從勘察設計角度對靜載荷試驗的幾點探析

薛浩，張海防，王麗娟，馬珊珊

（1.濱州市誠信建設工程檢測有限公司，山東 濱州 256600；2.博興縣建筑工程質量監(jiān)督站，山東 博興256500；3.濱州市萊鋼建設置業(yè)有限責任公司，山東 濱州 256600）

1 引言

地基基礎檢測是印證勘察設計、檢驗施工質量的重要證明環(huán)節(jié)。地基基礎檢測單位作為建筑工程責任主體之一，承擔著為建筑工程質量把關的重要使命。但由于分工不同，檢測單位對于勘察設計的參與度較低，往往各自為戰(zhàn)，設計不懂檢測，如在靜載荷試驗中快速法與慢速法如何選擇等；檢測人員對于勘察知識、設計準則也知之甚少，往往知其然而不知其所以然，對于相關檢測技術規(guī)范也僅僅限于檢測方面的理解，這樣在參與過程中容易出現(xiàn)理解誤區(qū)，造成重復返工，延緩項目進度。本文從《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）的單樁承載力判定和《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年版）的單樁承載力估算兩個方面對承載力的判定和對比驗證并通過舉例現(xiàn)場試驗說明。

2 對于單樁豎向抗壓極限承載力判定的理解

2.1 《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2003對于承載力的判定

在舊版的《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003）第4.4.3條規(guī)定，在靜載試驗數(shù)據(jù)判定中，無論是為設計提供依據(jù)的試驗樁檢測還是工程樁的驗收性檢測，都要對樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值進行統(tǒng)計取值，從而綜合判定該工程所有樁的極限承載力。具體描述為：當試樁結果的極差不超過平均值的30%時，取其平均值為該工程的單樁豎向抗壓極限承載力[1]。可見在舊版規(guī)范中，為提現(xiàn)地基基礎的變形控制，規(guī)范要求試樁結果的極差不超過平均值的30%，即參加計算的試樁檢測最大值和檢測最小值的差值不超過算數(shù)平均值的30%即可。從這個小樣本反應大樣本，可見工程中每顆樁的承載力沒必要都達到設計值，只要離散程度不大，平均值不小于設計值即可。這樣我們可以做如下理解，只要算數(shù)平均值超過設計值，而且離散程度小于30%，那整個單體工程的單樁豎向抗壓承載力檢測值可以有一個浮動的范圍，這在變形控制上是可以接受的，或者說在后續(xù)的地基基礎設計及主體結構設計中，通過相關措施去彌補這種由于承載力的離散導致的沉降差異，從而減小變形。

2.2 《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）對于承載力的判定

2014 年修訂的新版《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）第4.4.3條只保留了在對設計提供依據(jù)的試驗樁檢測時，對單樁豎向抗壓極限承載力檢測值進行統(tǒng)計取值，而工程樁的驗收性檢測卻將所測得的檢測值作為單根樁的極限承載力值，不用再進行統(tǒng)計取值[2]。這樣相較舊版的統(tǒng)計取值，實際上是提高了試驗標準，使結論更加客觀，減小了理論誤差，人為等主觀因素的影響，提高了試驗的可靠性。舉例說明，某工程樁單樁豎向抗壓極限承載力特征值為900kN,總樁數(shù)為208根預應力空心方樁，對該工程按照規(guī)范第3.3.4條規(guī)定檢測數(shù)量為總樁數(shù)的1%，且不應少于3根，試驗測得三根樁的單樁豎向抗壓極限承載力檢測值依次為3依次為1600kN；1800kN；2000kN，則按照舊版規(guī)范對該三顆樁單樁豎向抗壓極限承載力算術平均值為1800kN，三顆樁的極差為400kN，小于算術平均值的30%，故該工程單樁豎向抗壓極限承載力為1800kN，特征值為900kN，符合檢測要求。但按照14年修訂的新版規(guī)范中，該三顆樁單樁豎向抗壓極限承載力分別為1600kN、1800kN、2000kN，特征值分別為800kN、900kN、1000kN，有一顆樁小于設計要求的900kN，故判定為不合格，需要對該工程進行擴大檢測，并對該顆不合格樁進行加固、處理。

3 勘察測試技術與樁基靜載荷檢測的比對

3.1 靜力觸探和室內土工試驗單樁承載力估算

工程勘察一般分為初勘和詳勘，在詳勘階段勘察成果應符合施工圖設計要求。一般根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）和其他專業(yè)規(guī)范結合目標場地特征，勘察人員經(jīng)驗，確定勘探孔數(shù)量，勘探孔類型，勘探孔進深，勘探孔分布。通過相關測試技術如鉆探、標貫、靜力觸探、室內土工試驗查明各層巖土的類別、結構、厚度、坡度、工程特性及其均勻性，并提供各巖土層的物理力學性質指標[3]。在這個過程中對勘察人員的專業(yè)技術要求相對較高，各種測試技術所得成果能否相互對應，相互驗證以及綜合判定顯的至關重要。在估算單樁豎向抗壓承載力時，可選用靜力觸探的原位測試技術確定單樁承載力，也可根據(jù)室內土工試驗得出土的物理指標，通過土層物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關系確定單樁承載力。靜力觸探試驗與靜壓樁的貫入過程有一定的相似性，都是將探桿（樁）壓入地層中，受力方式也基本相同，都受到土層對樁側的摩阻力和土層對樁端的阻力，兩者都有很好的相關性，其主要差別在于尺寸效應以及尺寸效應有關的深度效應[4]。故在計算靜壓樁單樁豎向抗壓承載力時，靜探試驗計算結果較為可靠，而在計算灌注樁挖孔樁時，則應結合靜探試驗和經(jīng)驗關系綜合判定單樁豎向抗壓承載力。

無論采用哪種方法估算承載力，都是建立在大量經(jīng)驗和工程實踐的基礎之上，最終整個工程的單樁承載力估算值也是一個經(jīng)驗統(tǒng)計結果。具有一定不確定性和離散性，怎樣修正，減小估算誤差，就需要大量的勘察測試成果與單樁靜載荷試驗進行承載力對比分析，比如在靜載試驗進行前，灌注樁內預埋應力計，得出每層土的實際側摩阻和樁端端阻，將測出的實際側摩阻和端阻與其他原位測試技術得出的結果進行比對，或者與《建筑樁基技術規(guī)范》中的經(jīng)驗參數(shù)法中（表5.3.5）進行比對，從而縮小取值范圍，總結出適合本地區(qū)經(jīng)驗表格和公式。

3.2 舉例分析兩者的異同

以濱州市泰山名郡北區(qū)B9#樓為例，擬建場地位于濱州市長江一路以南，新立河東，場地地貌為黃河沖積平原。為了減小比對誤差，我們分別選取勘察階段2個相鄰的地質勘探孔，分別是第62號靜力觸探孔和第66號鉆探孔，用以分別提供該孔周圍的靜力觸探結果。

具體62號靜力觸探孔結果為：2-1層粉土，厚度3.98 m，側壁阻力平均值（以下簡稱側阻）36kPa，錐尖阻力平均值（以下稱端阻）1.69 MPa；2層粘土，厚度2.40 m，側阻 31 kPa，端阻 0.59 kPa；3-1 層粉土，厚度2.30 m，側阻 30kPa，端阻 1.62MPa；3 層粉質粘土，厚度 1.40m，側阻 45kPa，端阻 1.00 kPa；4 層粉土，厚度2.20 m，側阻 65kPa，端阻 5.94 kPa；5 層粉質粘土，厚度 3.30 m，側阻 42kPa，端阻 1.01 kPa；6 層粉土，厚度1.50 m，側阻 82kPa，端阻 5.12 kPa[6]。

按照設計文件要求，擬采用樁徑400mm，樁長16.50m的預應力管樁基礎，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.4條給出的對于粘土、粉土、砂土，用雙橋靜力觸探資料確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力標準值的計算公式[5]：

式中：QUK—單樁豎向極限承載力標準值（kN）QSK—總極限側阻力標準值（kN）；

QPK—總極限端阻力標準值（kN）U—樁身周長（m）Li—樁周第 i層土厚度（m）；

β—第i層土樁側綜合修正系數(shù)，黏性土、粉土取10.04(fsi)-0.55；

fsi—第i層土的探頭平均側阻力（kPa）；

α—樁端阻力修正系數(shù)，黏性土、粉土取2/3；

qc—樁端平面上、下探頭阻力（kPa）；

Ap—樁端面積（m2）；

樁端平面以上4倍直徑錐尖阻力加權平均值為：3.065kPa；

樁端平面以下1倍直徑錐尖阻力加權平均值為：5.10kPa；

樁端平面以上4倍直徑錐尖阻力和樁端平面以下1倍直徑錐尖阻力加權平均值為：3.055kPa，樁身周長U=1.25m,截面積 Ap=0.467m2。

將上述表格的數(shù)據(jù)帶入公式QUK=QSK+QPK=u∑Li×βi×fsi+α×qc×Ap中可得：QUK=2057kN

具體66鉆探孔結果為：2-1層粉土，厚度3.98 m，極限側阻力標準值（以下簡稱極限側阻）32kPa，極限端阻力標準值（以下簡稱極限端阻）127.4kPa；2層粘土，厚度2.40 m，極限側阻34kPa，極限端阻81.6kPa；3-1層粉土，厚度 2.30 m，極限側阻 38kPa，極限端阻87.4kPa；3層粉質粘土，厚度1.40 m，極限側阻 37kPa，極限端阻 51.8kPa；4層粉土，厚度2.20m，極限側阻45kPa，極限端阻99.0kPa；5層粉質粘土，厚度3.30m，極限側阻43kPa，極限端阻141.9kPa；6 層粉土，厚度 1.50m，極限側阻 48kPa，極限端阻60.2kPa[6]。

在《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.5條也給出了經(jīng)驗參數(shù)法計算公式，當根據(jù)土的物理力學指標與承載力參數(shù)的經(jīng)驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值時，計算公式如下[5]：

qsik—樁側第i層土的極限側阻力標準值，如無當?shù)亟?jīng)驗時，可按《規(guī)范》表5.3.5取值qpk—樁端土的極限側阻力標準值，如無當?shù)亟?jīng)驗時，可按《規(guī)范》表5.3.5-2取值。

樁身周長U=1.25m截面積Ap=0.467m2，將上述表格的數(shù)據(jù)帶入公式QUK=QSK+QPK=u∑qsikLi+αqpkAp中可得：QUK=2120kN。

在該靜探孔和鉆探孔相距3.0m內打下一顆試驗樁，在靜載荷試驗開始前，進行了低應變檢測，確保樁身并無缺陷，在到達休止時間后，進行靜載荷慢速維持荷載法檢測，最終生成如圖1、圖2、表1所示。

表3 靜載荷試驗數(shù)據(jù)匯總表

從圖表中可以看出，該顆樁的單樁豎向抗壓極限承載力為1976kN，靜載荷試驗作出的數(shù)值是最直接最可靠的數(shù)值，最接近實際，以此為參照，靜力觸探估算值比它大了81kN，經(jīng)驗參數(shù)法估算的數(shù)值比它大了144kN。

4 小結

靜載荷試驗是檢驗承載力最可靠、最可信的方法，對于設計而言，它既提供了可靠的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了地基基礎變形控制原則；對于勘察而言，它是不錯的驗證方法并提供可靠的修正數(shù)據(jù)。在積累了大量數(shù)據(jù)后，可以對相關計算公式進行修正，使其成為適合不同地區(qū)不同地質條件下的計算公式。這樣可以提高勘察成果質量，也能為建設單位節(jié)約資源，這一切須要我們在未來的工作中，繼續(xù)不斷努力。

圖1 載荷-沉降曲線圖

圖2 沉降-時間對數(shù)圖