樁基礎載荷試驗過程中存在的諸多問題匯總和分析一、引言在土木建筑工程中，樁基礎作為深基礎（還有沉井、地下連續(xù)墻等）的一種，其應用歷史最長也最廣。樁基礎簡稱樁基，由承臺和埋在土中的樁組成。樁基礎可由單根樁構成，稱作單樁基礎，多數(shù)情況下樁基礎形式為多樁組成的群樁基礎。樁實質上是埋置于土中的受力桿件，一般用來承受軸向（豎向）壓力或上拔力，有時可用來承受水平力，或承受豎向、水平力的綜合作用，因此樁的承載力試驗也分為抗壓承載力試驗、抗拔承載力試驗、水平承載力試驗等。本文重點分析工程上最常見的基樁豎向抗壓靜載試驗，并對試驗中的相關問題進行討論。二、樁的承載性狀分類談到樁的載荷試驗，不能不了解樁的承載性狀，為此按樁的承載性狀進行如下分類1、摩擦型樁樁頂豎向荷載全部或主要由側阻力承擔的樁。根據(jù)樁側阻力分擔荷載的大小，摩擦型樁可分為摩擦樁和端承摩擦樁兩類。摩擦樁樁頂豎向荷載幾乎全部由樁側阻力承擔，樁端軸力相比之下可以忽略。常見的該承載類型的樁有深厚軟土層中的樁（樁端無較硬持力層）；樁的長徑比很大（例如L/D50）的樁；樁底沉淀較厚的樁（即使樁端持力層堅硬）等。端承摩擦樁樁頂豎向荷載大部分由樁側阻力承受，小部分由樁端阻力承擔的樁。這種類型的樁實際工程較常見。例如當樁的長徑比不很大，樁端持力層為硬的粘性土或砂類土，這時，樁除側阻力外還有一定的端阻力。2、端承型樁樁頂豎向荷載全部或主要由樁端阻力承擔的樁。根據(jù)樁端阻力發(fā)揮的程度和分擔荷載的比例，端承型樁可分為端承樁和摩擦端承樁兩類。端承樁樁頂豎向荷載由樁端阻力承擔的樁。北方（如石家莊地區(qū)）常見的長徑比較?。ㄐ∮?0）的擴底灌注樁即屬于該類型；另外樁底嵌入基巖的短樁也屬于典型的端承樁。摩擦端承樁樁頂豎向荷載主要由樁端阻力承擔，小部分由樁側阻力承擔的樁。例如長徑比并不是很小的擴底灌注樁即屬于此類型。三、樁的豎向承載力的確定方法樁基承載力取決于樁周土對樁的支撐力和樁身結構承載力。這里涉及到兩個概念，即樁的豎向承載力特征值和單樁豎向極限承載力。樁的豎向承載力特征值是新規(guī)范的概念，對于建筑地基來說承載力特征值由載荷試驗曲線形態(tài)和允許變形綜合確定（因素1曲線的線性段，因素2允許變形），而對于樁則取決于樁的豎向極限承載力（見地基基礎設計規(guī)范GB500072002的第138頁）。顯然要確定樁的豎向承載力特征值，樁的豎向載荷試驗應確保加載量達到或超過樁的豎向極限承載力（用于工程樁的驗證性試驗則可靈活掌握）。樁的豎向承載力特征值的確定方法，在新地基基礎設計規(guī)范的855中有規(guī)定，大體上分為三種直接試驗法（原型樁載荷試驗）、間接試驗法（觸探法、標貫法、巖基或深層載荷試驗等）、經(jīng)驗計算法。顯然三種方法能夠直接得到樁的荷載和變形特征的是直接試驗法，其它方法盡管能間接判定樁的承載力，但樁的實際變形特征并不能直接得到。實際工程中應該重視這一問題。討論問題1深層載荷試驗能否完全取代樁的載荷試驗討論盡管規(guī)范上明確表示對持力層較密實、單樁承載力很高的大直徑端承型樁，可采用深層平板載荷試驗確定樁端土的承載力特征值，但是樁的承載力并不僅僅取決于樁周地層，樁的施工工藝也是決定樁的承載力的至關重要的一個因素（例如鉆孔灌注樁，樁底沉淀是影響樁承載力的重要因素之一），如果僅僅通過判定樁端土的承載力就簡單地得出樁的承載力結果，顯然要冒一定的風險。另外，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，不通過直接試驗法，如何對樁的沉降和沉降差得出明確結論呢討論問題2樁的豎向載荷試驗其加載量要否考慮樁身強度因素討論樁的極限承載力的出現(xiàn)分兩種情況，一種是樁周土的破壞（包括大的變形），另一種是樁身的破壞。能否僅僅根據(jù)樁的載荷試驗得到的極限承載力直接確定樁的承載力特征值，是值得商榷的，原因是某些樁的實際樁身強度可能遠大于設計強度，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喪失代表性。因此，樁的豎向載荷試驗其加載量（尤其在試樁階段）不應超過樁的設計強度決定的極限承載力，如果樁的極限承載力已經(jīng)超過按照樁身設計強度確定的極限承載力，則應重新?lián)Q算現(xiàn)樁身強度，進行相應設計調整，否則提交的試驗結果是不合理的，容易為工程埋下隱患。（相關規(guī)范條文見地基基礎設計規(guī)范859款）四、樁的豎向抗壓載荷試驗可依據(jù)的最新標準現(xiàn)行較新的涉及樁的豎向抗壓載荷試驗的國家和行業(yè)標準有1、建筑地基基礎設計規(guī)范GB5000720022、建筑基樁檢測技術規(guī)范JGJ10620033、建筑樁基技術規(guī)范JGJ9494討論問題現(xiàn)行規(guī)范標準對樁的豎向抗壓載荷試驗的規(guī)定是否統(tǒng)一討論1、2規(guī)范中均采用了最新的概念，如承載力特征值等，但有些內(nèi)容也是不盡相同的，例如規(guī)范1中對堆載法施加于地基的壓應力不應超過地基承載力特征值，而規(guī)范2規(guī)定堆載法施加于地基的壓應力不超過地基承載力特征值的15倍，二者規(guī)定的不同對于堆載法的實施可產(chǎn)生較明顯的差異。對于樁的承載力的確定方法，3部規(guī)范也有一定的差別，規(guī)范2對大直徑樁規(guī)定了采用相對沉降的方法確定樁的極限承載力，但1規(guī)范并無此規(guī)定。另外對于試驗終止條件的判定也有不同的規(guī)定（如2規(guī)范有末級沉降大于前級沉降5倍的規(guī)定，而1規(guī)范則無），且每部規(guī)范都有其特點。鑒于現(xiàn)行的標準規(guī)定有一定的差異，試驗時除結合具體的工程要求采用相應的標準外，也可將3部標準結合起來使用，使試驗和分析過程更加合理。五、樁的豎向抗壓載荷試驗試驗過程應注意的幾個問題樁的載荷試驗實施過程并不難，主要有以下值得注意的問題1、設備安裝A、沉降觀測儀表的安裝位置應在樁頂平面以下2050CM，儀表應對稱排布并位于同一水平面。討論問題沉降觀測儀表能否安裝在樁頂平面以上的千斤頂或其它傳力部件上討論答案是否定的。大家都知道在樁頂施加荷載后樁頂平面及其上下兩側一定范圍內(nèi)是應力的主要集中區(qū)域，在該區(qū)域屬于不穩(wěn)定區(qū)域，樁身或傳力部件的側向位移甚至樁身的局部表面裂隙將對沉降觀測結果產(chǎn)生明顯影響，有時可導致試驗結果的錯誤這一點必須引起足夠重視。B、堆載法載荷試驗基準樁（梁）與壓重平臺內(nèi)邊緣的距離應大于2M，規(guī)范2甚至規(guī)定不小于4D。堆載荷重施加于地基的壓應力不應超過地基承載力特征值（規(guī)范2規(guī)定不小于15倍地基承載力特征值，堆載難度明顯降低）。討論問題堆載法實施的主要難度是什么討論許多人認為，堆載法的主要難度是荷重的大小，其實荷重的大小只是堆載難度體現(xiàn)的一方面，有時甚至是次要的方面，而如何滿足規(guī)范中對于基準樁和堆載區(qū)地基承載力的要求才是堆載法最難解決的問題。試舉一例樁徑1M，樁周地基承載力特征值100KPA，堆載荷重10000KN，堆載設備尺寸10M10M，則堆載后作用于地基的合理有效面積為10044314498（M2），折合到地基上的最大應力為10000/498201（KPA），顯然地基承載力無法滿足，此種情況下，地基可承受的最大堆載荷重依據(jù)規(guī)范2計算為4981507470（KPA）。如果按照規(guī)范1計算地基可承受的最大堆載荷重僅為4981004980（KPA）。那是否可不嚴格執(zhí)行規(guī)范上的這些規(guī)定呢顯然，規(guī)范作這些限制主要考慮到試驗數(shù)據(jù)的可靠性，如果不考慮地基承載力因素，也不考慮基準樁與堆載支座的水平距離，那么作用在地基上的堆載應力一旦造成地基破壞或產(chǎn)生大的側向擠出，而基準樁如果靠近地基破壞區(qū)，那對試驗結果是否帶來影響就可想而知了2、觀測有些單位在作樁的載荷試驗時依然采用傳統(tǒng)的人工加荷、人工觀測的方法，這在觀測人員責任心強、經(jīng)驗豐富的情況下也無可厚非。但是載荷試驗的觀測過程尤其是每級荷載的穩(wěn)定過程需要按規(guī)定進行準確的記錄，而采用人工的辦法準確地完成這一過程是有一定困難的，即使能夠完成記錄，記錄的真實性和準確性都存在一定疑問。為此，在樁的豎向抗壓載荷試驗中，應該提倡采用全自動電腦控制的加荷觀測方式，實踐證明，如此可大幅度提高試驗成果的質量，尤其對于研究樁在荷載施加過程中的性狀，提供了最值得信賴的數(shù)據(jù)。問題討論為什么提倡采用全自動試驗裝置進行單樁豎向抗壓載荷試驗討論大家都知道，一般情況下每級荷載作用下，樁的變形主要發(fā)生在加載后的12小時內(nèi)，在穩(wěn)荷過程中發(fā)生的沉降只占一小部分，因此在加荷后的第1小時內(nèi)，穩(wěn)荷精度很重要，如果采用人工穩(wěn)荷難度很大（穩(wěn)荷速度慢，精度低），而采用機器自動穩(wěn)荷則很容易控制，這也就是我們推崇采用全自動試驗裝置進行單樁豎向抗壓載荷試驗的主要原因。3、卸載觀測的重要性規(guī)范中只提到了卸載方法，卻并沒有說明卸載資料如何利用，有關卸載資料利用的文獻相對也較少。許多單位甚至在試驗時省略了卸載觀測，認為卸載無用的大有人在事實上卸載觀測對于正確判斷樁在荷載作用下工作性狀非常重要，我們都知道樁的變形分幾個階段近似彈性、彈塑性、塑性。在荷載作用下，樁的變形究竟處于哪個階段，僅從沉降變形上觀察是不完全的，因為從沉降變形上是很難發(fā)現(xiàn)樁的彈性變形的，樁的彈性變形只能從卸載回彈上進行觀測，一根樁在某級荷載下引起的變形究竟是彈性變形占主要還是塑性變形占主要，實施卸載便可一目了然問題討論缺少卸載資料及其分析的單樁豎向抗壓載荷試驗是否完整討論答案肯定是不完整的。樁在荷載下的變形性狀需要一次完整的加、卸載過程才能掌握。卸載獲得的直接參數(shù)是回彈率，卸載曲線的形態(tài)也可部分反映出樁的承載性狀，因此通過卸載資料分析可使載荷試驗結果更完整。4、試驗過程的安全性問題安全問題包括反力裝置的安全、傳力裝置的安全、安裝過程的安全、用電的安全等。這里主要談傳力裝置中液壓系統(tǒng)的安全。規(guī)范2在423條規(guī)定“試驗用壓力表、油泵、油管在最大加載時的壓力不應超過規(guī)定工作壓力的80”，此項規(guī)定對于實際試驗工作的安全提供了保證，應該嚴格遵照執(zhí)行。問題如何對載荷試驗油壓系統(tǒng)的安全出力作出估算討論一般國產(chǎn)千斤頂在額定出力情況下的最大油壓是已知的，例如上海江南機械廠出的型噸千斤頂在額定出力時的油壓為，如果按照其額定出力使用，則與其配套使用的壓力表、油泵、油管的額定工作壓力應高于。相反，如果已知并聯(lián)千斤頂數(shù)目和型號及配套系統(tǒng)