ASTM規(guī)范下單樁豎向抗拔實驗操作方法

孫濤 何亮

摘 要：ASTM英文全稱是American Society for Testing and Materials，中文譯名為美國材料與試驗協(xié)會。本文主要介紹ASTM體系下 D3689即基樁軸向靜態(tài)拉伸載荷試驗標準方法內的單樁豎向抗拔試驗的標準操作程序。首先簡述該規(guī)范的試驗設備，試驗方法等內容，其次從實際操作的角度與國內抗拔試驗的一般做法進行簡單的比較，同時介紹了在應用該規(guī)范進行抗拔試驗時應該注意的事項，最后給出工程實例，對ASTMD3689這本規(guī)范的特點進行了歸納，并提出一些建議。

關鍵詞：ASTMD3689 基樁軸向靜態(tài)拉伸載荷試驗 標準方法

中圖分類號：TU474 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0081-02

ASTM D3689，可稱為基樁軸向靜態(tài)拉伸載荷試驗的標準方法，適用于單樁或群樁的豎向抗拔試驗，同時也適用于傾斜樁的軸向抗拔試驗。規(guī)范提供了試驗的一般程序，也贊成引入更詳細的要求與程序，在實際操作中更加靈活。本文只介紹單樁豎向抗拔靜載荷試驗的標準操作方法。

1 規(guī)范簡介

1.1 試驗設備

規(guī)范對于試驗設備的介紹主要從加載系統(tǒng)、測讀系統(tǒng)以及反力系統(tǒng)三個方面進行介紹。

首先，加載系統(tǒng)主要指千斤頂系統(tǒng)，包括千斤頂、液壓泵及液壓表，規(guī)范要求除非使用已校準壓力傳感器，其余在每次試驗或一個檢測工程之前，應對整個系統(tǒng)進行校準。使用雙千斤頂或者多千斤頂，應保證所使用千斤頂規(guī)格相同，并處于同一加載系統(tǒng)中。為保證試驗順利進行，規(guī)范建議采用雙重加載系統(tǒng)，這里主要是指載荷的測讀，除使用液壓表外，還應使用壓力傳感器或相應裝置備用。當主系統(tǒng)失效時，可以起用備用系統(tǒng)以完成試驗。當千斤頂配套液壓表精度不夠時，應配置壓力傳感器或相應設備進行試驗。規(guī)范提倡使用可滿足試驗要求的單個千斤頂進行試驗工作，當采用多千斤頂時，建議除已使用的液壓表外，每臺千斤頂還應各多配置一塊液壓表，以便相互校準。

其次，測讀系統(tǒng)主要指計量系統(tǒng)，其各組成部分都應進行相應標記，并采用預防措施，防止試驗計量系統(tǒng)和參考系統(tǒng)因溫度變化和其他干擾因素受到影響。計量系統(tǒng)應包含主系統(tǒng)及次要系統(tǒng)，彼此獨立，以便對觀測數(shù)據(jù)提供檢驗，調節(jié)測量系統(tǒng)的意外干擾，并在需要重新設置計量器具的情況下保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性。計量器具可采用百分表系統(tǒng)，線鏡尺系統(tǒng)，水平儀系統(tǒng)以及其他測讀系統(tǒng)。對于所有試驗的主測量系統(tǒng)都應采用百分表系統(tǒng)，且使用四個以相距90度的角度安置的計量器。

最后，反力系統(tǒng)要求試驗梁或重物應盡量保證擺放在試驗樁的中央。試驗梁的尺寸與強度應滿足試驗要求，避免在加載過程中試驗梁（包括任何連接的反力框架）過度變形，并事先預估試驗樁的總上拔位移，在試驗梁與試驗樁頂部之間留有充足空間，保證試驗順利進行。試驗設備與試驗樁的連接處，應防止在最大試驗荷載下發(fā)生滑移、斷裂或過度伸長。基準梁應有足夠的鋼度，以便支承儀器儀表，使讀數(shù)不因鋼度發(fā)生過度的變化。如果使用鋼基準梁，梁的一端應可以在長度隨溫度變化的同時可水平自由移動?；鶞柿簯嗷オ毩ⅲ绻蜾摱炔粔虮仨殞⒘航徊孢B接，由于兩個梁均受到影響，則必須采取額外的預防措施避免基準系統(tǒng)受到意外干擾。

1.2 試驗程序

規(guī)范介紹了多種野外試驗的操作程序，本文只介紹其中的標準操作程序。

首先，對單樁豎向抗拔靜載荷試驗，最大加載值應達到試驗樁設計荷載的200%。以單樁設計抗拔荷載的25%為分級荷載。每級加載后，直到移動速度不大于0.01英寸/小時（0.25 mm/h），可加載下一級，但時間不得長于2小時。加載至最大荷載后，若試驗樁在12小時內未發(fā)生破壞，且樁頭在1小時內的移動不大于0.01英寸，則開始卸載；否則將維持總荷載至24小時。在完成規(guī)定的維荷時間之后，以最大加載值的25%為分級荷載進行卸荷，卸載每級的維荷時間為1小時。如果樁發(fā)生破壞，則應繼續(xù)試驗，直到上拔量等于試驗樁樁頭直徑或對角線尺寸的15%。

其次，在加載或卸載前后，應立即讀取并記錄此時刻時間、荷載和樁頂位移的讀數(shù)。每級讀數(shù)時間為第2、4、8、15、45、60、80、100和120分鐘。如荷載維持時間超過2小時，則每隔1小時讀取并記錄讀數(shù)。在卸載過程中，每級荷載以30分鐘的間隔讀取并記錄讀數(shù)。在總荷載卸載至零后，在第1、2和12小時之后讀取并記錄讀數(shù)。

2 操作簡介與比較

2.1 單位制

ASTM D3689所采用的單位制為英制單位，計量系統(tǒng)單位一般使用英寸（inch），加載系統(tǒng)單位一般使用巴（bar）或普賽（PSI）。國內基樁檢測一般采用的單位制為國際單位制，計量系統(tǒng)單位一般使用毫米（mm），加載系統(tǒng)單位一般使用兆帕（MPa）。為了便于操作，可在試驗工作前對單位進行簡單換算。

2.2 試驗設備安裝

對于試驗設備的安裝，采用中心頂升的可參看圖1，兩側同時頂升的可參看圖2。為使受力均衡，試驗設備應盡量對稱。D3689對于樁頭受力的細節(jié)介紹的很詳細，因為試驗測試的是軸向抗拔力，在此過程中不可避免的要產生可使樁頭旋轉的力或使樁頭水平方向受力，這些大都與試驗設備安裝有關。從美標規(guī)范上來看，建議采用的是在樁內預埋通長軸向連接桿（單桿或雙桿），盡量減少抗拔樁其他方向受力，但很多情況下抗拔的試驗設備均與樁內的預埋鋼筋連接，所以試驗前應設計好連接方向，盡量使鋼筋受軸向力作用，減少其他方向受力。

2.3 加載及讀數(shù)

從加載上來看，其最大加載值與國內試驗的最大加載值相仿，均為設計荷載的2倍。加載分級一般為8級，分級荷載為設計荷載的25%；國內常用的分級為10級，分級荷載為設計荷載的20%。對于卸載，國內規(guī)范對于不同用途的樁規(guī)定不同，工程樁基本不涉及測讀回彈，但D3689并沒有區(qū)分試驗樁與工程樁，所以全部需要測讀回彈數(shù)據(jù)。在記錄時間上，試驗的整體持續(xù)時間較長，記錄數(shù)據(jù)較多，對于加載程序與卸載程序要求比較細致，在記錄讀數(shù)時應時時計算相關數(shù)據(jù)，以便更好控制試驗進度。

3 工程實例

某項目試驗樁，采用長螺旋鉆孔灌注樁，樁長18 m，樁直徑0.5 m，砼強度為C40，整樁配8φ20通長鋼筋籠，安全工作荷載525 kN，設計驗證荷載350 kN，設計給出加載程序為三循環(huán)加載法，第一循環(huán)最大加載值為350 kN，第二循環(huán)最大加載值為610 kN，第三循環(huán)最大加載值為1140 kN，本次試驗采用穩(wěn)定速率：（1）當上拔量s<10 mm，穩(wěn)定速率采用0.1 mm/h；（2）當上拔量10 mm≤s≤24 mm，穩(wěn)定速率采用（1%s）mm/h；（3）當上拔量24 mm

4 歸納與建議

ASTM D3689相對于國內規(guī)范有二個比較明顯的特點。首先，此規(guī)范只是一個所謂的程序手冊，即這個抗拔規(guī)范僅僅是指導實際操作，雖然后面也附上了一些影響試驗的要點因素，但并不像國內的基樁檢測規(guī)范給出特征值或者極限值的判斷標準，或者說計算方法；其次，ASTM規(guī)范操作十分靈活，例如觀測時間、加載方法（荷載分級）等，都可以根據(jù)試驗內容加以調整，在操作中還要以設計單位的程序文件為主，也希望通過此文的介紹能夠給國內同行操作予以參考。

參考文獻

[1] ASTM D3689 Standard Test Method for Individual Piles Under Static Axial Tensile Load[Z].