单桩竖向抗压极限承载力确定探讨

单桩竖向抗压极限承载力确定探讨

鲍为民 夏进寿

（浙江宏业检测科技有限公司，浙江 嘉兴 314000 ）

摘 要：单桩竖向抗压静载试验是建设工程桩基检测手段之一，试验确定的单桩竖向抗压极限承载力可以判定单桩竖向抗压极限承载力是否满足设计要求。本文就是对如何确定工程桩竖向抗压极限承载力进行探讨。

关键词：单桩竖向抗压极限承载力；确定；探讨

前言

现阶段，在建设工程的桩基检测中，单桩竖向抗压静载试验是普遍、通用且非常重要的手段，无论是工程验收还是工程设计都离不开这一直观有效的方法，在实际试验结果分析中，对于单桩竖向抗压极限承载力的确定经常会由于各种因素的影响而出现一些取值上的分歧，为此如何做到合理判断为设计提供参考、为工程验收提供依据成为很有必要的课题。

一、概述

这里我们先对单桩竖向抗压极限承载力的概念简要分析一下：单桩竖向抗压极限承载力是指桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载，所谓的变形主要是指桩顶的总沉降量或者位移，一般其最大荷载由以下二个因素决定：一是桩本身的材料强度，即桩在受压或在桩身压曲的情况下，结构强度的破坏。这种情况主要发生在嵌岩桩或桩端持力层坚硬而设计桩身材料强度一般的情况下；二是地基土强度，即地基土对桩的极限支承能力。在确保桩身质量可靠且材料强度满足设计计算要求的前提下，第二点是我们检测技术人员和设计人员主要考虑的因素，正常反映了桩侧摩阻力和桩端端阻力合力产生的单桩竖向抗压极限承载力。

在竖向受压荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承担，且侧阻力和端阻力的发挥是不同步的，即桩侧阻力先发挥，先达极限，端阻后发挥，后达极限；二者的发挥过程反应了桩土体系荷载的传递过程：在初始受荷阶段，桩顶位移小，荷载由桩上侧表面的土阻力承担，以剪应力形式传递给桩周土体，桩身应力和应变随深度递减；随着荷载的增大，桩顶位移加大，桩侧摩阻力由上至下逐步被发挥出来，在达到极限值后，继续增加的荷载则全部由桩端土阻力承担。随着桩端持力层的压缩和塑性挤出，桩顶位移增长速度加大，在桩端阻力达到极限值后，位移迅速增大而破坏，此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。

从事静载荷试验的技术人员都知道，目前，绝大多数静载试验是为工程验收提供依据，一般按设计要求确定最大加载量，并不进行破坏试验，即加载至预定最大试验荷载后即终止试验，据此判定工程桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。而设计要求的最大荷载，常见的是设计标准值的2倍，设计标准值一般依据桩型计算侧面积和端面积并结合工程地质勘察报告中的桩侧土和桩端土的物理力学参数进行估算。

二、单桩竖向抗压极限承载力确定

有了极限承载力的基本概念，将有助于我们对竖向抗压静载试验中单桩竖向抗压极限承载力的确定。今天我们从荷载-位移（Q～s）曲线来分析探讨极限承载力的合理取值。

常 见的单桩荷载-位移（Q～s）曲线见下图，它们反映了常见的二种破坏模式。

(a) (b)

桩的破坏模式

1. 1. 桩端持力层为密实度和强度均较高的土层，而桩身土层为相对软弱土层，此时端阻所占比例大，Q～s曲线呈缓变型，极限荷载下桩端呈整体剪切破坏或局部剪切破坏，如图（a）所示。这种情况常以某一极限位移s_u确定极限荷载。

缓变型属“渐进破坏”。后者破坏特征点不明显，常常是通过多种分析方法判定其极限承载力，且判定的极限承载力并非真正的最大承载力，因此继续增加荷载，沉降仍能趋于稳定。对于大直径桩、群桩基础尤其是低承台群桩，其荷载-沉降曲线变化更为平缓，渐进破坏特征更明显。理论研究认为：为了充分发挥其承载潜力，宜按结构物所能承受的桩顶的最大变形Su确定其极限承载力，由此也不难理解《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）第4.3.7-5终止加载：荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60mm-80mm;当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

1. 2. 桩端与桩身为同类型的一般土层，端阻力不大，Q～s曲线呈陡降型，桩端呈刺入（冲剪）破坏，如软弱土层中的摩擦桩（超长桩除外）；或者端承桩在极限荷载下出现桩身材料强度的破坏或桩身压曲破坏，Q～s曲线也呈陡降型，这种情况破坏特征点明显，极限荷载明确，如图（b）所示。

陡降型属于“急进破坏”，一旦荷载超过极限承载力，沉降便急剧增大，即发生破坏，只有减小荷载，沉降才能稳定。^[1]

《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014），其中对单桩竖向抗压静载试验规定中单桩竖向抗压极限承载力确定（4.4.2条款）主要依据有5条，其中我们常用的就是其中的第一条：“根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-s曲线，应取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值”；和第四条：“对于缓变型Q-s曲线，宜根据桩顶总沉降量，取s等于40mm对应的荷载值”。

^[2]

需 要说明的是：如果某级荷载作用下桩顶沉降量大于前一级荷载作用下的沉降量的5倍，若总沉降量未超过40mm，且无需减小荷载沉降即可稳定，本人认为Q～s曲线不能盲目以陡降型对待。为此，规范之外还有一种Q～s曲线有必要进行讨论，即台阶型，如图所示。

产生这种情况的原因应该是复杂的，比如桩端有虚土（或沉渣），初始强度低，压缩性高，当桩顶荷载达一定值后，桩底部土被压密，强度提高，导致Q～s曲线呈台阶状；或者在预制桩沉桩过程中经常出现的浮桩现象、脱节现象等也容易出现台阶状Q～s曲线。

本人认为，出现台阶状Q～s曲线，首先需要找到原因，用其他无损检测辅助手段（低应变、管桩视频探测等）确保桩身质量没有问题为前提，那么按照规范，我们同样取S=40mm对应的荷载值为极限承载力。

当我们试验过程中出现了台阶状试验曲线，科学的态度需要对沉渣、虚土、浮桩等各种情况的轻重程度作出分析和反馈，各方统一意见作出合理的后续方案，对于重要工程和对沉降较为敏感的建筑，即使极限承载力满足设计要求，也需要对类似工程桩进行适当处理。

本文概述中已经提及，目前，绝大多数静载试验不进行破坏试验，一般按设计要求确定最大加载量，加载至预定最大试验荷载后即终止试验，除了桩身严重缺陷造成桩身破坏而形成陡降型Q～s曲线，一般常见的都为缓变型Q～s曲线，往往结果偏保守，桩顶总沉降小于40mm，最大试验荷载满足设计要求而其值并非真正意义上的单桩竖向抗压极限承载力。对于台阶状Q～s曲线我们应该慎重对待，既不可盲目以陡降型曲线进行极限承载力取值，给工程设计造成不必要的困扰，也不能判定满足设计要求之后不认真分析原因而造成可能的工程质量隐患。

结束语：由此可见，Q-s曲线是破坏模式与破坏特征的宏观反映，单桩竖向抗压极限承载力的确定对于荷载-沉降曲线的理解显得很重要，同时对规范的理解与运用也有极大的益处。

通过以上探讨，对于我们在单桩竖向抗压极限承载力的确定上有了更清晰的认识，减少一些理解上的误区，更有利于促进检测工作的开展和公正性的把握，更好地为工程建设服务。

参考文献：

[1]陈凡等编著.《基桩质量检测技术》-2版.中国建筑工业出版社，2003.2：8-9,31-32.

[2]《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）.中国建筑工业出版社，2014：16-17.