中美單樁豎向抗壓靜載試驗標準對比研究

門青波 柳旻 夏玉云 劉云昌 馬佳儀

收稿日期：

2023-08-10

基金項目：

陜西省創新能力支撐計劃項目（2023-CX-TD-34，2022-KJXX-05，2023-CX-PT-46）；國機集團青年科技基金項目（QNJJ-PY-2022-41，QNJJ-ZD-2022-17）；西安市英才計劃青年項目（2022XAYC-03）；自然資源部陜西西安地裂縫與地面沉降野外科學觀測研究站開放課題（2022-02）；長安大學中央高校基本科研業務費專項資金資助（300102263512）

作者簡介：

門青波，男，高級工程師，主要從事海外巖土工程勘察工作。E-mail：ximenqingbo@163.com

引用格式：

門青波，柳旻，夏玉云，等.中美單樁豎向抗壓靜載試驗標準對比研究

［J］.水利水電快報，2024，45（1）：80-83，94.

摘要：

作為檢測基樁承載力的一種常用試驗手段，單樁豎向抗壓靜載試驗在海外巖土工程實踐中廣泛應用。為了分析該試驗的中美標準差異，從主要試驗設備、適用范圍、試驗技術要求和其他差異探討4個方面，對比了中國標準和美國ASTM標準的差異。對比結果表明：ASTM標準適用范圍較廣，對試驗設備要求更嚴格。中國標準則對現場試驗技術的要求更明確，具有更好的實際操作性。對于加載、卸載、觀測時間和終止標準等試驗過程，兩種標準均作了明確的規定。研究結果可為基樁載荷試驗提供參考。

關鍵詞：

單樁豎向抗壓靜載試驗； 國際工程； ASTM標準； 中國標準

中圖法分類號：TU473.1

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.01.014

文章編號：1006-0081（2024）01-0080-04

0? 引? 言

近年來，中國越來越多的勘察設計企業承攬了國際工程業務［1］。在進行地基基礎設計時，對于承載力要求較高的項目，樁基礎是一個常用選項，相應的基樁承載力檢測是判斷地基基礎設計是否有效的重要環節。因此采用何種規范進行基樁承載力檢測顯得尤為重要［2］。目前在國際工程中，常用的主要標準有美國ASTM標準、AASHTO標準和英國BS標準，均已執行多年，被業主普遍接受。在海外項目的工程實踐中，中國標準和美國標準差異較大，選擇何種執行標準對工程的實施影響較大。因此，分析對比美國標準與中國標準的差異性，對推進項目進程具有重要的意義。

近10 a來，國內眾多學者對中美巖土工程標準體系的應用進行了大量分析與對比［3-5］，研究結果對海外巖土工程的成功實踐起到一定推動作用。但相關研究多集中在部分原位測試領域，如標準貫入試驗、圓錐動力觸探、平板載荷試驗等，對于基樁靜載荷試驗的對比分析較少。

基樁載荷試驗［6-9］是基樁承載力檢測最直接有效的手段，其優點在于簡單、快速、重復性好且經濟，能夠獲取多種巖土參數。單樁豎向抗壓靜載試驗［10-11］具有設備簡單、測試方便、精度較好、工效較高和適應性廣等優點。本文從主要試驗設備、適用范圍、試驗技術要求和其他差異探討4個方面，分析中國標準和美國ASTM標準的差異，為海外項目規范選取提供參考。

1? 單樁豎向抗壓靜載試驗對比

1.1? 適用對象對比

針對單樁豎向抗壓靜載試驗，中國標準JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》（以下簡稱“中國標準”）僅適用于單樁豎向抗壓承載力測試，而美國標準D1143M-07《Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load》（2003修訂版）（以下簡稱“ASTM標準”），除可用于單樁承載力測試外，對群樁承載力測試也同樣適用。

1.2? 主要設備儀器對比

單樁豎向抗壓靜載試驗的主要設備有加載系統千斤頂（含壓力表、液壓泵和油管等）和沉降測量系統百分表或大量程位移傳感器。這兩種設備的精度和量程對于試驗結果的準確性起決定性作用。

對加載系統千斤頂，ASTM標準規定其額定負荷應超過最大荷載至少20%，試驗中使用兩個以上千斤頂且共用一套壓力表和油管。壓力表最小刻度應不大于最大荷載值的1%，允許誤差為±1%。液壓泵聯合校準精度應小于最大荷載的5%，每個獨立校準部件精度應小于所施加荷載的2%。中國標準規定壓力表的準確度應至少為0.5級，壓力表、油泵和油管在最大加載時的壓力應不大于規定工作壓力的80%。

ASTM標準規定，沉降測量系統百分表或者位移指示器最小刻度為0.25 mm，量程一般要達到100 mm（至少為50 mm）。用于測量樁身位移的刻度尺最小刻度為0.5 mm，長度不應小于150 mm，讀取精度應接近0.1 mm，測量標尺最小刻度1 mm，讀取精度應接近0.1 mm。中國標準規定測量沉降所用位移傳感器或百分表測量誤差不得大于0.1%FS（FS為滿量程，誤差除以儀表最大量程小于等于0.1%），分度值/分辨力應不大于0.01 mm。

1.3? 試驗對比

1.3.1? 試驗技術對比

（1） 反力裝置規定。ASTM標準對此無明確規定。而中國標準則提供了幾種可用的反力裝置，如錨樁壓重聯合反力裝置、壓重平臺反力裝置和地錨反力裝置等；此外還規定加載反力裝置提供的反力不得小于最大加載值的1.2倍，并均勻穩固地放置于平臺上，壓重施加于地基的壓應力不宜大于地基承載力特征值的1.5倍。

（2） 樁頂的處理規定。ASTM標準規定在承載鋼板與樁頂之間設置厚度小于6 mm的快速凝固灌漿，且其抗壓強度應大于樁體強度，并在其上部設置厚度不小于25 mm的鋼板，鋼板面積大于樁頂面積。中國標準要求距樁頂1倍樁徑范圍內，宜設置3～5 mm厚鋼板或在距樁頂1.5倍樁徑范圍內設置間距不大于100 mm的箍筋，且樁頂應設置間距為60～100 mm的1～2層鋼筋網片。

（3） 荷載測定規定。ASTM標準規定必須使用置于千斤頂上的荷重傳感器直接測定荷載。中國標準規定荷載測量除可采用放置在千斤頂上的荷重傳感器直接測定之外，也可根據千斤頂率定曲線進行荷載換算。

（4） 試樁中心、反力樁（或壓重平臺支墩邊）和基準樁中心距離規定。ASTM標準規定試樁中心與反力樁、基準樁的中心距離不小于5D（D為直徑）且應大于2.5 m。中國標準要求其大于等于4D且不小于2.0 m。

（5） 百分表安裝要求。ASTM標準要求安裝至少兩個位移觀測儀表作為一級測量系統，同時需要至少一個次級冗余系統水準測量系統（在試驗樁側安裝1個水準觀測標尺和1個鏡像標尺），用以監測樁頂位移。對于樁徑D＞750 mm、頂部沒有良好橫向支撐的樁，使用4個位移觀測儀表。中國標準要求對D＞500 mm的樁，應在兩個方向對稱安置4個位移觀測儀表；對D≤500 mm的樁，可對稱安置2個位移觀測儀表。

（6） 冗余測量系統。ASTM標準規定冗余測量系統設置2個帶有刻度線標尺（至少1個應有反射鏡）附著于樁身。使用水準儀等測量儀器，參照位于試驗區以外的永久水準點對樁身刻度線進行測量，用以復核樁身位移。中國標準則無此要求。

（7） 樁頂水平位移精度要求。ASTM標準規定的樁頂水平位移測量精度要求為2.5 mm。中國標準則無此要求。

1.3.2? 試驗過程對比

（1） 試驗前休止時間。ASTM標準規定試驗的開始時間由混凝土試塊或者樁身混凝土強度確定，工程師可根據現場情況靈活指定休止時間，從3～30 d不等，或者更長，具有較大的靈活性和主觀性。中國標準規定受檢樁混凝土齡期應達到28 d，或受檢樁同條件養護試塊強度達到設計強度要求。無成熟的地區經驗時，可根據不同的巖土層，按表1中的休止時間執行。

（2） 試驗樁的選擇。ASTM標準對于試驗樁的選擇和試驗數量沒有規定。中國標準對于此則做了以下明確規定：① 設計等級為甲級的樁基；② 無相關試樁資料可參考設計等級為乙級的樁基；③ 地基條件復雜、基樁施工質量可靠性低；④ 本地區采用的新樁型或采用新工藝成樁的樁基。試驗數量應滿足設計要求，且在同一條件下不少于3根；預計工程總樁數少于50根時，檢測數量不宜少于2根。

（3） 加載和卸載。ASTM標準共提供了7種加卸載方法：① 快速測試法；② 維持測試法（可選）；③ 超限維持測試法（可選）；④ 恒定時間間隔測試法；⑤ 等貫入率測試法（可選）；⑥ 恒定移動增量測試法（可選）；⑦ 循環荷載測試法（可選）。ASTM未強制要求使用某一方法，常用快速測試法和恒定時間間隔加載法，可根據工程師對現場條件的判斷靈活選擇其余5種方法。中國標準主要有兩種加卸載方法：慢速維持法和快速維持法。中國標準規定工程樁驗收檢測宜采用慢速維持法，當有成熟地區經驗時，也可采用快速維持法。

本文重點分析中國標準中慢速維持法和ASTM中維持測試法以及中國標準中快速維持法和ASTM中恒定時間間隔測試法在加載、卸載、記錄間隔和穩定標準等方面的區別。

ASTM標準中的維持測試法與中國標準中的慢速維持法對比如下：

（1） ASTM標準規定最大加載為預期設計荷載的200%，分級加載、分級增加荷載為設計荷載的25%。中國標準規定最大加載為設計要求承載力特征值的2倍，分級加載、各分級荷載為最大加載量的1/10，且第1級荷載為分級荷載的2倍。

（2） ASTM標準規定每級荷載下沉降穩定標準為沉降量不超過0.25 mm/h，并連續出現2次，且最多持續2 h。中國標準要求為不超過0.1 mm/h，并連續出現2次。

（3） ASTM標準規定每級加載后分別按第5，10 min和20 min讀數，以后每隔20 min進行讀數。中國標準規定每級加載后分別按第5，15，30 min和60 min讀數后，每隔30 min讀數。

（4） ASTM標準規定卸載時，按最大荷載的25%進行減量卸載，每級荷載維持1 h，每隔20 min記錄一次讀數，在移除所有荷載后12 h，記錄最終讀數。中國標準規定卸載時，每級荷載維持1 h，按第15，30 min和60 min分別讀數，卸載至零時，維持時間不小于3 h，讀數時間分別為第15 min和30 min，以后每隔30 min測讀一次。

（5） ASTM標準規定在施加總荷載后，若試驗樁或群樁未發生破壞，分別記錄第5，10 min和20 min的讀數，然后每20 min讀數一次到2 h，從2～12 h每1 h讀數1次，從12～24 h每2 h讀數1次。若試驗樁或群樁發生破壞，應記錄前一荷載的讀數。當加載至最大荷載、總體測試時間達到12 h以上，且該荷載下沉降量不超過0.25 mm/h，則開始卸載，否則允許最大載荷維持24 h。若在加載過程中發生破壞，維持破壞荷載，或最大可能的荷載，直到總變形等于樁直徑或寬度的15%。中國標準規定加載的終止條件為出現以下情況之一：

① 某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的5倍，且樁頂總沉降量超過40 mm。

② 某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前級荷載作用下沉降量的2倍，且24 h內未達到相對穩定標準。

③ 已達到設計要求的最大加載值且樁頂沉降達到相對穩定標準。

④ 工程樁作錨樁時，錨樁上拔量已達到允許值。

⑤ 荷載-沉降曲線呈緩變型時，可加載至樁頂總沉降量達60～80 mm，當樁端阻力尚未充分發揮時，可加載至樁頂累計沉降量超過80 mm。

ASTM標準中的恒定時間間隔測試法與中國標準中快速維持法的對比如下：

（1） 加載時，ASTM標準以單樁或群樁設計荷載的20%為增量，每隔1 h施加荷載，但對讀數間隔時間未做具體規定。中國標準中快速維持法每級荷載施加后維持1 h，于第 5，15 min和30 min分別測讀樁頂沉降量，以后每隔15 min測讀一次。測讀時間累計為1 h，若最后15 min的樁頂沉降增量與相鄰15 min的樁頂沉降增量相比未明顯收斂，應增加維持荷載的時間，直至最后15 min的沉降增量小于相鄰15 min的為止。

（2） 卸載時，ASTM標準規定每級荷載間隔1 h，記錄方式同維持測試法。中國標準則要求每級荷載維持15 min，于第5 min和15 min分別測讀樁頂沉降量。卸載至零后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持1 h，按第5，15，30 min和60 min分別記錄。

ASTM標準中對其他方法的加載和卸載過程分別有各自具體的規定，而中國標準中無相似方法，在此不展開贅述和對比。

1.3.3? 試驗數據處理對比

中國標準對單樁豎向抗壓靜載試驗有關試驗數據的分析處理有明確規定，詳見JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》，ASTM標準則無明確規定。

1.4? 其他差異探討

（1） ASTM標準對群樁承載力檢測試驗有相關的規定，而中國標準僅針對單樁豎向承載力進行測試。顯然，對采用群樁基礎承載力檢測的工程，ASTM標準的試驗結果更為準確。中國樁基技術規范中則是通過承臺效應對樁基豎向承載力的影響去考慮群樁效應。因價格昂貴，群樁承載力試驗在實際工程實踐中應用較少，但其能更真實反映樁實際工作時的狀態，消除計算模型參數選取等其他因素引起的誤差。

（2） ASTM標準只允許采用荷重傳感器直接測量荷載，中國標準則可選用油壓表間接進行荷載測量。ASTM標準采用荷重傳感器測力，不需考慮千斤頂活塞摩擦等對實際荷載的影響。中國標準需通過率定換算。同型號千斤頂在保養正常狀態下，相同油壓時的實際荷載相對誤差約為1%～2%。因此，采用荷重傳感器獲取的實際荷載值更為精確。

（3） ASTM標準的維持測試法中分級荷載沉降相對穩定標準（0.25 mm）相比中國標準（0.1 mm）更為寬松。

（4） ASTM標準按樁頂總沉降量為15%D確定極限承載力，而中國標準則以最大沉降量為60～80 mm為準。此外，兩者對沉降穩定時間、加載方法等規定均有所不同。這和中美標準安全系數的取值大小、特別是上部結構對樁基沉降的要求有關。相較而言，當樁徑較大（≥400 mm），樁體未發生破壞時，按照美國標準的維持測試法，所允許的樁體極限位移較大，所得的極限承載力相對要大；反之，按照美國標準的維持測試法所得的極限承載力則相對要小。如對于直徑800 mm的樁，按ASTM標準采用維持測試法，如樁未發生破壞，其極限承載力可取對應樁頂沉降120 mm對應的極限承載力，而中國標準最多為樁頂沉降80 mm對應的極限承載力。

（5） 關于樁基靜載荷試驗承載力特征值的取值，中國標準有明確的規定，詳細取值方法可見JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》第4.4節規定或GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》附錄Q相關規定，承載力特征值為極限值的50%。而ASTM標準則無相應的規定，可結合美國其他設計標準進行取值。目前，非洲及中東大部分國家的海外實踐經驗表明，承載力特征值多取極限值的1/3，相對于中國標準，這一取值更為保守。

2? 結 ?論

（1） ASTM標準不僅適用于單樁，對群樁承載力也適用，而中國標準僅適用于單樁承載力，但可通過承臺效應計算去模擬群樁承載力。

（2） ASTM標準和中國標準的試驗設備要求不同，前者要求更嚴格，后者工程實踐性更強。

（3） 中國標準對試驗技術，如反力裝置、百分表安裝、樁頂處理等的要求比ASTM標準清晰明確，更便于實際操作，美國標準更依賴于工程師的經驗水平以及對現場施工條件的判斷。

（4） ASTM標準和中國標準對試驗過程中加載、卸載、維持載荷時間和觀測時間間隔以及終止標準等的要求有較大的差異性，并都做了較為細致的規定，側重點也不同，各有優劣。

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（編輯：李? 慧）

Comparative study on differences of vertical compressive static load test standards of single pile between Chinese and America Standards

MEN Qingbo1，2，LIU Min1，2，XIA Yuyun1，2，LIU Yunchang1，2，MA Jiayi1

（1.China JK Institute of Engineering and Design Co.，Ltd.，Xi′an 710043，China；? 2 Shaanxi Key Laboratory of Special Geotechnical Properties and Treatment，Xi′an 710043，China）

Abstract：

The vertical compressive static load test of single piles is widely used in geotechnical engineering practice overseas as a common test means to evaluate the bearing capacity of foundation pile.The differences between American ASTM standard and Chinese standard were compared from four aspects： main test equipment，application scope，test technical requirements and other differences in order to analyze the difference between Chinese and American standards.The results showed that ASTM standards had a wider scope of application and stricter requirements for testing equipment.Chinese regulations had clearer requirements for on-site testing technology and better practical operability.For the testing process of loading，unloading，observation time and termination criteria，both specifications had clear provisions.The research results can provide a reference for pile load tests in overseas geotechnical engineering practices．

Key words：

vertical compressive static load test on single piles； international project； ASTM standards； Chinese standards