中美印关于桩基静载试验检测标准应用对比研究

丁 伟，王 伟，聂庆科，郅正华，刘 鹏

(河北建设勘察研究院有限公司，河北省石家庄市槐安西路555号 050227)

随着“一带一路”战略的实施，众多中资建筑施工企业走出国门，深入参与国际工程项目设计、施工与管理，从对其自身发展角度来讲既充满机遇又颇具挑战。“一带一路”沿线国家所投资的基建项目采用的标准不一，美标、欧标、中标及当地国家标准均有采用，这对中资建筑设计、施工与管理单位均提出挑战。不同国家的建筑标准细化程度不同，判定标准不同，得到的设计成果也不尽相同，面对实际工况采用何种标准能够使工程的安全、适用、经济各项指标达到最优化是我们应该探索和亟待解决的问题。文中依托孟加拉国某电厂试桩工程静载试验实测数据，采用美标、中标、印标对其单桩竖向极限承载力及水平承载力取值分别进行判定并对比分析，以期对类似地质条件下单桩极限承载力取值问题提供借鉴。

1 工程概况

本工程位于吉大港的Banshkhali地区，毗邻孟加拉湾，距吉大港西南约50km，距孟加拉Chittagong-Cox’s Bazar高速公路5.5km。根据已有勘察资料以及火力发电厂各建构筑物的具体情况，对本工程的地基方案进行了经济、技术上的全面比较，同时调研孟加拉当地地基处理施工能力、施工方法及设备情况，综合考虑推荐厂区地基处理采用钢筋混凝土灌注桩桩基。试验区勘测及试验桩设计参照美国土木工程师学会《桩基设计施工规范》。

厂址现状为沿海水稻田，部分地段属于滩涂区，场地目前地面高程介于1.8m～2.50m，场地大部分地段地表裸露，局部有植被覆盖。

根据电厂岩土工程勘测报告[1]，厂址区60.00m深度范围内的地层自上而下主要包括：

①层：软/中软粉质粘土，褐灰色夹杂粘土质粉砂和淤泥质土，含有少量云母及腐烂的木材和有机物。该层主要为厂区表层，分布较广，设计厚度一般8.0m～15.0m。

②层：深灰色～灰色，坚硬的粉质黏土与细砂混合层，砂质不均，该层分布不连续，场地部分钻孔内有揭露。本层厚度0.50m～3.50m，个别钻孔厚度大于。

③层：钢灰色～灰色，坚硬的粉质粘土、粘土质粉砂和砂的混合层，该层分布不连续，场地部分钻孔内有揭露。本层厚度2.50m～5.00m。

④层：松散～中等密实，粉砂层，夹杂部分云母碎片。本层厚度3.0m～5.0m。

⑤层：浅灰色～棕灰色，密实～非常密实的粉细砂层，含云母该层分布较广，持续到所有的钻孔孔底。

2 试验方案

在灌注桩试桩场布置勘探孔4个，其中2个取样孔、2个标贯孔，孔深初步定为54m。

主要建筑物采用Ф1000mm灌注桩，桩端进入第⑤层密实砂不小于2d，有效桩长52.0m，预估单桩极限抗压承载力极限值约为6850kN，混凝土强度等级为fc′=14.3N/mm2混凝土。主筋选用12#7，加强圈选用#6，螺旋箍筋选用#3。

附属建筑物采用Ф750mm灌注桩，以中间坚硬的砂层为持力层，桩端进入持力层不小于2d，桩长15.0m～20.0m，预估单桩竖向极限承载力约2600kN，混凝土强度等级为fc′=14.3N/mm2混凝土。主筋选用8#7，加强圈选用#6，螺旋箍筋选用#3。

按照ASTM D 3966-07“Standard Test Methods for Deep Foundations Under Lateral Load”、ASTM D 1143-07“Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load”、ASTM D 5882-00 “Standard Test Method for Low Strain Integrity Testing of Piles”、ASTM D 4945-00 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles”等规范检测。

3 单桩竖向静载试验

3.1 单桩竖向静载试验结果分析

(1)美国ASTM D 1143-07标准仅给出了竖向载荷试验的程序和做法，对于试验结果的判定和使用没有统一的规定和标准，完全依赖于岩土工程师。本次采用Design and Construction of Driven Pile Foundations—Lessons Learned on the Central Artery/Tunnel Project[2]中Devisson准则确定单桩极限承载力，结果如表1所示。由式(1)计算的桩顶沉降Sf(mm)对应的荷载确定为极限承载力。

(1)

式中：Q为荷载，kN；L为桩长，mm；A为桩截面面积，m2；E为桩的弹性模量，kPa；d为桩径或边长，mm。

表1 单桩竖向抗压承载力取值(美标)Tab.1 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile (American standard)

(2)按照中国标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106)[3]第4.4.2款：对于缓变型Q～S曲线，取S=40mm对应的荷载，大直径桩取S=0.05d对应的荷载值，结果如表2所示。

表2 单桩竖向抗压承载力取值(中标)Tab.2 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile(Chinese standard)

(3)按照印度标准IS 2911(Part 4)[4]:2013 Cl.7.1.5规定，竖向容许承载力取以下两种判定方法的最小值：

1)荷载-位移曲线上18mm所对应荷载的2/3；

2)荷载-位移曲线上位移为桩径的10%所对应荷载的1/2。

单桩竖向承载力取值结果如表3所示。

表3 单桩竖向承载力取值(印标)Tab.3 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile(Indian standard)

3.2 不同规范取值的对比分析

不同规范中单桩竖向极限承载力的取值如表4所示。

表4 不同规范单桩竖向极限承载力取值Tab.4 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile with different standards

根据表4数据对比分析结果表明：

(1)按照美标戴维森准则确定的桩基竖向极限承载力值约为按照中国标准确定的极限承载力值的85%。

(2)按照印度标准确定的桩基竖向极限承载力值约为按照中国标准确定的极限承载力值的105%～110%。

(3)不同规范取值方法不同，同等桩型同等地质条件下，按照美标取值结果与中标取值结果相比安全储备值较高，较为保守，不经济；按照印标取值结果与中标取值结果相比安全储备值较低，较为激进，安全性降低。

同等地质条件下单桩竖向极限承载力取值建议以不超过按照中国标准确定的极限承载力值为宜，以期达到安全、适用、经济的效果。

4 单桩水平静载试验

4.1 单桩水平静载试验结果分析

(1)按照美国标准的方法确定

美国ASTM D 3966-07标准仅给出了水平载荷试验的程序和做法，对于试验结果的判定和使用没有统一的规定和标准，完全依赖于岩土工程师。本次水平承载力的判定采用《Pile Foundations in Engineering Practice》[5]第9.3.3小节和9.3.4小节的规定，一般广泛采用的估算极限水平荷载的方法是取下面两种判定方法的最小值：

1)极限荷载(破坏荷载)可取水平位移或变形为0.25英寸(6.25mm)时所对应的荷载。

2)取荷载-位移曲线上切线交点处的荷载为极限荷载(破坏荷载)。

单桩水平承载力取值结果如表5所示。

表5 单桩水平承载力取值(美标)Tab.5 The value of horizontal bearing capacity of single pile (American standard)

(2)按照中国标准的方法确定

采用中国行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106)第6章节的规定，水平承载力取值原则：

1)取H～t～Y0曲线产生明显陡降的起始点对应的水平荷载值为单桩水平极限承载力；

2)取H～ΔY0/ΔH曲线第一拐点对应的水平荷载值为水平临界荷载，第二拐点对应的水平荷载值为水平极限承载力；

3)取桩身折断或钢筋屈服时的前一级水平荷载值为水平极限承载力。

单桩水平承载力取值结果如表6所示。

表6 单桩水平承载力取值(中标)Tab.6 The value of horizontal bearing capacity of single pile (Chinese standard)

(3)按照印度标准的方法确定

根据印度标准IS 2911(Part 4):2013 Cl.8.4规定，水平容许承载力取一下两种判定方法的最小值：

1)荷载-位移曲线上5mm所对应的荷载；

2)荷载-位移曲线上12mm所对应荷载的1/2。

单桩水平承载力取值结果如表7所示。

表7 单桩水平承载力取值(印标)Tab.7 The value of horizontal bearing capacity of single pile (Indian standard)

4.2 不同规范取值的对比分析

不同规范单桩水平承载力取值如表8所示。

表8 不同规范单桩水平承载力取值Tab.8 The value of horizontal bearing capacity of single pile with different standards

根据表8数据对比分析结果表明：

(1)同等桩型同等地质条件下，单桩水平极限承载力按照美标与中标取值结果较为接近，判定结果一致；

(2)同等桩型同等地质条件下，单桩水平承载力允许值按照印标取值结果约为按照中标取值结果的107%；

(3)同等桩型同等地质条件下，水平极限承载力取值建议以不超过按照中标、美标确定的极限承载力为宜。

5 结论

通过对孟加拉国某电厂试桩工程静载试验的实测数据分别采用美标、中标、印标进行判定并对比分析，结果表明：

(1)按照美标戴维森准则确定的桩基竖向极限承载力值约为按照中国标准确定的极限承载力值的85%；

(2)按照印度标准确定的桩基竖向极限承载力值约为按照中国标准确定的极限承载力值的105%～110%；

(3)同等地质条件下单桩竖向极限承载力取值建议以不超过按照中国标准确定的极限承载力值为宜，以期达到安全、适用、经济的效果；

(4)按照美标相关标准与中标对单桩水平极限承载力的判定结果一致；按照印标判定的单桩水平承载力允许值约为按照中标判定的单桩水平承载力允许值的107.2%～107.5%，建议同等地质条件下单桩水平极限承载力取值以不超过按照中标、美标确定的极限承载力为宜。