慢速维持荷载法水平承载力静载荷试验在地下土建工程中的应用

贾运涛

摘要：以石家庄新客站东广场地下土建工程桩基水平承载力试验为例，介绍了慢速维持荷载法检测单桩水平承载力试验中的具体实施过程，并对关键步骤进行了详解。该检测试验取得了较好的试验效果，为类似的工程设计、工程试验提供借鉴和参考。

关键词：慢速维持荷载法；桩基水平承载力；地下工程；检测

1、引言

桩基水平承载力静载荷试桩法按加载方法分为单向多循环加载法和慢速维持荷载法。水平承载力静载荷试桩法作为一种标准方法，在工程中进行足够的静载荷试桩，取得完整可靠的承载力参数，不仅为设计带来巨大的经济效益，避免工程的潜在不安全因素，而且还能积累经验，对改进和提高试验也是很有现实意义的。

2、工程概况

拟建京石铁路客运专线石家庄站位于石家庄市区中心，东西向主要干道有北侧的槐安路，南侧的石家庄南二环路，南北向主要干道有西侧的中华南大街，东侧的胜利南街，石家庄站位于这四条路构成的“井”字型区域内。东广场紧邻石家庄新客站东侧，东广场工程分为三部分，分别为：地上景观广场；地下一层商业区及公交车站；地下二层露天广场、社会车辆停车场、商业区及出租车站。在广场中部地下二层底板下为地铁3号线车站，在广场与石家庄火车站站房之间为地铁2号线车站。基坑开挖深度大，施工周期较长，为满足东广场整体工期的要求，将东广场以3号线为界限按后浇带划分为S工区（18个板块）、N工区（18个板块）、Z工区（5个板块）进行施工。根据设计图纸，在东广场南侧汽车坡道及相邻S15板块下需要施做154根桩长10.5m的筏板桩基，57根桩长6.5m的筏板桩基；北侧汽车坡道及相邻N15板块下需要施做169根桩长10.5m的筏板桩基。为确定筏板基桩的水平承载力，本工程于2013年05月14日～2013年05月17日对南侧（S15板块）、北侧（N15板块）筏板桩基的6根试桩进行了水平承载力静载荷试验检测。试验采用慢速维持荷载法并严格遵照测试规程进行。

3、单桩水平承载力静载荷试验

本工程桩基主要用于使用阶段侧向土压力作用下的水平荷载，因为地质报告没有提供地基土水平抗力系数的比例系数m，所以基桩的水平承载力特征值必須通过静载荷试验确定。

有关试桩参数见附表1：

3.1实验设备

包括反力系统、加载系统以及观测系统。

3.1.1反力系统：采用工程桩对推，互相提供反力，中间用刚性传力筒传力。最大加载按950KN考虑。

3.1.2加载系统：采用200t油压千斤顶加载，由并联于千斤顶的油压传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载值。

3.1.3观测系统：由武汉岩海公司生产的JYC基桩静载荷试验仪观测。由安装在受力点水平位置的50mm大行程位移传感器量测位移量。桩顶距受力中心点50mm处安装50mm大行程位移传感器量测位移量，固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其它外界因素影响而发生竖向变位。

3.2试验方法

本次静载荷试验采用慢速维持荷载法。试验加载、卸载和稳定标准按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.3中规定执行。

3.2.1加载观测

3.2.1.1荷载分级：按慢速维持荷载法，加载分10级，每级加载为预估极限荷载的1/10，第一级可按2倍分级荷载加载；卸载分5级，每级卸载为加载级别的2倍。（加载/卸载分级见附表2）。

3.2.1.2稳定标准：在每级荷载作用下，每小时的水平位移量不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

3.2.1.3观测与记录：每级加载后，按第5、15、30、45、60min测读桩顶位移量，以后每隔30min测读一次。

3.2.1.4终止加载条件：终止加载条件执行《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003，即符合下列条件之一时，即可终止加载：

a. 桩身折断；

b.水平位移达到设计要求的水平位移允许值10mm；

c.异常情况经批准同意终止试验。

3.2.2卸载观测：

每级卸载值为加载值的两倍。每级荷载维持lh，按第15、30、60min 测读桩顶位移量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余位移量，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min 测读一次。

3.3地基土水平抗力系数的比例系数m取值

地基土水平抗力系数的比例系数m根据试验结果及相关参数按下列公式计算：

式中，m------- 地基土水平抗力系数的比例系数（MN/m4）；

Hcr----- 单桩水平临界荷载（kN）；

xcr------ 单桩水平临界荷载对应的位移（mm）；

υx------ 桩顶位移系数，可在检测规范查表确定；

b0------ 桩身计算宽度（m），在圆形桩，当直径d≤1m时，b0=0.9（1.5d+0.5）；

EI------桩身抗弯刚度。

3.4单桩的水平临界荷载的确定

3.4.1取水平力-位移（H-Y0）曲线出现拐点的前一级水平荷载值。

3.4.2取水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）曲线上第一拐点对应的水平荷载值。

3.5单桩的水平极限承载力的确定

3.5.1取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值。

3.5.2取水平位移-时间对数（Y0-lgt）曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值。

3.5.3取水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）或lgH-lgY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值。

3.5.4取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。

参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩水平极限承载力或水平临界荷载值统计值。不足3根桩的取低值。

3.6同一条件下单桩的水平承载力特征值的确定

3.6.1当水平承载力按桩身强度控制时，取水平临界荷载统计值为单桩水平承载力特征值。

3.6.2当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时，取水平临界荷载统计值的0.8倍作为单桩水平承载力特征值。

3.7试验结果与分析

本次水平载荷试验按照设计单位最大加载量估算值950KN进行分级，共分10级，每级加载量为95KN，在加载到760KN时，6根桩的水平位移均超出10mm，故停止加载。

由现场实测数据绘制出的H-Y0曲线及 H-△Y0/△H曲线分析，可以看出：

以FBZ-S15-04為例（见下表），其他图表略。

FBZ-S15-01，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长6.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值667KN为最终值。

最大沉降量为12.64mm，最大回弹量为9.52mm，回弹率为75.32%。

FBZ-S15-02，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长6.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值753KN为最终值。

最大沉降量为10.14mm，最大回弹量为7.31mm，回弹率为72.09%。

FBZ-S15-03，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长10.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值753KN为最终值。

最大沉降量为10.21mm，最大回弹量为6.31mm，回弹率为61.80%。

FBZ-S15-04，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长10.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值681KN为最终值。

最大沉降量为13.12mm，最大回弹量为9.12mm，回弹率为69.51%。

FBZ-N15-10，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长10.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值742KN为最终值。

最大沉降量为10.30mm，最大回弹量为6.68mm，回弹率为64.85%。

FBZ-N15-20，机械成孔混凝土灌注桩，有效桩长10.5m。在加载到760KN时，桩的水平位移超出10mm，故停止加载，并开始卸载。取水平力-位移（H-Y0）曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值638KN为最终值。

最大沉降量为16.90mm，最大回弹量为13.65mm，回弹率为80.77%。

6根桩均为渐变曲线，无明显的拐点和陡降出现，故取设计要求允许位移值对应的水平荷载作为单桩的水平承载力特征值。

经上述对实测数据分析和计算，得出如下结论：

参加统计的试桩，其极差均未超过平均值的30%，故取其平均值为单桩水平承载力特征值统计值。即桩长为6.5m的基桩水平承载力特征值统计值为667KN，桩长为10.5m的基桩水平承载力特征值统计值为703.5KN，均满足设计要求。（试桩的水平承载力特征值和统计值详见附表3）。

4.结束语

慢速维持荷载法检测单桩水平承载力，测试结果符合设计要求，得到业主的一致好评。慢速维持荷载法检测桩基单桩水平承载力试验在石家庄新客站东广场地下土建工程中首次应用，此项检测技术的成功运用，为以后地下土建工程的桩基水平承载力检测留下了宝贵的工作经验，为类似工程试验提供参考。

参考文献：

[1]《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）

[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

[3]《石家庄市新客站广场东广场建设工程》工程地质勘察报告