基桩静载检测不等速维持荷载法研究

郑贺 鲍宇 谢红波 王新胜

摘 要：【目的】针对基桩静载检测慢速维持荷载法检测周期长、快速维持荷载法承载力判断缺乏量化依据的缺陷，提出了不等速维持荷载法。【方法】该方法前九级加荷采用快速维持荷载法的判稳标准，最后一级采用慢速维持荷载法的判稳标准，既可以保证检测效率，又兼顾了承载力判定的准确性。【结果】通过现场数十组不同加载方法的足尺静载对比试验，分别从承载力判定、沉降量测读、最后一级荷载维荷时间等方面与慢速法和快速法进行了对比分析。不等速维持荷载法检测效率比慢速维持荷载法更高，接近快速法；检测精度比快速维持荷载法更好，接近慢速法。【结论】本研究编制了自动加载的程序，实现了自动加载，可以作为桩基静载检测的推荐加载方法。

关键词：静载试验；慢速维持荷载法；不等速维持荷载法；沉降差；承载力判定

中图分类号：TU443       文献标志码：A              文章编号：1003-5168（2023）14-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.014

Study on Unequal Speed Load Maintenance Method of Foundation Pile Static Test

ZHENG He1，2 BAO Yu3 XIE Hongbo3 WANG Xinsheng3

（1.Xuzhou Construction Engineering Management Center， Xuzhou 221018，China; 2.Xuzhou City Construction Engineering Quality and Safety Supervision Station， Xuzhou 221116，China; 3.Xuzhou Construction Engineering Testing Center Co.， Ltd.， Xuzhou 221000，China）

Abstract： [Purposes] In view of the detects of the static load detection period of the slow speed load maintenance method of the foundation pile， the unequal speed load maintenance method is put forward. [Methods] The first nine levels of the method adopt the stability standard of fast load maintenance method， and the last level of slow load maintenance method， which can not only ensure the detection efficiency， but also take into account the accuracy of bearing capacity determination. [Findings] Through the static load comparison test of dozens of groups of different loading methods， the slow load method and fast method from the measurement of bearing capacity， settlement measurement and the load dimension time of the last stage were analyzed. The detection efficiency of the unequal speed load maintenance method is higher than the slow load maintenance method， and the detection accuracy is better than the slow load maintenance method. [Conclusions] The program of automatic loading is compiled to realize the automatic loading， which can be used as a recommended loading method for the static load detection of pile foundation.

Keywords： static load test; slow load method; unequal speed load method; poor settlement; bearing capacity determination

0 引言

靜载法是当前广泛采用的基桩承载力检测方法，也是我国目前公认的最可靠的承载力检测方法[1-3]。基桩静载试验从加载方法、判稳标准的角度可分为慢速维持荷载法和快速维持荷载方法（以下简称慢速法和快速法）。慢速法已经沿用了几十年，是我国公认的一种标准试验方法，是其他工程桩竖向抗压承载力验收检测方法的唯一参照标准［4］。为了加快检测周期，自二十世纪八十年代以来有多部标准、规程陆续将快速法列入推荐方法，相关文献也将其列入，但对该方法的应用提出了限制条件，被限制在具有成熟的地区经验条件下采用。

慢速法判稳标准为每1 h内的桩顶沉降量不得超过0.1 mm，并连续出现两次。快速法要求每级荷载施加后维持1 h，第5 min、15 min、30 min测读桩顶沉降量，以后每隔15 min测读一次，若最后15 min时间间隔的桩顶沉降增量与相邻15 min时间间隔的桩顶沉降增量相比未明显收敛时，则延长维荷时间，直至最后15 min的沉降增量小于相邻15 min的沉降增强为止。对于“明显收敛”仅是定性要求，何谓“明显收敛”，则缺乏量化的执行标准，在实际应用中会出现承载力判定上的偏差，可能会出现承载力高估的情况。因此，需要一种既能体现慢速法的检测精度，又能兼顾快速法检测效率的判稳方法。基于此，提出了不等速维持荷载法（以下简称不等速法），该方法前几级采用快速法加载，接近最大加载量的最后一级或几级采用慢速法的判稳标准。这样既保证了效率，也能在承载力判定最关键的最后一级荷载时，具有量化的判稳标准。

1 单桩慢、快速、不等速法承载力判定

快速法由于加载时间短、判稳标准低，基桩检测承载力可能被高估，沉降量会被低估。周相国等［5］基于现场54组试验，指出快速法静载试验得出的极限承载力较慢速法得出的极限承载力高，但一般不会超过10％。史海兵等［6］从工程实践的角度分析了快速加载法的误差，指出增加荷载分级将有效提高快速法承载力判断的精度。史佳等［7］基于某大型工程，开展了基桩检测快速法与慢速法对比研究，分析了两种测试方法的沉降差别。有些学者［5-7］证实了快速法结果在很多时候是可靠的，但某些情况下该方法可能出现承载力误判，在某实际工程中采用快速法获得的基桩承载力被高估的案例，如图1所示，该工程桩的参数见表1。该工程中针对68#试桩先采用快速法加载，休止3 d后再采用慢速法加载。快速法得到的承载力为4 200 kN，满足设计要求；慢速法得到的承载力为3 780 kN，不满足设计要求，需要补桩，两种方法得到完全不同的结论。为了获得更充分的对比数据，针对该工程中的其他工程试桩分别采用了慢速法、快速法、不等速方法，检测桩号及结果见表2。由表2可知，快速法得到的各桩承载力均为4 200 kN，Q—S曲线为缓变形。慢速法和不等速法得到的承载力一致，均为3 780 kN，达到卸载标准便停止加载，测读得到最终沉降量，慢速法普遍大于不等速法。

2 不等速、慢速法沉降差分析

为了进一步验证不等速法的有效性，采取了更多工程桩的测试数据进行比对。某地区63对工程桩，不等速和慢速法得到的基桩沉降量差值，如图2所示，其中不等速维持荷载法仅最后一级荷载采用了慢速法稳定标准，其余8级均采用了快速法的稳定标准。Sm代表慢速法的沉降量，Sd代表不等速法的沉降量，沉降差Sm-Sd是以同一项目不同单位工程间进行比较的，即在相近地质条件下同一项目相邻的且桩参数相同的单位工程分别采用不同的维持荷载法，然后选择距离最近的两根桩进行沉降量比较。为了避免桩产生破坏后，其沉降量测量出现的误差，影响Sm-Sd的结果，本次选取的63对静载试桩承载力均满足设计要求。

由图2可知，相近地质条件下相同参数桩不等速维持荷载法得到的沉降量多小于慢速维持荷载法的沉降量。Sm-Sd多集中在±5.0 mm以内，最大值近±10.0 mm；随着检测承载力的提高，Sm-Sd的差值呈现减小趋势。这可能是由于本地区承载力较大的灌注桩多为嵌岩桩，桩的总沉降量较小，且承载富余度大，每级荷载稳定时间短，Q—S曲线呈近似直线，两种维荷方法测试误差小。预制实心方桩多用在本地区特定区域，该区域地质条件相对特殊，砂层较厚，单桩设计承载力较高，其Sm-Sd仅有一例为负值，其余均为正值。一般情况下，相同荷载下桩的沉降量和维荷时间正相关，图2中Sm-Sd也多为正值，这是合理的，但图2中Sm-Sd离散性稍大，小部分为负值，可能由以下几方面原因造成：①地质条件差异，即使检测桩位置相近，二者地质条件仍不完全一致；②桩的施工质量的差异，如相邻桩的沉渣厚度不一致；③位移测试设备误差的影响［8］；④桩的承载力富余小，摩擦桩或端承摩擦桩在接近极限承载力状态下工作，桩的沉降量本身就很大，Sm-Sd的差值也越大，图1也正好能说明这一点，随着总沉降量的增大，Sm-Sd逐渐增大。

3 不等速、慢速法承載力判定误差分析

图2中的63对静载试桩，均未产生破坏，基桩的承载力均取最大加载值，用不等速法和慢速法获得的承载力一致，误差为零。对于检测过程中出现破坏的基桩，挑选了某一项目12根试桩，试验结果见表2。1#楼3根试桩分别先用快速法加载，加载完成后休止1 d，然后进行慢速法加载，两种方法承载力检测结果相差10%；2#楼3根试桩分别先用快速法加载，加载完成后休止1 d，然后进行不等速法加载，两种方法承载力检测结果相差10%；3#楼选取6根试桩，分别采用慢速法和不等速法加载，两种方法承载力检测结果一致，结合1#、2#、3#检测结果说明慢速法和不等速法检测结果一致，均较快速法检测结果低10%。

4 不等速、慢速维持荷载稳定时间分析

基桩静载不同维持荷载法加/卸载最短时间见表3。不等速维持荷载法略慢于快速法，但比慢速法快很多，因而可有效提升检测效率，缩短检测时间。目前，部分地区要求静载验收试验在基坑开挖完成后随机选桩，静载试验有时处于工期的关键线路上，此时采用不等速维持荷载法可有效节省检测时间，有效减少基坑暴露时间，进而节约工期和减小风险。由表3可知，不等速维持荷载法加卸载最短时间和快速法相差3 h，远小于慢速维持荷载法。

虽然不等速法加卸载最短时间和快速法相差3 h，但在实际检测过程中发现，不等速法在最后一级荷载下沉降稳定的时间较慢速法有所增长，如图3所示。由图3可知，本地区慢速法最后一级荷载最大概率的稳定时间为2.5 h，逾50%的桩在2.5 h内可达到稳定标准，95%的桩在5 h内可达到稳定标准；不等速法最后一级荷载最大概率稳定时间为3 h，逾50%的桩在3 h内达到稳定标准，90%的桩在6 h内可以达到稳标准定，超过10%的桩在6.5 h以内仍无法实现沉降稳定。通过统计还发现，在不等速法最后一级荷载下，2.5 h以内稳定的试桩，多为总沉降量很小、承载力安全系数大的端承桩，在5 h甚至更长稳定时间的试桩，总沉降大多较大，Q—S曲线缓变形，桩顶荷载接近或达到基桩极限承载能力的基桩。

检测过程还发现，少数检测桩由于承载力不足等原因，在前几级荷载下Q—S曲线便呈现缓变形，总沉降量较大（超过30 mm）或者单级荷载下沉降量超过10 mm，出现破坏迹象。针对此种情况，采取当前级荷载采用慢速法手动判稳，直至达到慢速法稳定标准方可加下一级荷载或者卸载。

总体来看，不等速法加/卸载总时间可以控制在16 h以内，算上倒运转场时间，大多数试桩检测进度可以实现一天一桩，和快速法进度一致，每根桩比慢速维持荷载法至少节约0.5～1.0 d的工期。

通过对不同桩型、不同设计承载力、不同场地的大量对比数据进行分析，得出不等速法在保证检测数据精度和提高检测效率方面具有优越性。为此，针对不等速法，编制了自动加载的程序，实现了自动加载，并形成了地区经验。

5 结论

不等速法融合了快速和慢速法二者的优点，在实际应用中取得的效果主要体现在以下几个方面。

①不等速维持荷载法兼顾了慢速法和快速法的优点，在保证检测准确性的前提下，提高了检测效率，缩短了检测工期。

②通过某地区63对工程桩不同维荷方法沉降量对比发现，不等速法对于基桩承载力判定的精度和慢速法一致，沉降量多小于慢速维持荷载法的沉降量，离散性稍大，小部分为负值。造成沉降差离散的原因可能是地质条件差异、桩施工质量的差异、测试误差、摩擦桩在接近极限承载力下工作、桩的沉降量本身就很大等。

③不等速维持荷载法最后一级荷载下稳定时间较慢速法稍长。沉降量很小、承载力安全系数大的端承桩，稳定时间和慢速法接近，在5 h甚至更长稳定时间的试桩，总沉降大多较大，Q—S曲线缓变形，桩顶荷载接近或达到基桩极限承载能力的基桩。

④针对未加载到最后一级荷载便有提前破坏征兆的试桩，采用慢速法的稳定标准进行手动判稳，作为不等速法的补充。

参考文献：

［1］陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2014．

［2］郑贺，蒋其刚.大吨位基桩动静对比试验研究［J］.工程质量，2016，34（S1）：198-201.

［3］陈建荣，高飞，郑小勇.建设工程基桩检测技术问答［M］.上海：上海科学技术出版社，2011.

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范：JGJ 106—2014［S］.北京： 中國建筑工业出版社，2014.

［5］周相国，王献敏，徐超，等.桩静载荷试验快速法与慢速法对比研究［J］.水文地质工程质，2008（3）：35-38.

［6］史海兵，李学武.桩基静载试验中快速加载方法的研究［J］.工程质量，2011，29（3）：76-78.

［7］史佳，司法强，黄沛林，等.大型航空港超大规模桩基工程静荷载检测快速法慢速法对比研究［J］.建筑技术开发，2021，48（2）：45-46.

［8］陈道松，崔玮，姜广占，等.基于不同影响因素作用的静载试验竖向位移误差分析研究［J］.土工基础，2021，35（3）：404-408.