基樁靜載檢測不等速維持荷載法研究

鄭賀 鮑宇 謝紅波 王新勝

摘 要：【目的】針對(duì)基樁靜載檢測慢速維持荷載法檢測周期長、快速維持荷載法承載力判斷缺乏量化依據(jù)的缺陷，提出了不等速維持荷載法。【方法】該方法前九級(jí)加荷采用快速維持荷載法的判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，最后一級(jí)采用慢速維持荷載法的判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，既可以保證檢測效率，又兼顧了承載力判定的準(zhǔn)確性。【結(jié)果】通過現(xiàn)場數(shù)十組不同加載方法的足尺靜載對(duì)比試驗(yàn)，分別從承載力判定、沉降量測讀、最后一級(jí)荷載維荷時(shí)間等方面與慢速法和快速法進(jìn)行了對(duì)比分析。不等速維持荷載法檢測效率比慢速維持荷載法更高，接近快速法；檢測精度比快速維持荷載法更好，接近慢速法。【結(jié)論】本研究編制了自動(dòng)加載的程序，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加載，可以作為樁基靜載檢測的推薦加載方法。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn)；慢速維持荷載法；不等速維持荷載法；沉降差；承載力判定

中圖分類號(hào)：TU443 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2023）14-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.014

Study on Unequal Speed Load Maintenance Method of Foundation Pile Static Test

ZHENG He1，2 BAO Yu3 XIE Hongbo3 WANG Xinsheng3

（1.Xuzhou Construction Engineering Management Center， Xuzhou 221018，China; 2.Xuzhou City Construction Engineering Quality and Safety Supervision Station， Xuzhou 221116，China; 3.Xuzhou Construction Engineering Testing Center Co.， Ltd.， Xuzhou 221000，China）

Abstract： [Purposes] In view of the detects of the static load detection period of the slow speed load maintenance method of the foundation pile， the unequal speed load maintenance method is put forward. [Methods] The first nine levels of the method adopt the stability standard of fast load maintenance method， and the last level of slow load maintenance method， which can not only ensure the detection efficiency， but also take into account the accuracy of bearing capacity determination. [Findings] Through the static load comparison test of dozens of groups of different loading methods， the slow load method and fast method from the measurement of bearing capacity， settlement measurement and the load dimension time of the last stage were analyzed. The detection efficiency of the unequal speed load maintenance method is higher than the slow load maintenance method， and the detection accuracy is better than the slow load maintenance method. [Conclusions] The program of automatic loading is compiled to realize the automatic loading， which can be used as a recommended loading method for the static load detection of pile foundation.

Keywords： static load test; slow load method; unequal speed load method; poor settlement; bearing capacity determination

0 引言

靜載法是當(dāng)前廣泛采用的基樁承載力檢測方法，也是我國目前公認(rèn)的最可靠的承載力檢測方法[1-3]。基樁靜載試驗(yàn)從加載方法、判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)的角度可分為慢速維持荷載法和快速維持荷載方法（以下簡稱慢速法和快速法）。慢速法已經(jīng)沿用了幾十年，是我國公認(rèn)的一種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，是其他工程樁豎向抗壓承載力驗(yàn)收檢測方法的唯一參照標(biāo)準(zhǔn)［4］。為了加快檢測周期，自二十世紀(jì)八十年代以來有多部標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程陸續(xù)將快速法列入推薦方法，相關(guān)文獻(xiàn)也將其列入，但對(duì)該方法的應(yīng)用提出了限制條件，被限制在具有成熟的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)條件下采用。

慢速法判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)為每1 h內(nèi)的樁頂沉降量不得超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次。快速法要求每級(jí)荷載施加后維持1 h，第5 min、15 min、30 min測讀樁頂沉降量，以后每隔15 min測讀一次，若最后15 min時(shí)間間隔的樁頂沉降增量與相鄰15 min時(shí)間間隔的樁頂沉降增量相比未明顯收斂時(shí)，則延長維荷時(shí)間，直至最后15 min的沉降增量小于相鄰15 min的沉降增強(qiáng)為止。對(duì)于“明顯收斂”僅是定性要求，何謂“明顯收斂”，則缺乏量化的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)承載力判定上的偏差，可能會(huì)出現(xiàn)承載力高估的情況。因此，需要一種既能體現(xiàn)慢速法的檢測精度，又能兼顧快速法檢測效率的判穩(wěn)方法。基于此，提出了不等速維持荷載法（以下簡稱不等速法），該方法前幾級(jí)采用快速法加載，接近最大加載量的最后一級(jí)或幾級(jí)采用慢速法的判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)。這樣既保證了效率，也能在承載力判定最關(guān)鍵的最后一級(jí)荷載時(shí)，具有量化的判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)。

1 單樁慢、快速、不等速法承載力判定

快速法由于加載時(shí)間短、判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)低，基樁檢測承載力可能被高估，沉降量會(huì)被低估。周相國等［5］基于現(xiàn)場54組試驗(yàn)，指出快速法靜載試驗(yàn)得出的極限承載力較慢速法得出的極限承載力高，但一般不會(huì)超過10％。史海兵等［6］從工程實(shí)踐的角度分析了快速加載法的誤差，指出增加荷載分級(jí)將有效提高快速法承載力判斷的精度。史佳等［7］基于某大型工程，開展了基樁檢測快速法與慢速法對(duì)比研究，分析了兩種測試方法的沉降差別。有些學(xué)者［5-7］證實(shí)了快速法結(jié)果在很多時(shí)候是可靠的，但某些情況下該方法可能出現(xiàn)承載力誤判，在某實(shí)際工程中采用快速法獲得的基樁承載力被高估的案例，如圖1所示，該工程樁的參數(shù)見表1。該工程中針對(duì)68#試樁先采用快速法加載，休止3 d后再采用慢速法加載。快速法得到的承載力為4 200 kN，滿足設(shè)計(jì)要求；慢速法得到的承載力為3 780 kN，不滿足設(shè)計(jì)要求，需要補(bǔ)樁，兩種方法得到完全不同的結(jié)論。為了獲得更充分的對(duì)比數(shù)據(jù)，針對(duì)該工程中的其他工程試樁分別采用了慢速法、快速法、不等速方法，檢測樁號(hào)及結(jié)果見表2。由表2可知，快速法得到的各樁承載力均為4 200 kN，Q—S曲線為緩變形。慢速法和不等速法得到的承載力一致，均為3 780 kN，達(dá)到卸載標(biāo)準(zhǔn)便停止加載，測讀得到最終沉降量，慢速法普遍大于不等速法。

2 不等速、慢速法沉降差分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證不等速法的有效性，采取了更多工程樁的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。某地區(qū)63對(duì)工程樁，不等速和慢速法得到的基樁沉降量差值，如圖2所示，其中不等速維持荷載法僅最后一級(jí)荷載采用了慢速法穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，其余8級(jí)均采用了快速法的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。Sm代表慢速法的沉降量，Sd代表不等速法的沉降量，沉降差Sm-Sd是以同一項(xiàng)目不同單位工程間進(jìn)行比較的，即在相近地質(zhì)條件下同一項(xiàng)目相鄰的且樁參數(shù)相同的單位工程分別采用不同的維持荷載法，然后選擇距離最近的兩根樁進(jìn)行沉降量比較。為了避免樁產(chǎn)生破壞后，其沉降量測量出現(xiàn)的誤差，影響Sm-Sd的結(jié)果，本次選取的63對(duì)靜載試樁承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

由圖2可知，相近地質(zhì)條件下相同參數(shù)樁不等速維持荷載法得到的沉降量多小于慢速維持荷載法的沉降量。Sm-Sd多集中在±5.0 mm以內(nèi)，最大值近±10.0 mm；隨著檢測承載力的提高，Sm-Sd的差值呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。這可能是由于本地區(qū)承載力較大的灌注樁多為嵌巖樁，樁的總沉降量較小，且承載富余度大，每級(jí)荷載穩(wěn)定時(shí)間短，Q—S曲線呈近似直線，兩種維荷方法測試誤差小。預(yù)制實(shí)心方樁多用在本地區(qū)特定區(qū)域，該區(qū)域地質(zhì)條件相對(duì)特殊，砂層較厚，單樁設(shè)計(jì)承載力較高，其Sm-Sd僅有一例為負(fù)值，其余均為正值。一般情況下，相同荷載下樁的沉降量和維荷時(shí)間正相關(guān)，圖2中Sm-Sd也多為正值，這是合理的，但圖2中Sm-Sd離散性稍大，小部分為負(fù)值，可能由以下幾方面原因造成：①地質(zhì)條件差異，即使檢測樁位置相近，二者地質(zhì)條件仍不完全一致；②樁的施工質(zhì)量的差異，如相鄰樁的沉渣厚度不一致；③位移測試設(shè)備誤差的影響［8］；④樁的承載力富余小，摩擦樁或端承摩擦樁在接近極限承載力狀態(tài)下工作，樁的沉降量本身就很大，Sm-Sd的差值也越大，圖1也正好能說明這一點(diǎn)，隨著總沉降量的增大，Sm-Sd逐漸增大。

3 不等速、慢速法承載力判定誤差分析

圖2中的63對(duì)靜載試樁，均未產(chǎn)生破壞，基樁的承載力均取最大加載值，用不等速法和慢速法獲得的承載力一致，誤差為零。對(duì)于檢測過程中出現(xiàn)破壞的基樁，挑選了某一項(xiàng)目12根試樁，試驗(yàn)結(jié)果見表2。1#樓3根試樁分別先用快速法加載，加載完成后休止1 d，然后進(jìn)行慢速法加載，兩種方法承載力檢測結(jié)果相差10%；2#樓3根試樁分別先用快速法加載，加載完成后休止1 d，然后進(jìn)行不等速法加載，兩種方法承載力檢測結(jié)果相差10%；3#樓選取6根試樁，分別采用慢速法和不等速法加載，兩種方法承載力檢測結(jié)果一致，結(jié)合1#、2#、3#檢測結(jié)果說明慢速法和不等速法檢測結(jié)果一致，均較快速法檢測結(jié)果低10%。

4 不等速、慢速維持荷載穩(wěn)定時(shí)間分析

基樁靜載不同維持荷載法加/卸載最短時(shí)間見表3。不等速維持荷載法略慢于快速法，但比慢速法快很多，因而可有效提升檢測效率，縮短檢測時(shí)間。目前，部分地區(qū)要求靜載驗(yàn)收試驗(yàn)在基坑開挖完成后隨機(jī)選樁，靜載試驗(yàn)有時(shí)處于工期的關(guān)鍵線路上，此時(shí)采用不等速維持荷載法可有效節(jié)省檢測時(shí)間，有效減少基坑暴露時(shí)間，進(jìn)而節(jié)約工期和減小風(fēng)險(xiǎn)。由表3可知，不等速維持荷載法加卸載最短時(shí)間和快速法相差3 h，遠(yuǎn)小于慢速維持荷載法。

雖然不等速法加卸載最短時(shí)間和快速法相差3 h，但在實(shí)際檢測過程中發(fā)現(xiàn)，不等速法在最后一級(jí)荷載下沉降穩(wěn)定的時(shí)間較慢速法有所增長，如圖3所示。由圖3可知，本地區(qū)慢速法最后一級(jí)荷載最大概率的穩(wěn)定時(shí)間為2.5 h，逾50%的樁在2.5 h內(nèi)可達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，95%的樁在5 h內(nèi)可達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；不等速法最后一級(jí)荷載最大概率穩(wěn)定時(shí)間為3 h，逾50%的樁在3 h內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，90%的樁在6 h內(nèi)可以達(dá)到穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)定，超過10%的樁在6.5 h以內(nèi)仍無法實(shí)現(xiàn)沉降穩(wěn)定。通過統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)，在不等速法最后一級(jí)荷載下，2.5 h以內(nèi)穩(wěn)定的試樁，多為總沉降量很小、承載力安全系數(shù)大的端承樁，在5 h甚至更長穩(wěn)定時(shí)間的試樁，總沉降大多較大，Q—S曲線緩變形，樁頂荷載接近或達(dá)到基樁極限承載能力的基樁。

檢測過程還發(fā)現(xiàn)，少數(shù)檢測樁由于承載力不足等原因，在前幾級(jí)荷載下Q—S曲線便呈現(xiàn)緩變形，總沉降量較大（超過30 mm）或者單級(jí)荷載下沉降量超過10 mm，出現(xiàn)破壞跡象。針對(duì)此種情況，采取當(dāng)前級(jí)荷載采用慢速法手動(dòng)判穩(wěn)，直至達(dá)到慢速法穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)方可加下一級(jí)荷載或者卸載。

總體來看，不等速法加/卸載總時(shí)間可以控制在16 h以內(nèi)，算上倒運(yùn)轉(zhuǎn)場時(shí)間，大多數(shù)試樁檢測進(jìn)度可以實(shí)現(xiàn)一天一樁，和快速法進(jìn)度一致，每根樁比慢速維持荷載法至少節(jié)約0.5～1.0 d的工期。

通過對(duì)不同樁型、不同設(shè)計(jì)承載力、不同場地的大量對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出不等速法在保證檢測數(shù)據(jù)精度和提高檢測效率方面具有優(yōu)越性。為此，針對(duì)不等速法，編制了自動(dòng)加載的程序，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加載，并形成了地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

不等速法融合了快速和慢速法二者的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得的效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①不等速維持荷載法兼顧了慢速法和快速法的優(yōu)點(diǎn)，在保證檢測準(zhǔn)確性的前提下，提高了檢測效率，縮短了檢測工期。

②通過某地區(qū)63對(duì)工程樁不同維荷方法沉降量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不等速法對(duì)于基樁承載力判定的精度和慢速法一致，沉降量多小于慢速維持荷載法的沉降量，離散性稍大，小部分為負(fù)值。造成沉降差離散的原因可能是地質(zhì)條件差異、樁施工質(zhì)量的差異、測試誤差、摩擦樁在接近極限承載力下工作、樁的沉降量本身就很大等。

③不等速維持荷載法最后一級(jí)荷載下穩(wěn)定時(shí)間較慢速法稍長。沉降量很小、承載力安全系數(shù)大的端承樁，穩(wěn)定時(shí)間和慢速法接近，在5 h甚至更長穩(wěn)定時(shí)間的試樁，總沉降大多較大，Q—S曲線緩變形，樁頂荷載接近或達(dá)到基樁極限承載能力的基樁。

④針對(duì)未加載到最后一級(jí)荷載便有提前破壞征兆的試樁，采用慢速法的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行手動(dòng)判穩(wěn)，作為不等速法的補(bǔ)充。

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