es2=5.2≈5，z1∕b1=0.5，θ取25°。則傳遞到墊層底面處的附加壓力值Pz1=b1l1（Pk-Pc）∕［（b+2z1tanθ）（l+2z1tanθ）］=116 kPa，基底壓力Pc=0 kPa，碎石的自重壓力Pcz1=γs1×z1=60 kPa，Pz1+Pcz1=176 kPa。素填土的承載力修正值fa1=fak1+ηbγ1（b-3）+ηdγm1（d-0.5）=120 kPa，Pz1+Pcz1<1.5fa1，滿足文獻［8］要求。

⑶淤泥承載力驗算。淤泥厚度為5.7 m，天然重度取γn=16.5 kN∕m3，壓縮模量為Es3=2.41，承載力特征值fak1=50 kPa。Es2∕Es3=1.42 m，θ 取0°。則傳遞到素填土底面處的附加壓力值Pz2=Pz1=116 kPa，碎石和素填土的自重壓力Pcz2=γs1×z1+γt×z2=113 kPa，Pz2+Pcz2=229 kPa。淤泥的承載力修正值fa2=fak2+ηbγ2（b-3）+η γm2（d-0.5）=154 kPa，Pz2+Pcz2<1.5fa2，滿足文獻［8］要求。

2.2 樁基處理

試樁T2#采用“樁+樁帽”處理支墩地基，試驗裝置示意圖如圖1?所示，平臺通過兩側墊梁傳遞到船閥，船閥作用在錨樁樁帽傳遞到錨樁。共施工6根800 mm灌注樁，入中風化巖3 m，每根樁靜載承載力特征值要求不小于25 080×1.2∕6∕1.5=3 314 kN。

圖1 試樁靜載裝置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Test Pile Static Load Device（mm）

以試樁T2#附近鉆孔柱狀圖厚度為依據(jù)，驗算錨樁承載力。錨樁土層自上而下分別為：①2素填土，層厚4.3 m，側摩阻力特征值8 kPa；②1淤泥，層厚4.7 m，側摩阻力特征值7 kPa；②2淤泥質粉砂，層厚5.1 m，側摩阻力特征值10 kPa；③3中砂，層厚10.7 m，側摩阻力特征值18 kPa；⑤21強風化泥質粉砂巖，層厚4.0 m，側摩阻力特征值35 kPa；⑤22強風化泥質粉砂巖，層厚2.1 m，側摩阻力特征值80 kPa；⑤3中風化泥巖∕泥質粉砂巖，層厚9.6 m。

根據(jù)文獻［9］第10.2.4條可知，樁端進入中風化嵌巖樁，單樁豎向承載力特征值為Ra=Rsa+Rra+RPa=4 648 kN>3 314 kN，滿足錨樁承載力要求［8］。其中，Rsa=u ∑qsiali=1 554 kN，Rra=upC2frshr=1 688 kN，Rpa=C1frpAp=1 406 kN。巖石天然抗壓強度勘察報告建議值為7.0 MPa，C1取0.400，C2取0.032。

3 試驗結果與分析

本次靜載試驗檢測了常規(guī)樁頂沉降，同時進行了樁身應力測試和沉降測試。軸向應力測試采用弦式鋼筋應力計，樁身壓縮量測試采取單點位移計，數(shù)據(jù)采集采用頻率接收儀。鋼筋應力計和單點位移計縱向主要布置在各巖土層分界面處，具體布置測試斷面數(shù)量依據(jù)設計要求，每個測試斷面布置標高依據(jù)勘察資料和設計要求確定。依據(jù)設計要求每個樁身測試斷面對稱布置4個鋼筋應力計和1個單點位移計，測試斷面均有8個，從上往下依次為斷面1至斷面8，斷面8距離樁端0.2 m。

3.1 沉降量和Q-s曲線分析

Q-s曲線能夠從宏觀反映出荷載傳遞性狀、樁土相互作用以及樁受荷載破壞模式［11-13］。所以，有必要對Q-s曲線進行分析。靜載試驗結果如表1 所示，根據(jù)試驗結果繪制Q-s曲線，如圖2所示。

圖2 試樁Q-s曲線Fig.2 Test Pile Q-s Curve

從表1、圖2 中可以看出，試樁T1#和試樁T2#嵌巖樁的Q-s曲線均為緩變型，隨著荷載的增加沉降率增加，幅度較大。試樁沉降量較大，說明基巖提供了較大的承載力。1 000 mm 樁徑的試樁，對應樁頂累計最大沉降量為50 mm，因此，試樁T1#和試樁T2#樁頂沉降量均超出文獻［8］規(guī)定。沉降量50 mm 前一級荷載值為未考慮樁身彈性壓縮量單樁豎向抗壓極限承載力，分別為21 945 kN、16 720 kN。

由表1可知，最大加載量時試樁T1#樁頂累計沉降量為68.68 mm，截面8 累計沉降量為44.00 mm，即截面8 標高至樁頂標高長度發(fā)樁身壓縮量為24.68 mm；卸載至0 kN荷載時截面8標高至樁頂標高長度的樁身剩余壓縮量為0.64 mm，樁身彈性壓縮量為24.04 mm。最大加載量時試樁T2#樁頂累計沉降量為96.39 mm，截面8 累計沉降量為77.20 mm，截面8 標高至樁頂標高長度樁身壓縮量為19.19 mm；卸載至0 kN 荷載時截面8標高至樁頂標高長度樁身剩余壓縮量為0 mm，樁身彈性壓縮量為19.19 m。

表1 靜載試驗結果Tab.1 Static Load Test Result

樁身壓縮量較大，宜考慮樁身彈性壓縮量?？紤]樁身彈性壓縮量時，試樁T1#和試樁T2#的單樁豎向抗壓極限承載力分別為25 080 kN、20 900 kN。試樁T1#和試樁T2#樁身彈性壓縮量分別為24.04 mm、19.19 mm，表明2根試樁彈性工作比較明顯，具有一定的壓縮性，占樁頂最大沉降量的40%左右。

3.2 樁身軸力測試結果與分析

試樁T1#和試樁T2#的支墩地基處理方式分別為“換填壓實”和“樁+樁帽”，試樁T1#和試樁T2#的樁身軸力分布如圖3 所示。由圖3?可知，當基樁頂部的荷載不發(fā)生變化時，樁身軸力自樁頂向下隨著深度的增加而逐漸變少，樁端處的軸力與樁端阻力大小相等，這是樁身軸力分布的典型規(guī)律［14-16］。但是，試樁T1#的支墩地基雖然按文獻［8］要求進行換填處理，但是靜載臺以下土層與樁身產生較大的相對位移，樁周土位移大于樁身位移，產生負摩阻力，引起下拽力，對樁身內力產生一定影響，導致樁身軸力異于正常分布。

圖3 試樁樁身軸力分布Fig.3 Test Pile Axial Force Distribution

試樁T1#的樁身軸力先增大后減小，在樁身軸力最大點位置所對應斷面即為中性點位置，該深度位于標高-17.1 m 處，該截面在淤泥質粉砂與中砂層的分界線附近。在該截面以上軸力隨深度增大遞增；截面以下軸力隨深度增大遞減。說明該區(qū)域淤泥、淤泥質粉砂和部分填土處于欠固結狀態(tài)。負摩阻力導致樁身軸力增加，將樁身最大軸力與最大試驗荷載之比為軸荷比，表征負摩阻力導致實際試驗荷載增大程度。試樁T1#軸荷比113.7%，也就是說，負摩阻力導致樁身增加豎向荷載超過最大試驗荷載的13.7%。對靜載試驗造成很嚴重的影響，可能樁身增加豎向荷載導致樁基承載力檢測不合格。而試樁T2#處理支墩方式是“樁+樁帽”，有效地避免了負摩阻力的產生。T2#試樁樁身軸力分布為典型的樁身軸力分布圖，軸力隨著深度增大遞減，對樁基無任何明顯的影響。

4 結論

本文對廣州南沙某工程靜載試驗的支墩地基處理方式進行技術分析，并對樁頂沉降、樁身壓縮量和樁身軸力進行測試，從Q-s曲線、樁身位移和樁身軸力對試驗結果進行分析，得出以下結論：

⑴灌注樁的樁身彈性壓縮量較大，占樁頂最大沉降量40%左右，樁頂沉降量宜考慮彈性壓縮量。

⑵軟土地區(qū)超大噸位靜載試驗，采用“換填壓實”方式處理壓重平臺支墩，承載力滿足規(guī)范后，還應保證支墩的變形不易過大。樁土沉降大于樁沉降，導致樁側出現(xiàn)負摩阻力，樁身軸力增加幅度較大，嚴重時影響靜載合格的結果?！皳Q填壓實”處理支墩地基不適用此類超厚層軟土地區(qū)超大噸位樁基靜載試驗。

⑶超厚層軟土地區(qū)，采用“樁+樁帽”方式處理支墩地基，壓重平臺通過錨樁樁帽傳遞到錨樁，對樁影響很小，有效的避免了負摩阻力的產生?！皹?樁帽”處理支墩地基非常適用于超厚層軟土地區(qū)超大噸位樁基靜載試驗。