利用静载快速维持荷载法对太仓地区项目桩基承载力快速检测的应用研究

利用静载快速维持荷载法对太仓地区项目桩基承载力快速检测的应用研究

冯欣羽，刘国民

（太仓市建设工程质量检测中心有限公司，江苏太仓 215400）

摘 要：对于基桩竖向抗压静载荷试验,根据各级荷载维持时间长短及各级荷载作用下基桩沉降的收敛情况,分为慢速维持荷载法及快速维持荷载法。通过对静载荷试验快速法与慢速法对比试验数据及曲线中快速法与慢速法沉降与承载力差异规律的分析，得出将快速法试验下得出的单桩承载力特征值修正为快速法试验下得出的单桩承载力特征值的回归方程。这证明采用快速法静载试验检测工程桩承载力是可行的，可以使检测周期较慢速法明显缩短，带来明显的经济和社会效益。

关键词：桩基检测；静载荷试验；快速法；慢速法；沉降；承载力

Research on the Application ofTesting the Bearing Capacity of Piles with Quick Mehod of Load Pile Static Test in Taicang Area

Feng Xinyu  Liu Guoming

(Taicang Construction Engineering Quality Testing Center Co., Ltd, Taicang 25400, China)

Abstract:For the vertical compressive static load test of foundation piles, it is pided into slow maintenance load method and fast maintenance load method based on the duration of each level of load maintenance and the convergence of foundation pile settlement under each level of load. By comparing the experimental data and analyzing the differences in settlement and bearing capacity between the fast and slow methods in the static load test, a regression equation is obtained to correct the characteristic value of single pile bearing capacity obtained under the fast method test to the characteristic value of single pile bearing capacity obtained under the fast method test. This proves that using the fast method static load test to detect the bearing capacity of engineering piles is feasible, which can significantly shorten the testing period compared to the slow method and bring significant economic and social benefits.

Keywords: pile foundation testing; static load test; quick and slow load method; settlement; bearing capacity

1、引 言

桩基竖向抗压静载试验是目前公认的最直观可靠的单桩竖向承载力检测方法，根根据各级荷载维持时间长短及各级荷载作用下基桩沉降的收敛情况,分为慢速维持荷载法及快速维持荷载法[1]。慢速法是一种已经被认可的试验桩和工程桩的承载力试验方法，因而成为我国现行规范中推荐的方法。国外许多国家的维持荷载法的最少持载时间为1小时，相当于我国的快速维持荷载法，并规定了较为宽松的沉降相对稳定标准，已在工程桩验收检测中广泛运用。而我国的快速法试验在20世纪70年代才开始研究，与慢速法相比缺乏实践经验，目前根据规范规定[2-3]仅能做为工程桩验收的检测依据。

一直以来我们在太仓地区都是采用慢速法进行承载力检测。然而对于一些工期紧张的项目，我们全部按照平时使用的静载慢速维持荷载法无法按时完成检测任务，采用静载快速维持荷载法可极大加快检测速度。由于太仓地区缺乏使用快速维持荷载法检测的实践经验，我们决定结合生产实践开展静载快速维持荷载法的应用研究，以找出在不同荷载下两种试验方法测出的单桩极限承载力和沉降的差异规律，并将快速法静载试验下得出的沉降和承载力修正成慢速法静载试验的沉降和承载力。

2、试验方案

2.1桩型选择

由于预应力管桩的桩身质量好、强度高，成桩工艺好控制，因此可靠性高；采用该桩型一方面可以增加试验成功的机率。因此，桩型选用预应力管桩。

2.2场地选择

为了使比对试验的结果更具可信度，我们选取了三处具有代表性的场地，分别位于太仓市浏河镇（项目一）、陆渡镇（项目二）和浮桥镇（项目三），涉及的地质条件在整个太仓地区都具有代表性。

2.3试验工作量

本次试验共进行静载试验18组（36根），试验桩两根为一组进行快速法和慢速法的比对试验，同一组的两根桩的桩型尺寸，设计承载力值和土层条件、静载试验条件等都尽可能相同。其中9组加荷至单桩抗压设计极限承载力，9组加荷至破坏。对于加荷至单桩抗压设计极限承载力的试验桩，观察两根桩沉降量的差异；对于加荷至破坏的试验桩，观察两根桩极限承载力的差异。

2.4试验方法

依据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014[2]、《建筑地基基础检测规程》DB32/T 3916-2020[3]规定：

慢速维持荷载法：

加载时，按第5、10、15、30、45、60min各记录一次，之后每隔30min记录一次。卸载时，每级荷载维持1h，卸载至零后，继续记录至3h。

加载的第一级加载量取分级荷载的2倍，之后逐级加载；卸载量每级取分级荷载的2倍。

快速维持荷载法：

加载时，按第5、10、15、30、45min各记录一次，之后每隔10min记录一次。卸载时，每级荷载维持20min，卸载至零后，继续记录20min。

加载的五级加载量分别取分级荷载的2、5、7、9、10倍；卸载分3级，载荷量量分别取分级荷载的5、2、0倍。

3、试验结果和分析

3.1试验曲线特性分析

通过对比可以看出快速法静载荷试验与慢速法静载荷试验所得出的Q-s曲线和s-lgt曲线表现出相同的特征。两者的Q-s曲线(见附图二)均反映出桩-土压缩变形的三个阶段：在荷载较低时Q-s曲线近似为直线段，此时桩-土压缩变形处于弹性变形阶段；随着荷载增加（达到特征值），Q-s曲线开始弯曲，此时桩-土压缩变形处于弹、塑性变形阶段；随着荷载进一步增加（达到极限值），Q-s曲线发生陡变，此时桩-土压缩变形处于塑性变形阶段（破坏阶段）。快速法的特征点要比慢速法略高。两者s-lgt曲线均反应出：在桩所受荷载不变的情况下，桩的沉降随时间增长而增加，并经过一段时间趋于稳定。这表明在同等荷载作用下，快速法静载荷试验与慢速法静载荷试验在沉降上虽有差异,但并没有造成曲线性状上的差异。

慢速法静载荷试验要求在各级荷载作用下一小时内沉降值小于0.1mm为沉降稳定标准，在实际试验中，各级荷载维持时间在2小时及以上；快速法静载荷试验要求在各级荷载作用下， 15分钟内沉降值小于0.1mm为沉降稳定标准，实际试验中，各级荷载维持时间大多在1小时；当荷载接近极限荷载时，稳定时间有所延长，但一般不超过90分钟，这些是因为桩周土的时间效应的影响。

3.2沉降差异分析

通过对三处项目共九组工程桩试验数据的统计，我们分别为每个项目的三组试验结果取平均值并计算了在各个荷载级数的快、慢沉降量比值（表一、二、三）并绘制了图片（图一、二、三）。

从表中我们可以看到沉降比在大体上随加载级数的增加而略有减少，从数值上看，项目一的沉降比为0.88-0.92，而项目二和项目三的沉降比较为接近，为0.84-0.89。结合两点看沉降比和沉降量呈现负相关关系，即沉降量越大，快速法造成的相对于慢速法试验的沉降量的减小就越明显。据此我们绘制了所有数据的沉降比与快速法沉降量关系图（图四），并给出了回归方程：

Y = -0.0061X + 0.9189；

式中Y代表沉降比，X代表快速法的沉降量（mm）；相关系数为R=-0.909，为强负相关。根据回归方程我们可以根据快速法测得的沉降量估算出沉降比并将其修正为慢速法的沉降量。

表一：项目一的沉降量对比

图一：项目一的快、慢荷载法沉降量与荷载的关系图

表二：项目二的沉降量对比

图二：项目二的快、慢荷载法沉降量与荷载的关系图

表三：项目三的沉降量对比

图三：项目三的快、慢荷载法沉降量与荷载的关系图

图四：沉降比与快速法沉降量关系图

3.3极限承载力差异分析

以上的9组工程桩（共18根）比对试验无论是用快速法还是慢速法试验，测得的单桩极限抗压承载力都满足设计要求。而对于研究极限承载力差异的比对试验，我们采用另外9组试桩（共18根）加载至破坏极限，取前一级作为极限抗压承载力。我们统计了每一组试验的快、慢速极限承载力及其比值（表4）。

表4：快、慢速极限承载力统计表

由以上表格可见：快速法静载试验得出的极限承载力较慢速法静载试验得出的极限承载力高，范围在9%-18%之间不等，平均值为12%。这是由于在各级荷载作用下，快速法的沉降相对于慢速法而言时间短，沉降量没有达到稳定状态，因此沉降量小于同等条件下慢速法得出的沉降量。因此，在相同沉降下，快速法得出的极限承载力较慢速法得出的极限承载力略有偏高。

4、结论

4.1由于加载速度不同，在相同荷载作用下的快速法静载试验的沉降与慢速法静载试验的沉降存在一定差异，并且其差异存在一定的规律性。在与实验条件相近的工况下，可以使用回归方程Y = -0.0061X + 0.9189估算沉降比，再用沉降比将快速法的沉降量修正为慢速法的沉降量。

4.2由于加载速度不同，快速法极限承载力与慢速法极限承载力同样存在一定差异，其比值大约在109%-118%。可以将快速法静载试验的极限承载力除以1.12修正成慢速法静载试验的极限承载力。

4.3相比而言，使用慢速法静载试验完成一根桩的承载力检测要用时将近30小时，而快速法静载试验只需用6小时即可完成一根桩的检测，可极大的缩减试验成本，缩短工期。以上的研究表明使用经验公式将快速法静载试验得出的承载力和沉降量换算成慢速法静载试验的值在实践中是可行的，在未来积累了足够多实践经验后可使快速法逐步取代慢速法。

4.4由于本次研究受限于样本数量和土层条件，以上经验公式在适应面上仍受到限制,因此在以后的工作中应加强不同土层条件,不同桩基类型的研究,进一步加大数据量。改善经验公式形式, 提高其在太仓地区适用性。

参考文献

[1]陈凡,徐天平,等,基桩质量检测技术[M], 中国建筑工业出版设，2003

[2] JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范[S]

[3] DB32/T3916-2020建筑地基基础检测规程[S]

作者简介：冯欣羽（1991—），男，学士，工程师。主要从事桩基检测的工作。

          刘国民（1980—），男，学士，工程师。主要从事桩基检测的工作。

附图一堆载试验图

附图二Q-s曲线

附图三低应变桩基完整性检测附图