單樁豎向抗拔極限承載力

單樁豎向抗拔承載力檢測指通過一定的方法測試單樁抵抗豎向抗拔的能力並進行分析處理的過程。獲取單樁豎向抗拔承載力的方法有單樁豎向抗拔靜載試驗、規範經驗公式和理論分析。通過對相關數據的統計分析處理，可以對工程試樁的抗拔極限承載力進行推算，但這些方法的推算結果與實測值往往有較大的差異。

基本介紹

• 中文名：單樁豎向抗拔極限承載力
• 外文名：The ultimate bearing capacity of single pile vertical resistance
• 學科：土木工程
• 領域：建築
• 檢測依據：相關數據的統計
• 試驗方法：單樁豎向抗拔靜載試驗

簡介

作為建築基礎的“基礎”——基樁，在工程里的重要作用尤為特殊。由於單樁的承載力是樁土共同作用的，其間的應力傳遞機理與過程極其複雜，確定樁端、樁側阻力這一隨機變數的規律與代表值，是一個大家一直努力研究的棘手課題。統計分析要求具有足夠數量且相同條件的子樣形成樣本，一般工程僅兩三根試樁。而且土層的性質與分布亦千變萬化，即便是同一項工程的樁，其規格、類型、埋深等也不可能完全相同。過度追求速度，輕視基本試驗，過於自信的經驗判斷“計算”，造成樁的承載力，特別是豎向抗拔承載力的潛在危險，尤其是在重大工程、地質複雜區域的樁基工程中。筆者以親歷測例，對單樁豎向抗拔檢測進行探討。

單樁豎向抗拔承載力檢測概述

單樁豎向抗拔承載力檢測指通過一定的方法測試單樁抵抗豎向抗拔的能力並進行分析處理的過程。獲取單樁豎向抗拔承載力的方法有單樁豎向抗拔靜載試驗、規範經驗公式和理論分析。通過對相關數據的統計分析處理，可以對工程試樁的抗拔極限承載力進行推算，但這些方法的推算結果與實測值往往有較大的差異。單樁豎向抗拔檢測是利用靜力學的基本定理，通過採用相應的加荷設備和反力支座形成檢測加荷系統，模擬接近於豎向抗拔樁的實際工作條件進行測試的方法。

單樁豎向抗拔檢測實例

工程及地質概況

某高層建築，所在位置地勢平坦，西北靠山，東南臨海。地上22層及2層裙房，地下2層，地下室高度為9.3m。建設用地面積8,825.23平方米，總建築面積58,837.77平方米。為框架核心筒結構。設計樁徑為φ0.8m、1.0m、1.1m、1.2m、2.0m，樁長為6.0m～25.9m的沖孔灌注樁，樁身砼強度等級為C40，樁底岩土層為微風化岩。工程樁總數為62根。

各岩土層自上而下簡述：

1 、雜填土( Q m l) ： 稍濕、稍密狀態，局部中密，揭露厚度0.90m～6.30m。

2 、淤泥質中砂( Q m c ) ： 飽和， 稍密， 揭露厚度0 . 4 0 m ～ 2 . 5 0 m 。

3 、粉質粘土（ Q e l）：濕，可塑，揭露厚度0 . 4 0 m ～ 2 1 . 9 0 m 。

4 、凝灰質砂岩（ J 3）：全風化， 揭露厚度0 . 9 0 m ～ 1 2 . 8 0 m ； 強風化， 揭露厚度0 . 3 0 m ～ 1 0 . 5 m ； 中風化， 中風化， 揭露厚度0.10m～1.90m；微風化，揭露厚度2.95m～6.06m。

檢測概述

1、檢測加卸載

據委託方提供的相關資料和現場踏勘，通過低應變法對三根受檢樁進行樁身完整性檢測，樁完整性類別均為Ⅰ類。按照深圳市《建築基樁檢測規程》採用單樁豎向抗拔靜載檢測方法並制訂了檢測方案。採用經換填處理的地基代替錨樁提供支座反力。載入系統由經檢定合格的靜載測試儀、柱式感測器、千斤頂、油泵等組成。

採用慢速維持荷載法，逐級等量載入，每級載入為預定最大試驗荷載的1/10，第一級取分級荷載的2倍，在每一級荷載作用下，每一小時內的樁頂上拔量不超過0.1mm，方可施加下一級荷載；卸載逐級等量進行，每級卸載量取載入時分級荷載的2倍。

2、位移觀測

在樁頂面裝設4個經檢定合格的MS-50型位移感測器（同時由建設單位委託第三方，在樁身頂面設定釘點，採用徠卡TM30全站儀進行監控測量）。每級荷載施加後按第5、15、30、45、60min自動採集樁頂上拔量，以後每隔30min測讀一次；卸載每級荷載維持1h，按第15、30、60min自動採集樁頂上拔量後，即可卸下一級荷載，卸載至零後，採集樁頂殘餘上拔量，維持時間為3h，採集時間為第15、30min，以後每隔30min採集一次。

3、檢測結果

據現場採集數據分析整理，繪製出荷載-上拔值關係即Q-s曲線和上拔值-時間對數關係即s-lgt曲線。

由採集數據及關係曲線得，24#樁在加荷第4級荷載過程中，樁頂上拔量大於前一級荷載作用下的上拔量5倍；29#樁在加荷第4級荷載過程中，累計樁頂上拔量超過100mm；44#樁在加荷第9級荷載過程中，樁頂上拔量大於前一級荷載作用下的上拔量5倍。

4、檢測結論

驗收檢測24、29和44#樁單樁豎向抗拔承載力檢測值分別為2,280kN、2,280kN、3,960kN，均不滿足設計要求（設計各樁單樁承載力特徵值分別為2,850kN、2,850kN和2,200kN）。

分析探討

設計者往往憑經驗計取單樁承載力設計值。基本試驗時，其真意並非欲經試驗得出真正的承載力，僅僅是想驗證一下取值是否“符合”而已。就建設者而言還可將試樁保留為工程樁。更有基本試驗也“懶得”進行的，此類情況並不少見。由於建設單位的特殊強勢地位，往往急於“變現”——將圖紙變為實物產品並售賣，過度追求速度和經濟效益，忽略過程的重要，連帶“脅迫”相關方均主動或被動地跟從。就該例而言，“拚命”搶，似乎既滿足建設方與施工方的需求（越快越好，節約成本），設計方也落個省事（省得費盡心思精打細算，也省得得罪僱主），“三全其美”何樂而不為？最終卻還得變更設計，大量增加抗浮錨桿，增加底板厚度等等。儘管造成損失，但隱患得以排除亦算萬幸。《建築地基基礎設計規範》第8.5.6條第一款明確規定，“單樁豎向承載力特徵值應通過單樁豎向靜載荷試驗確定。在同一條件下的試樁數量，不宜少於總樁數的1%且不應少於3根。單樁的靜載荷試驗，應按本規範附錄Q進行。”

目前抗拔樁的研究主要為承載力，對變形的研究較少。而且只關注側阻的“量”，忽略了抗拔樁側摩阻力與抗壓側摩阻力發揮特點的差異，而抗拔樁側摩阻力的發揮過程對抗拔樁極限承載力產生了較大的影響。為追求高承載力一味提高混凝土強度等級，增大配筋率、樁長和樁徑，設計浪費普遍存在。抗拔樁臨界位移比抗壓樁小。相同樁頂荷載下抗拔樁的樁身變形要比抗壓樁大得多。很多學者致力於研究單樁豎向抗拔承載力檢測的其他方法，如自平衡法。儘管表面節省工時、穩定可靠，具有較強的實用性等優越性，但其僅僅是表面現象。

因為將很多類似傳統豎向抗拔檢測所需的工作時間及產生的費用提前到了受檢樁的施工前及施工階段中（如：荷載箱準備及其檢定；延長樁長以加強反力；增加鋼筋籠段；鋼筋籠與荷載箱連線及穩固焊接；預埋護管、油管及位移測量桿等等，其耗費的時間與金錢絕不亞於單樁豎向抗拔靜載試驗。甚至將使“關鍵線路”時間延長，耗費更高），並且由於其預埋等特殊操作難度令這些準備工作更須小心翼翼，難保萬無一失。而且最終仍未能直接獲得實際結果，須經計算公式由相關參數條件取值（受地質情況差異影響較大）計算得出。及其在驗收檢測中形成樣品特定的弊端。還有很多研究通過建立相關模型進行分析預測（推算）的方法。因樁不比砼試塊，可在試驗室大批量地有針對性地進行製作研究，建立專用曲線。因檢測設備、條件、方法、時間、費用以及樁的承載力受制於多種不確定因素等原因，往往沒有取得真正的極限承載力，特徵值、設計值的計算也就謬之甚遠。統計分析推算的方法應慎用。

不管研究哪種方法，不應僅追求簡便、低廉、快速。更應注重準確可靠、真正最佳化。為使檢測結果更準確有效，廣東省建築科學研究院的專家對單樁豎向抗拔靜載試驗進行了改進，並就測試措施做出了相當細緻的說明。可見確認或推定單樁豎向抗拔極限承載力的檢驗測試，需要認認真真踏踏實實地做好各個環節的每項相關工作。就本例而言通過第三方的監測結果比對，驗證了測試結果的準確性、可靠性相當高；提前計畫併合理安排焊接、吊裝等，耗時並不長（扣除下雨天氣，平均為三天）；以62元/噸計，檢測費用約3萬元/根樁。

總結

單樁豎向抗拔檢測的現狀並不樂觀，極限承載力的取得及其重要意義並未真正被廣泛重視；自平衡法的可靠性和優越性還處於理想的想像狀態，“特定”的樣品檢測，不宜驗收套用，其他分析推算方法的受限性，不便推廣使用；依公式估算的特徵值與實測值差異相當大；傳統的最直觀、可靠的單樁豎向抗拔靜載試驗的重要作用不可替代，其耗時長、費用高只是誤認和“偏見”。