桩基静载试验中快速加载方法的研究

研究探索　第２９卷２０１　１年第３期　ｉ　■■　桩基静载试验中快速加载方法的研究　史海兵ｌ，　李学武　（１．中南大学土木建筑学院，湖南长沙４１００７５；２．国防科技大学基建办，湖南长沙４１００７３）　【摘要】对单桩竖向抗压静载试验中的快速加载试验方法进行了研究，并从工程实践的角度分析了快速加载试验方法的　误差。通过实例说明，通过采取一定的措施，快速加载试验方法的检测精度可达到或超过慢速维持荷载法。并提出了工程桩检　测中采用快速加载方法的要点。　【关键词】桩基检测；静载试验；快速加载；误差　【中图分类号】Ｕ４１５　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７１—３７０２（２０１１）０３—００７６—０３　Ｔｈｅ　Ｑｕｉｃｋ　Ｌｏａｄｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　Ｐｉｌｅ’Ｓ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｌｏａｄ　Ｔｅｓｔ　ＳＨＩ　Ｈａｌ—ｂｉｎｆ，　ＬＩ　ｕｅ—ｗｔｔ　（】．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａ　ｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｅｎｔｒ￣Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１００７５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃａｐｉｔｏｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｅ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１００７３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｑｕｉｃｋ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｌｅ　Ｓ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｓｐｅｃｔ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｑｕｉｃｋ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ａｒｒｉｖｅ　ｏｒ　ｅｘｃｅｅｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　ａｄｏｐｔ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｑｕｉｃｋ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅ　Ｓ　ｔｅｓｔ；ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ；ｑｕｉｃｋ　ｌｏａｄｉｎｇ；ｅｒｒｏｒ　１引　言　快速加载试验方法相对于慢速维持荷载法而言，其误　桩基检测可分为承载力检测和桩身质量检测。承　差的大小及在实际桩基检测中具体如何操作等问题，　载力检测常用的方法有静载荷试验及高应变检测；桩身　现行规范并未明确［３］。　质量检测常用的方法有低应变检测、超声波检测及取芯　笔者对桩基承载力检测中的快速加载方法进行了　试验【ｌ】。桩的承载力检测对工程桩有更特别的意义。桩基　研究，并在分析慢速维持荷载法试验误差的基础上，对　静载试验过程与桩在工作状态下的受力过程基本一致，　快速加载试验方法进行了误差分析。研究结果表明，通　是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠　过采取一定的措施，快速加载试验方法的检测精度，可　的试验方法，也是目前使用最普遍的方法回。桩基静载　达到或超过慢速维持荷载法，从而为快速加载方法的　试验方法，按现行规范可分为慢速维持荷载法及快速　实际应用提供了依据。　加载方法。慢速维持荷载法是一种已被认可的试验桩　２快速加载试验方法的误差分析　及工程桩的检测方法，因而在现行规范中得到推荐。规　慢速维持荷载法是指在试验过程中，仅当桩的某　范同时还规定，工程桩竖向抗压静载试验检测可使用快　一级沉降达到相对稳定标准（每小时沉降量小于　速加载方法，且明确了其每级荷载维持时间至少１ｈ。但　０．１ｍｍ，且连续２ｈ均达到此稳定标准）后，方可加下一　作者简介：史海兵，男，工程师，在职博士研究生，主要从事工程管　级荷载继续进行试验。快速加载方法是指按固定的时　理丁作和结构检测加固研究。　间间隔（如每小时一级）进行加载。由于慢速维持荷载　．７６．　缀　法在每级荷载下维持时间较长，接近于结构的实际工　作状态，因而得到广泛的应用。慢速维持荷载法的误差　包含以下４个方面：　１）加载分级误差。慢速维持荷载法的加载一般分　为ｌ０～１５级（大部分工程中分１０级进行加载），因此，　在进行实际承载力判定时，误差为７％～１０％。一般情　况下，承载力判定值偏小，使工程偏于安全，但也造成　了一定的浪费。　２）加载操作误差。现行规范中要求的慢速维持法　稳定标准为每小时的沉降量不超过０．１ｍｍ，满足要求　后方可加下一级荷载。在实际检测过程中，当桩在某一　级荷载下不断下沉时，油压千斤顶会产生卸载情况，造　成本级荷载值减小。荷载值减小的程度与桩的沉降量　密切相关。因此，每小时沉降量小于０．１ｍｍ的稳定控　制标准过于严格，在实际工程中难以做到。美国ＡＳＴＭ　（Ｄ１１４３－－８１）标准规定，稳定标准为０．２５ｍｒｎ／ｈ，或者本　级已维持２ｈ，均可加下一级荷载。相比而言，美国的标　；隹可操作性更强。　按照我国现行规范要求，稳定标准必须是由１．５ｈ　内连续３次观测值计算。而实际上，当前１ｈ观测值出　现小于０．１ｍｍ的情况时，后１ｈ的沉降差必然会小于　０．１ｍｍ。因此，此稳定标准似乎对试验方法提出了更高　的要求，但不符合实际工程情况。　３）测读误差。在工程实际中，一般测读误差可以减　小到最小程度，只要遵循一般试验方法要求，均可达到　工程所要求的精度。　４）承载力判定误差。承载力判定一般是根据试验　得到的ｐ—ｓ曲线与ｓ－－ｌｇｔ曲线综合确定。工程实践表　明，一般情况下，若设计前已进行了试验桩检测嘲，且施　工质量可靠，则大部分工程桩的承载力均可达到设计　要求，试验得到的ｐ—ｓ曲线均为缓变型，桩的实际承　载力大于设计要求，工程桩检验性试验的加载值一般　为特征值的２倍。因此，承载力判定误差不存在，桩的　承载力超过设计要求值，超出部分可作为安全储备。对　于陡降型的ｐ—ｓ曲线，由于工程桩的承载力小于设计　要求，因此，桩的承载力判定误差是由于加载分级值造　成的，一般取陡降段的起点作为桩的承载力极限值。　另一种可能是，虽然试验桩得到的ｐ—ｓ曲线为缓　变型，但沉降量超过规范要求的４０ｍｍ，承载力判定　时，取沉降为４０ｍｍ时所对应的荷载为极限承载力。根　据笔者的工程经验，此种情况在工程中很少出现，特别　是当采用慢速维持荷载法进行试验时，若桩的下沉量　Ｓ超过２０ｍｍ，是很难达到相对稳定状态的。这与工程　中使用纯端承桩型较少有关，实际大部分工程中均是　采用端承摩擦桩。工程地质勘察报告中提供的持力层　摩阻力系数往往偏低，尽管设计中使用的持力层部分　桩的摩阻力并不大（如人工挖孔桩的情况），但桩身应　力试验结果表明，持力层部分的摩阻力在整个桩的摩　阻力中占据很大比重，桩的端阻力在总承载力中所占　比例相对较／Ｊ、。　快速加载法与慢速维持荷载法的误差因素相似。相　关资料指出，在相同分级的情况下，快速加载法与慢速　维持荷载法相比，其承载力判定误差要高５％～１０％ｌ６１。　但在实际工程中，快速加载法承载力判定误差很小。由　于快速加载法每级时间仅为１ｈ，故加载分级可以更细　些，如分级为１５～２０级，这样可使分级误差减小近一　倍，从而提高了试验精度。　对缓变型ｐ—ｓ曲线，若桩的实际承载力超过设计　要求，快速加载法及慢速维持荷载法试验得到的均是　缓变型曲线，承载力判定相同，只不过快速加载法得到　的桩顶每级沉降量略小于慢速维持荷载法获取的数　据。由前面分析可知，另一种较少发生的情况是，若桩　的实际承载力小于设计要求的承载力，试验得到的　ｐ—ｓ曲线仍为缓变型。此时，由于快速加载方法使桩　项的沉降量偏低，似乎由快速加载方法得到的承载力　偏高。据笔者统计，只要在前１ｈ内维持本级荷载，桩在　每一级荷载下的前１ｈ的沉降量，往往占本级总沉降量　的９０％以上（不稳定情况除外）。因此，由快速加载方法　得到的桩项累积沉降量相对误差小于１０％。以沉降量　为４０ｍｍ时所对应的荷载作为承载力极限值，其误差　应小于５％，但若将快速加载方法的分级取为２０级，而　慢速维持荷载法分级为１０级，此时慢速维持荷载法的　承载力判定误差要高于快速加载方法。　对陡降型的ｐ—ｓ曲线，其对应工程桩的实际承载　力，要小于设计要求的承载力。对慢速维持荷载法，此时　由于有足够多的持续时间，从表面上看，所得到的每级　荷载下的沉降量更精确一些。但在实际工程桩检验中，　为了缩短试验时间，一般加载仅分为１０级，个别情况仅　分为８级，加载分级误差相对较高。而快速加载法可以　将加载分级设为１５￣２０级，取陡降段起点为极限承载　力，往往更接近某一级加载分级量。由于桩的沉降量往　往出现无法稳定而陡降，因此，陡降段起点的实际累积　沉降量只要小于４０ｍｍ，沉降数据大小此时并不重要，　无论是快速加载法得到的Ｓ为１０ｍｍ，还是慢速维持荷　一７７．　研究探索　五ｉ　．＿＿ｉｉ　０　、、　５００　１０００　１５００　２０００　０．０００　ｂ．８２０　Ｅ删　慢速　摊持荷载湛　快速　加载法　２．７９　面　、）Ｏ　、　Ｉ　　００５．８３０；０．００矾　ｑ躐　ｒＯ　２：告６　Ｏ３．＇４１２２　．《　１１８．２９　２０　．墙！　怒．　。　、３４．：　～　７２．７２（　７０．４日　（ａｍ）ｒ　ｓ（ｍｍ）　ｓ（ｍｍ｝　图１　快速加载法与慢速维持荷载法　的Ｑ—　曲线对比　图２慢速维持荷载法　得到的Ｑ　曲线　图３快速加载法得到的Ｑ　曲线　载法得到的Ｓ为２０ｍｍ，均不影响桩的实际承载力大小　图２、图３分别为中４２５沉管灌注桩慢速维持荷　的判定。因此，只要将快速维持荷载法的加载分级适当　增加，判定出的极限承载力会更精确，更符合工程实际。　通过分析试验花费时间可知，若慢速维持荷载法　分１０级加载，每级２ｈ，不考虑卸载情况（实际工程桩　静载试验的卸载回弹数据无工程应用意义），共需　２０ｈ：若快速加载法共分２０级，每级ｌｈ，也只需２０ｈ，在　载法及快速加载法得到的ｐ—ｓ曲线，桩的极限承载力　为１３００ｋＮ。用慢速维持荷载法共分１０级加载，得到的　桩实际极限承载力为１０４０ｋＮ：由快速加载法（共分１３　级加载）得到的桩的承载力介于１０００￣ｌ１００ｋＮ之间，　按陡降段起点可判定为１０００ｋＮ，按沉降量ｓ不大于　４０ｍｍ判定，小于１　１００ｋＮ。因此，两种方法判定的承载　相同试验时间下，快速加载法得到的承载力精度要高　于慢速维持荷载法。　综上所述，在桩基静载试验中，使用快速加载方法，　可减少试验时间，降低检测成本，并在相同试验时间内提　高试验结果的精度。在实际应用时，应注意以下几点：　１）加载分级应设为１５～２０级。　力几乎相同。但从桩加载试验时间来看，慢速维持荷载　法共花去２１ｈ，而快速加载法仅使用ｌｌｈ。试验时间相　同的情况下，快速加载方法得到的承载力的精度，明显　高于慢速维持荷载法。　由上述工程桩的试验结果可知，两种方法的试验　误差仅体现在每级荷载的累积沉降值上，承载力判定　的差别很小。因此，快速加载试验方法是一种适用于工　２）每次测读沉降量前要及时补充油压，保证每小　时内荷载的稳定。　３）每级加载后，沉降量测读时间间隔为５、１０、１５、　１５、１５ｍｉｎ。　程桩检测的方法。基于工程桩的检测特点，在试验时间　紧迫的情况下，可优先选用快速加载法。　４结　语　４）若最后１５ｍｉｎ时间间隔测得的桩顶沉降量，与　桩基检测是控制工程质量的一个重要环节，静载　荷试验方法更是检查桩基设计和施工质量最有效的手　前１５ｍｉｎ时间间隔测得的桩顶沉降量相比，未见明显　收敛，则应适当延长荷载维持时间。　５）卸载为每级２０ｍｉｎ，每１０ｍｉｎ测读１次，然后卸　段。工程实践表明，快速加载法在工程桩检测中具有较　好的应用前景。　参考文献　［１］刘金砺．桩基础设计施工与检测［Ｍ］．北京：中国建材工业出版社，　２００１．　下～级荷载。卸载结束后，间隔６０ｍｉｎ测读１次。　按上述要求使用快速加载试验方法，可使承载力　检测的精度提高５％以上。　３试验对比分析　［２】朱喜源，黄文通．桩基检测方法与发展浅谈叨山西建筑，２００７，（２０）．　［３】中华人民共和国行业标准．建筑基桩检测技术规范（ＪＧＪ１０６—　为检验以上分析结论，对两根不同桩型的工程桩　分别进行了慢速维持荷载法及快速加载法的静载试验。　图１为　５００预应力管桩静载试验的ｑ－ｓ曲线对　２００３）［ｓ］．北京中国建筑工业出版社，２００３．　【４１刘屠梅．基桩检测技术与实例［Ｍ］．北京・中国建筑工业出版社，　２００７．　比。由图可知，快速加载法测得的每级荷载下的沉降量，　均小于慢速维持荷载法的数值。由于此桩的ｐ—ｓ曲线　为缓变型，最大加载值对应的沉降量仅为６．２１ｍｍ（慢　速）、５．９４ｍｍ（快速），均小于４０ｍｍ，故承载力判定相同。　［５】李志成，高乔明．桩基础试验［Ｍ】．北京中国林业出版社，２００１．　［６］ＧＢ　５０００７－－２００２，建筑地基基础设计规范［ｓ】，北京：中国建筑工业　出版社，２００２．　．７８．