慢速維持荷載法水平承載力靜載荷試驗在地下土建工程中的應用

賈運濤

摘要：以石家莊新客站東廣場地下土建工程樁基水平承載力試驗為例，介紹了慢速維持荷載法檢測單樁水平承載力試驗中的具體實施過程，并對關鍵步驟進行了詳解。該檢測試驗取得了較好的試驗效果，為類似的工程設計、工程試驗提供借鑒和參考。

關鍵詞：慢速維持荷載法；樁基水平承載力；地下工程；檢測

1、引言

樁基水平承載力靜載荷試樁法按加載方法分為單向多循環(huán)加載法和慢速維持荷載法。水平承載力靜載荷試樁法作為一種標準方法，在工程中進行足夠的靜載荷試樁，取得完整可靠的承載力參數(shù)，不僅為設計帶來巨大的經(jīng)濟效益，避免工程的潛在不安全因素，而且還能積累經(jīng)驗，對改進和提高試驗也是很有現(xiàn)實意義的。

2、工程概況

擬建京石鐵路客運專線石家莊站位于石家莊市區(qū)中心，東西向主要干道有北側的槐安路，南側的石家莊南二環(huán)路，南北向主要干道有西側的中華南大街，東側的勝利南街，石家莊站位于這四條路構成的“井”字型區(qū)域內(nèi)。東廣場緊鄰石家莊新客站東側，東廣場工程分為三部分，分別為：地上景觀廣場；地下一層商業(yè)區(qū)及公交車站；地下二層露天廣場、社會車輛停車場、商業(yè)區(qū)及出租車站。在廣場中部地下二層底板下為地鐵3號線車站，在廣場與石家莊火車站站房之間為地鐵2號線車站?；娱_挖深度大，施工周期較長，為滿足東廣場整體工期的要求，將東廣場以3號線為界限按后澆帶劃分為S工區(qū)（18個板塊）、N工區(qū)（18個板塊）、Z工區(qū)（5個板塊）進行施工。根據(jù)設計圖紙，在東廣場南側汽車坡道及相鄰S15板塊下需要施做154根樁長10.5m的筏板樁基，57根樁長6.5m的筏板樁基；北側汽車坡道及相鄰N15板塊下需要施做169根樁長10.5m的筏板樁基。為確定筏板基樁的水平承載力，本工程于2013年05月14日～2013年05月17日對南側（S15板塊）、北側（N15板塊）筏板樁基的6根試樁進行了水平承載力靜載荷試驗檢測。試驗采用慢速維持荷載法并嚴格遵照測試規(guī)程進行。

3、單樁水平承載力靜載荷試驗

本工程樁基主要用于使用階段側向土壓力作用下的水平荷載，因為地質報告沒有提供地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，所以基樁的水平承載力特征值必須通過靜載荷試驗確定。

有關試樁參數(shù)見附表1：

3.1實驗設備

包括反力系統(tǒng)、加載系統(tǒng)以及觀測系統(tǒng)。

3.1.1反力系統(tǒng)：采用工程樁對推，互相提供反力，中間用剛性傳力筒傳力。最大加載按950KN考慮。

3.1.2加載系統(tǒng)：采用200t油壓千斤頂加載，由并聯(lián)于千斤頂?shù)挠蛪簜鞲衅鳒y定油壓，根據(jù)千斤頂率定曲線換算荷載值。

3.1.3觀測系統(tǒng)：由武漢巖海公司生產(chǎn)的JYC基樁靜載荷試驗儀觀測。由安裝在受力點水平位置的50mm大行程位移傳感器量測位移量。樁頂距受力中心點50mm處安裝50mm大行程位移傳感器量測位移量，固定和支承百分表的夾具和基準梁在構造上應確保不受氣溫、振動及其它外界因素影響而發(fā)生豎向變位。

3.2試驗方法

本次靜載荷試驗采用慢速維持荷載法。試驗加載、卸載和穩(wěn)定標準按照《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003）4.3中規(guī)定執(zhí)行。

3.2.1加載觀測

3.2.1.1荷載分級：按慢速維持荷載法，加載分10級，每級加載為預估極限荷載的1/10，第一級可按2倍分級荷載加載；卸載分5級，每級卸載為加載級別的2倍。（加載/卸載分級見附表2）。

3.2.1.2穩(wěn)定標準：在每級荷載作用下，每小時的水平位移量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（由1.5h內(nèi)連續(xù)三次觀測值計算），認為已達到相對穩(wěn)定，可加下一級荷載。

3.2.1.3觀測與記錄：每級加載后，按第5、15、30、45、60min測讀樁頂位移量，以后每隔30min測讀一次。

3.2.1.4終止加載條件：終止加載條件執(zhí)行《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106—2003，即符合下列條件之一時，即可終止加載：

a. 樁身折斷；

b.水平位移達到設計要求的水平位移允許值10mm；

c.異常情況經(jīng)批準同意終止試驗。

3.2.2卸載觀測：

每級卸載值為加載值的兩倍。每級荷載維持lh，按第15、30、60min 測讀樁頂位移量后，即可卸下一級荷載。卸載至零后，應測讀樁頂殘余位移量，維持時間為3h，測讀時間為第15、30min，以后每隔30min 測讀一次。

3.3地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m取值

地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m根據(jù)試驗結果及相關參數(shù)按下列公式計算：

式中，m------- 地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（MN/m4）；

Hcr----- 單樁水平臨界荷載（kN）；

xcr------ 單樁水平臨界荷載對應的位移（mm）；

υx------ 樁頂位移系數(shù)，可在檢測規(guī)范查表確定；

b0------ 樁身計算寬度（m），在圓形樁，當直徑d≤1m時，b0=0.9（1.5d+0.5）；

EI------樁身抗彎剛度。

3.4單樁的水平臨界荷載的確定

3.4.1取水平力-位移（H-Y0）曲線出現(xiàn)拐點的前一級水平荷載值。

3.4.2取水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）曲線上第一拐點對應的水平荷載值。

3.5單樁的水平極限承載力的確定

3.5.1取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值。

3.5.2取水平位移-時間對數(shù)（Y0-lgt）曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲的前一級水平荷載值。

3.5.3取水平力-位移梯度（H-△Y0/△H）或lgH-lgY0曲線上第二拐點對應的水平荷載值。

3.5.4取樁身折斷或受拉鋼筋屈服時的前一級水平荷載值。

參加統(tǒng)計的試樁，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值為單樁水平極限承載力或水平臨界荷載值統(tǒng)計值。不足3根樁的取低值。

3.6同一條件下單樁的水平承載力特征值的確定

3.6.1當水平承載力按樁身強度控制時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值為單樁水平承載力特征值。

3.6.2當樁受長期水平荷載作用且樁不允許開裂時，取水平臨界荷載統(tǒng)計值的0.8倍作為單樁水平承載力特征值。

3.7試驗結果與分析

本次水平載荷試驗按照設計單位最大加載量估算值950KN進行分級，共分10級，每級加載量為95KN，在加載到760KN時，6根樁的水平位移均超出10mm，故停止加載。

由現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)繪制出的H-Y0曲線及 H-△Y0/△H曲線分析，可以看出：

以FBZ-S15-04為例（見下表），其他圖表略。

FBZ-S15-01，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長6.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值667KN為最終值。

最大沉降量為12.64mm，最大回彈量為9.52mm，回彈率為75.32%。

FBZ-S15-02，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長6.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值753KN為最終值。

最大沉降量為10.14mm，最大回彈量為7.31mm，回彈率為72.09%。

FBZ-S15-03，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長10.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值753KN為最終值。

最大沉降量為10.21mm，最大回彈量為6.31mm，回彈率為61.80%。

FBZ-S15-04，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長10.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值681KN為最終值。

最大沉降量為13.12mm，最大回彈量為9.12mm，回彈率為69.51%。

FBZ-N15-10，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長10.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值742KN為最終值。

最大沉降量為10.30mm，最大回彈量為6.68mm，回彈率為64.85%。

FBZ-N15-20，機械成孔混凝土灌注樁，有效樁長10.5m。在加載到760KN時，樁的水平位移超出10mm，故停止加載，并開始卸載。取水平力-位移（H-Y0）曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的水平荷載值638KN為最終值。

最大沉降量為16.90mm，最大回彈量為13.65mm，回彈率為80.77%。

6根樁均為漸變曲線，無明顯的拐點和陡降出現(xiàn)，故取設計要求允許位移值對應的水平荷載作為單樁的水平承載力特征值。

經(jīng)上述對實測數(shù)據(jù)分析和計算，得出如下結論：

參加統(tǒng)計的試樁，其極差均未超過平均值的30%，故取其平均值為單樁水平承載力特征值統(tǒng)計值。即樁長為6.5m的基樁水平承載力特征值統(tǒng)計值為667KN，樁長為10.5m的基樁水平承載力特征值統(tǒng)計值為703.5KN，均滿足設計要求。（試樁的水平承載力特征值和統(tǒng)計值詳見附表3）。

4.結束語

慢速維持荷載法檢測單樁水平承載力，測試結果符合設計要求，得到業(yè)主的一致好評。慢速維持荷載法檢測樁基單樁水平承載力試驗在石家莊新客站東廣場地下土建工程中首次應用，此項檢測技術的成功運用，為以后地下土建工程的樁基水平承載力檢測留下了寶貴的工作經(jīng)驗，為類似工程試驗提供參考。

參考文獻：

[1]《建筑樁基檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003）

[2]《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）

[3]《石家莊市新客站廣場東廣場建設工程》工程地質勘察報告