从勘察设计角度对静载荷试验的几点探析

薛浩，张海防，王丽娟，马珊珊

（1.滨州市诚信建设工程检测有限公司，山东 滨州 256600；2.博兴县建筑工程质量监督站，山东 博兴256500；3.滨州市莱钢建设置业有限责任公司，山东 滨州 256600）

1 引言

地基基础检测是印证勘察设计、检验施工质量的重要证明环节。地基基础检测单位作为建筑工程责任主体之一，承担着为建筑工程质量把关的重要使命。但由于分工不同，检测单位对于勘察设计的参与度较低，往往各自为战，设计不懂检测，如在静载荷试验中快速法与慢速法如何选择等；检测人员对于勘察知识、设计准则也知之甚少，往往知其然而不知其所以然，对于相关检测技术规范也仅仅限于检测方面的理解，这样在参与过程中容易出现理解误区，造成重复返工，延缓项目进度。本文从《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）的单桩承载力判定和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）的单桩承载力估算两个方面对承载力的判定和对比验证并通过举例现场试验说明。

2 对于单桩竖向抗压极限承载力判定的理解

2.1 《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003对于承载力的判定

在旧版的《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）第4.4.3条规定，在静载试验数据判定中，无论是为设计提供依据的试验桩检测还是工程桩的验收性检测，都要对桩的单桩竖向抗压极限承载力检测值进行统计取值，从而综合判定该工程所有桩的极限承载力。具体描述为：当试桩结果的极差不超过平均值的30%时，取其平均值为该工程的单桩竖向抗压极限承载力[1]。可见在旧版规范中，为提现地基基础的变形控制，规范要求试桩结果的极差不超过平均值的30%，即参加计算的试桩检测最大值和检测最小值的差值不超过算数平均值的30%即可。从这个小样本反应大样本，可见工程中每颗桩的承载力没必要都达到设计值，只要离散程度不大，平均值不小于设计值即可。这样我们可以做如下理解，只要算数平均值超过设计值，而且离散程度小于30%，那整个单体工程的单桩竖向抗压承载力检测值可以有一个浮动的范围，这在变形控制上是可以接受的，或者说在后续的地基基础设计及主体结构设计中，通过相关措施去弥补这种由于承载力的离散导致的沉降差异，从而减小变形。

2.2 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）对于承载力的判定

2014 年修订的新版《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）第4.4.3条只保留了在对设计提供依据的试验桩检测时，对单桩竖向抗压极限承载力检测值进行统计取值，而工程桩的验收性检测却将所测得的检测值作为单根桩的极限承载力值，不用再进行统计取值[2]。这样相较旧版的统计取值，实际上是提高了试验标准，使结论更加客观，减小了理论误差，人为等主观因素的影响，提高了试验的可靠性。举例说明，某工程桩单桩竖向抗压极限承载力特征值为900kN,总桩数为208根预应力空心方桩，对该工程按照规范第3.3.4条规定检测数量为总桩数的1%，且不应少于3根，试验测得三根桩的单桩竖向抗压极限承载力检测值依次为3依次为1600kN；1800kN；2000kN，则按照旧版规范对该三颗桩单桩竖向抗压极限承载力算术平均值为1800kN，三颗桩的极差为400kN，小于算术平均值的30%，故该工程单桩竖向抗压极限承载力为1800kN，特征值为900kN，符合检测要求。但按照14年修订的新版规范中，该三颗桩单桩竖向抗压极限承载力分别为1600kN、1800kN、2000kN，特征值分别为800kN、900kN、1000kN，有一颗桩小于设计要求的900kN，故判定为不合格，需要对该工程进行扩大检测，并对该颗不合格桩进行加固、处理。

3 勘察测试技术与桩基静载荷检测的比对

3.1 静力触探和室内土工试验单桩承载力估算

工程勘察一般分为初勘和详勘，在详勘阶段勘察成果应符合施工图设计要求。一般根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）和其他专业规范结合目标场地特征，勘察人员经验，确定勘探孔数量，勘探孔类型，勘探孔进深，勘探孔分布。通过相关测试技术如钻探、标贯、静力触探、室内土工试验查明各层岩土的类别、结构、厚度、坡度、工程特性及其均匀性，并提供各岩土层的物理力学性质指标[3]。在这个过程中对勘察人员的专业技术要求相对较高，各种测试技术所得成果能否相互对应，相互验证以及综合判定显的至关重要。在估算单桩竖向抗压承载力时，可选用静力触探的原位测试技术确定单桩承载力，也可根据室内土工试验得出土的物理指标，通过土层物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩承载力。静力触探试验与静压桩的贯入过程有一定的相似性，都是将探杆（桩）压入地层中，受力方式也基本相同，都受到土层对桩侧的摩阻力和土层对桩端的阻力，两者都有很好的相关性，其主要差别在于尺寸效应以及尺寸效应有关的深度效应[4]。故在计算静压桩单桩竖向抗压承载力时，静探试验计算结果较为可靠，而在计算灌注桩挖孔桩时，则应结合静探试验和经验关系综合判定单桩竖向抗压承载力。

无论采用哪种方法估算承载力，都是建立在大量经验和工程实践的基础之上，最终整个工程的单桩承载力估算值也是一个经验统计结果。具有一定不确定性和离散性，怎样修正，减小估算误差，就需要大量的勘察测试成果与单桩静载荷试验进行承载力对比分析，比如在静载试验进行前，灌注桩内预埋应力计，得出每层土的实际侧摩阻和桩端端阻，将测出的实际侧摩阻和端阻与其他原位测试技术得出的结果进行比对，或者与《建筑桩基技术规范》中的经验参数法中（表5.3.5）进行比对，从而缩小取值范围，总结出适合本地区经验表格和公式。

3.2 举例分析两者的异同

以滨州市泰山名郡北区B9#楼为例，拟建场地位于滨州市长江一路以南，新立河东，场地地貌为黄河冲积平原。为了减小比对误差，我们分别选取勘察阶段2个相邻的地质勘探孔，分别是第62号静力触探孔和第66号钻探孔，用以分别提供该孔周围的静力触探结果。

具体62号静力触探孔结果为：2-1层粉土，厚度3.98 m，侧壁阻力平均值（以下简称侧阻）36kPa，锥尖阻力平均值（以下称端阻）1.69 MPa；2层粘土，厚度2.40 m，侧阻 31 kPa，端阻 0.59 kPa；3-1 层粉土，厚度2.30 m，侧阻 30kPa，端阻 1.62MPa；3 层粉质粘土，厚度 1.40m，侧阻 45kPa，端阻 1.00 kPa；4 层粉土，厚度2.20 m，侧阻 65kPa，端阻 5.94 kPa；5 层粉质粘土，厚度 3.30 m，侧阻 42kPa，端阻 1.01 kPa；6 层粉土，厚度1.50 m，侧阻 82kPa，端阻 5.12 kPa[6]。

按照设计文件要求，拟采用桩径400mm，桩长16.50m的预应力管桩基础，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.3.4条给出的对于粘土、粉土、砂土，用双桥静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值的计算公式[5]：

式中：QUK—单桩竖向极限承载力标准值（kN）QSK—总极限侧阻力标准值（kN）；

QPK—总极限端阻力标准值（kN）U—桩身周长（m）Li—桩周第 i层土厚度（m）；

β—第i层土桩侧综合修正系数，黏性土、粉土取10.04(fsi)-0.55；

fsi—第i层土的探头平均侧阻力（kPa）；

α—桩端阻力修正系数，黏性土、粉土取2/3；

qc—桩端平面上、下探头阻力（kPa）；

Ap—桩端面积（m2）；

桩端平面以上4倍直径锥尖阻力加权平均值为：3.065kPa；

桩端平面以下1倍直径锥尖阻力加权平均值为：5.10kPa；

桩端平面以上4倍直径锥尖阻力和桩端平面以下1倍直径锥尖阻力加权平均值为：3.055kPa，桩身周长U=1.25m,截面积 Ap=0.467m2。

将上述表格的数据带入公式QUK=QSK+QPK=u∑Li×βi×fsi+α×qc×Ap中可得：QUK=2057kN

具体66钻探孔结果为：2-1层粉土，厚度3.98 m，极限侧阻力标准值（以下简称极限侧阻）32kPa，极限端阻力标准值（以下简称极限端阻）127.4kPa；2层粘土，厚度2.40 m，极限侧阻34kPa，极限端阻81.6kPa；3-1层粉土，厚度 2.30 m，极限侧阻 38kPa，极限端阻87.4kPa；3层粉质粘土，厚度1.40 m，极限侧阻 37kPa，极限端阻 51.8kPa；4层粉土，厚度2.20m，极限侧阻45kPa，极限端阻99.0kPa；5层粉质粘土，厚度3.30m，极限侧阻43kPa，极限端阻141.9kPa；6 层粉土，厚度 1.50m，极限侧阻 48kPa，极限端阻60.2kPa[6]。

在《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.3.5条也给出了经验参数法计算公式，当根据土的物理力学指标与承载力参数的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，计算公式如下[5]：

qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验时，可按《规范》表5.3.5取值qpk—桩端土的极限侧阻力标准值，如无当地经验时，可按《规范》表5.3.5-2取值。

桩身周长U=1.25m截面积Ap=0.467m2，将上述表格的数据带入公式QUK=QSK+QPK=u∑qsikLi+αqpkAp中可得：QUK=2120kN。

在该静探孔和钻探孔相距3.0m内打下一颗试验桩，在静载荷试验开始前，进行了低应变检测，确保桩身并无缺陷，在到达休止时间后，进行静载荷慢速维持荷载法检测，最终生成如图1、图2、表1所示。

表3 静载荷试验数据汇总表

从图表中可以看出，该颗桩的单桩竖向抗压极限承载力为1976kN，静载荷试验作出的数值是最直接最可靠的数值，最接近实际，以此为参照，静力触探估算值比它大了81kN，经验参数法估算的数值比它大了144kN。

4 小结

静载荷试验是检验承载力最可靠、最可信的方法，对于设计而言，它既提供了可靠的数据，体现了地基基础变形控制原则；对于勘察而言，它是不错的验证方法并提供可靠的修正数据。在积累了大量数据后，可以对相关计算公式进行修正，使其成为适合不同地区不同地质条件下的计算公式。这样可以提高勘察成果质量，也能为建设单位节约资源，这一切须要我们在未来的工作中，继续不断努力。

图1 载荷-沉降曲线图

图2 沉降-时间对数图