谈桩基高层建筑桩基单桩竖向抗压静载试设计

摘 要：在高层建筑中，桩基础是一种被普遍采用的基础形式。为保证桩基安全可靠，对桩基的检测是有必要的。本文结合工程实例，介绍了高层建筑桩基单桩竖向抗压静载试验的全过程，并整理和研究了试验结果，作出了单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt曲线。试验结果表明承载力满足设计要求。
关键词：桩基；静载试验；抗压承载力；试验荷载；Q～S曲线；S～lgt曲线
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用土地也日益减少，因此，建筑物的高度向着更高的方向发展，高层建筑也越来越多。桩基础是一种被高层建筑普遍采用的基础形式。但由于桩基深埋于地下，隐蔽性极强，为保证桩基安全可靠，因此，桩基的检测是十分必要的。单桩竖向承载力一直是桩基检测的重要环节。确定单桩竖向承载力的方法有很多，但目前静载试验仍是确定桩身承载力最直接、最可靠的方法，应用也最为广泛。
1工程概况
某工程总建筑面积为27611m2，包括了19层主楼及地下室。该建筑采用钻孔灌注桩基础，桩总数252根，桩身直径最长为Ф1000mm，最短为Ф800mm，混凝土强度等级为C30～0。
2单桩竖向抗压静载试验
为了检测桩基单桩竖向抗压承载力，对本工程的5#桩、8#桩和13#桩进行单桩竖向抗压静载试验，基本参数如表1所示。
表1 试桩基本参数
本次试验依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），试验方法采用锚桩反力法，用四锚桩配合“工”字形反力梁提供试验反力，采用慢速维持荷载法进行。

2.1试验设备

全自动基桩静载仪1台；8000kN千斤顶1台；压力传感器1只；位移测量容栅式数显百分表2只；主梁采用7000mm×800mm钢梁2根；位移测量基准梁采用4000mm×60mm方钢1根；超高压油泵站一个。该设备总加载能力不小于8000kN。

2.2竖向抗压试验桩制作

试验桩按照设计图纸施工，桩帽进行特别制作，为节省工期，可在桩身混凝土浇筑时一次成型，但应注意清除浮浆。

2.3锚桩制作

配合单桩竖向抗压静载试验的4根锚桩桩身尺寸按照原设计图纸施工，桩顶标高按照设计图纸施工，钢筋笼纵筋应高出自然地面不少于500mm。在试验时要对锚桩上拔量进行监测，试验前对钢梁应进行强度和刚度验算，并对锚桩的拉筋进行强度验算。

2.4试桩、锚桩平面布置示意图（如图1A）

2.5主梁支承墩基制作（如图1B）

图1
图中为试验大梁支承墩基，其底面积为4000×900mm2；“U”形墩基的中间部分比试验桩桩顶高660mm，两端部分比试验桩桩顶高1920mm；支承墩基用机制红砖、水泥砂浆砌成，自然养护10d，支承墩基基础应夯实。

2.6荷载分级

本次静载试验的单桩竖向抗压承载力特征值设计要求为2700kN～3600kN，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），最大试验荷载为单桩竖向抗压承载力极限值5#桩、13#桩为5400kN，8#桩为7200kN，当保证桩身混凝土不被破坏时，可再施加0.5～荷载。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），每级加载量为预估极限荷载的1/10～1/15，第一级可按照2倍分级荷载加载。
表2单桩竖向抗压静载试验荷载分级表（荷载单位kN）
本次试验首级加载量取最大试验荷载的2/10，以后各级取最大试验荷载的1/10。实际荷载分级如下。本工程单桩竖向抗压静载试验，在试验加、卸荷过程，沉降观测时间间隔及相对稳定标准还有终止加载条件都执行《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的规定。
3试验结果及分析

3.1单桩竖向抗压静载试验结果

本工程单桩竖向抗压静载试验结果汇总表（见表3）。
表3各试验点结果汇总表
本次单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt曲线（见图2）。
图2单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt 曲线

3.2单桩竖向抗压承载力的确定

本次试验单桩竖向抗压承载力的确定方法遵循下列原则：
①根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q～S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。
②根据沉降随时间变化的特征确定：取S～lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载。
③某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h未达到相对稳定标准时，取前一级荷载。
④对于缓变型Q～S曲线可根据沉降量确定，宜取S=40mm对应的荷载值；当桩长大于40m，时，宜考虑桩身弹性压缩量；对于直径大于或等于800mm的桩，可取S=0.005D（D为桩端直径）对应的荷载值。
⑤当按照上述4款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。

3.3试验结果分析

①从5#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至5400kN时，桩顶最大沉降量为34.42mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.92mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为29.33mm，最大回弹量为5.09mm，回弹率为14.8%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。
②从8#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至7200kN时，桩顶最大沉降量为35.07mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.21mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为29.68mm，最大回弹量为5.39mm，回弹率为15.4%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至7200kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载7200kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于3600kN。
③从13#桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线上可以看出，当荷载最大加至5400kN时，桩顶最大沉降量为32.64mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶沉降量为7.04mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为28.05mm，最大回弹量为4.59mm，回弹率为14.1%；从S～lgt曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯。考虑到最大试验荷载已达到设计要求，为避免桩身混凝土受压破坏，试验加载至5400kN稳定后停止加载。根据试验结果，并依据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），该桩的竖向抗压极限承载力不小于最大试验荷载5400kN，该桩的竖向抗压承载力特征值不小于2700kN。本工程检测的3根试验桩的单桩竖向抗压承载力特征值分别为：5#桩为2700kN；8#为桩3600kN；13#为桩2700kN，均满足设计要求。限于本文篇幅，8#桩与13#桩的Q～S、S～lgt曲线不再一一介绍。
4结语
虽然单桩竖向抗压承载力静压试验耗时长、成本较高，但其直观性和可靠性是其他检测方法无法比拟的。但需要注意的是，在严格执行国家规范的同时，针对特殊地区，必须认真研究和加以解决，才能使单桩静压试验客观地、科学地反映桩基工程的特性。
参考文献
毕素琴.钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载试验[J].铁道建筑.2004年第10期
周华林；王东华；黄涛鄂.钢某工程桩基单桩竖向抗压静载试验分析[J].山西建筑.2012年11期