中美单桩竖向抗压静载试验标准对比研究

门青波 柳旻 夏玉云 刘云昌 马佳仪

收稿日期：

2023-08-10

基金项目：

陕西省创新能力支撑计划项目（2023-CX-TD-34，2022-KJXX-05，2023-CX-PT-46）；国机集团青年科技基金项目（QNJJ-PY-2022-41，QNJJ-ZD-2022-17）；西安市英才计划青年项目（2022XAYC-03）；自然资源部陕西西安地裂缝与地面沉降野外科学观测研究站开放课题（2022-02）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助（300102263512）

作者简介：

门青波，男，高级工程师，主要从事海外岩土工程勘察工作。E-mail：ximenqingbo@163.com

引用格式：

门青波，柳旻，夏玉云，等.中美单桩竖向抗压静载试验标准对比研究

［J］.水利水电快报，2024，45（1）：80-83，94.

摘要：

作为检测基桩承载力的一种常用试验手段，单桩竖向抗压静载试验在海外岩土工程实践中广泛应用。为了分析该试验的中美标准差异，从主要试验设备、适用范围、试验技术要求和其他差异探讨4个方面，对比了中国标准和美国ASTM标准的差异。对比结果表明：ASTM标准适用范围较广，对试验设备要求更严格。中国标准则对现场试验技术的要求更明确，具有更好的实际操作性。对于加载、卸载、观测时间和终止标准等试验过程，两种标准均作了明确的规定。研究结果可为基桩载荷试验提供参考。

关键词：

单桩竖向抗压静载试验； 国际工程； ASTM标准； 中国标准

中图法分类号：TU473.1

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.01.014

文章编号：1006-0081（2024）01-0080-04

0  引  言

近年来，中国越来越多的勘察设计企业承揽了国际工程业务［1］。在进行地基基础设计时，对于承载力要求较高的项目，桩基础是一个常用选项，相应的基桩承载力检测是判断地基基础设计是否有效的重要环节。因此采用何种规范进行基桩承载力检测显得尤为重要［2］。目前在国际工程中，常用的主要标准有美国ASTM标准、AASHTO标准和英国BS标准，均已执行多年，被业主普遍接受。在海外项目的工程实践中，中国标准和美国标准差异较大，选择何种执行标准对工程的实施影响较大。因此，分析对比美国标准与中国标准的差异性，对推进项目进程具有重要的意义。

近10 a来，国内众多学者对中美岩土工程标准体系的应用进行了大量分析与对比［3-5］，研究结果对海外岩土工程的成功实践起到一定推动作用。但相关研究多集中在部分原位测试领域，如标准贯入试验、圆锥动力触探、平板载荷试验等，对于基桩静载荷试验的对比分析较少。

基桩载荷试验［6-9］是基桩承载力检测最直接有效的手段，其优点在于简单、快速、重复性好且经济，能够获取多种岩土参数。单桩竖向抗压静载试验［10-11］具有设备简单、测试方便、精度较好、工效较高和适应性广等优点。本文从主要试验设备、适用范围、试验技术要求和其他差异探讨4个方面，分析中国标准和美国ASTM标准的差异，为海外项目规范选取提供参考。

1  单桩竖向抗压静载试验对比

1.1  适用对象对比

针对单桩竖向抗压静载试验，中国标准JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》（以下简称“中国标准”）仅适用于单桩竖向抗压承载力测试，而美国标准D1143M-07《Standard Test Methods for Deep Foundations Under Static Axial Compressive Load》（2003修订版）（以下简称“ASTM标准”），除可用于单桩承载力测试外，对群桩承载力测试也同样适用。

1.2  主要设备仪器对比

单桩竖向抗压静载试验的主要设备有加载系统千斤顶（含压力表、液压泵和油管等）和沉降测量系统百分表或大量程位移传感器。这两种设备的精度和量程对于试验结果的准确性起决定性作用。

对加载系统千斤顶，ASTM标准规定其额定负荷应超过最大荷载至少20%，试验中使用两个以上千斤顶且共用一套压力表和油管。压力表最小刻度应不大于最大荷载值的1%，允许误差为±1%。液压泵联合校准精度应小于最大荷载的5%，每个独立校准部件精度应小于所施加荷载的2%。中国标准规定压力表的准确度应至少为0.5级，压力表、油泵和油管在最大加载时的压力应不大于规定工作压力的80%。

ASTM标准规定，沉降测量系统百分表或者位移指示器最小刻度为0.25 mm，量程一般要达到100 mm（至少为50 mm）。用于测量桩身位移的刻度尺最小刻度为0.5 mm，长度不应小于150 mm，读取精度应接近0.1 mm，测量标尺最小刻度1 mm，读取精度应接近0.1 mm。中国标准规定测量沉降所用位移传感器或百分表测量误差不得大于0.1%FS（FS为满量程，误差除以仪表最大量程小于等于0.1%），分度值/分辨力应不大于0.01 mm。

1.3  试验对比

1.3.1  试验技术对比

（1） 反力装置规定。ASTM标准对此无明确规定。而中国标准则提供了几种可用的反力装置，如锚桩压重联合反力装置、压重平台反力装置和地锚反力装置等；此外还规定加载反力装置提供的反力不得小于最大加载值的1.2倍，并均匀稳固地放置于平台上，压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍。

（2） 桩顶的处理规定。ASTM标准规定在承载钢板与桩顶之间设置厚度小于6 mm的快速凝固灌浆，且其抗压强度应大于桩体强度，并在其上部设置厚度不小于25 mm的钢板，钢板面积大于桩顶面积。中国标准要求距桩顶1倍桩径范围内，宜设置3～5 mm厚钢板或在距桩顶1.5倍桩径范围内设置间距不大于100 mm的箍筋，且桩顶应设置间距为60～100 mm的1～2层钢筋網片。

（3） 荷载测定规定。ASTM标准规定必须使用置于千斤顶上的荷重传感器直接测定荷载。中国标准规定荷载测量除可采用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定之外，也可根据千斤顶率定曲线进行荷载换算。

（4） 试桩中心、反力桩（或压重平台支墩边）和基准桩中心距离规定。ASTM标准规定试桩中心与反力桩、基准桩的中心距离不小于5D（D为直径）且应大于2.5 m。中国标准要求其大于等于4D且不小于2.0 m。

（5） 百分表安装要求。ASTM标准要求安装至少两个位移观测仪表作为一级测量系统，同时需要至少一个次级冗余系统水准测量系统（在试验桩侧安装1个水准观测标尺和1个镜像标尺），用以监测桩顶位移。对于桩径D＞750 mm、顶部没有良好横向支撑的桩，使用4个位移观测仪表。中国标准要求对D＞500 mm的桩，应在两个方向对称安置4个位移观测仪表；对D≤500 mm的桩，可对称安置2个位移观测仪表。

（6） 冗余测量系统。ASTM标准规定冗余测量系统设置2个带有刻度线标尺（至少1个应有反射镜）附着于桩身。使用水准仪等测量仪器，参照位于试验区以外的永久水准点对桩身刻度线进行测量，用以复核桩身位移。中国标准则无此要求。

（7） 桩顶水平位移精度要求。ASTM标准规定的桩顶水平位移测量精度要求为2.5 mm。中国标准则无此要求。

1.3.2  试验过程对比

（1） 试验前休止时间。ASTM标准规定试验的开始时间由混凝土试块或者桩身混凝土强度确定，工程师可根据现场情况灵活指定休止时间，从3～30 d不等，或者更长，具有较大的灵活性和主观性。中国标准规定受检桩混凝土龄期应达到28 d，或受检桩同条件养护试块强度达到设计强度要求。无成熟的地区经验时，可根据不同的岩土层，按表1中的休止时间执行。

（2） 试验桩的选择。ASTM标准对于试验桩的选择和试验数量没有规定。中国标准对于此则做了以下明确规定：① 设计等级为甲级的桩基；② 无相关试桩资料可参考设计等级为乙级的桩基；③ 地基条件复杂、基桩施工质量可靠性低；④ 本地区采用的新桩型或采用新工艺成桩的桩基。试验数量应满足设计要求，且在同一条件下不少于3根；预计工程总桩数少于50根时，检测数量不宜少于2根。

（3） 加载和卸载。ASTM标准共提供了7种加卸载方法：① 快速测试法；② 维持测试法（可选）；③ 超限维持测试法（可选）；④ 恒定时间间隔测试法；⑤ 等贯入率测试法（可选）；⑥ 恒定移动增量测试法（可选）；⑦ 循环荷载测试法（可选）。ASTM未强制要求使用某一方法，常用快速测试法和恒定时间间隔加载法，可根据工程师对现场条件的判断灵活选择其余5种方法。中国标准主要有两种加卸载方法：慢速维持法和快速维持法。中国标准规定工程桩验收检测宜采用慢速维持法，当有成熟地区经验时，也可采用快速维持法。

本文重点分析中国标准中慢速维持法和ASTM中维持测试法以及中国标准中快速维持法和ASTM中恒定时间间隔测试法在加载、卸载、记录间隔和稳定标准等方面的区别。

ASTM标准中的维持测试法与中国标准中的慢速维持法对比如下：

（1） ASTM标准规定最大加载为预期设计荷载的200%，分级加载、分级增加荷载为设计荷载的25%。中国标准规定最大加载为设计要求承载力特征值的2倍，分级加载、各分级荷载为最大加载量的1/10，且第1级荷载为分级荷载的2倍。

（2） ASTM标准规定每级荷载下沉降稳定标准为沉降量不超过0.25 mm/h，并连续出现2次，且最多持续2 h。中国标准要求为不超过0.1 mm/h，并连续出现2次。

（3） ASTM标准规定每级加载后分别按第5，10 min和20 min读数，以后每隔20 min进行读数。中国标准规定每级加载后分别按第5，15，30 min和60 min读数后，每隔30 min读数。

（4） ASTM标准规定卸载时，按最大荷载的25%进行减量卸载，每级荷载维持1 h，每隔20 min记录一次读数，在移除所有荷载后12 h，记录最终读数。中国标准规定卸载时，每级荷载维持1 h，按第15，30 min和60 min分别读数，卸载至零时，维持时间不小于3 h，读数时间分别为第15 min和30 min，以后每隔30 min测读一次。

（5） ASTM标准规定在施加总荷载后，若试验桩或群桩未发生破坏，分别记录第5，10 min和20 min的读数，然后每20 min读数一次到2 h，从2～12 h每1 h读数1次，从12～24 h每2 h读数1次。若试验桩或群桩发生破坏，应记录前一荷载的读数。当加载至最大荷载、总体测试时间达到12 h以上，且该荷载下沉降量不超过0.25 mm/h，则开始卸载，否则允许最大载荷维持24 h。若在加载过程中发生破坏，维持破坏荷载，或最大可能的荷载，直到总变形等于桩直径或宽度的15%。中国标准规定加载的终止条件为出现以下情况之一：

① 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，且桩顶总沉降量超过40 mm。

② 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前級荷载作用下沉降量的2倍，且24 h内未达到相对稳定标准。

③ 已达到设计要求的最大加载值且桩顶沉降达到相对稳定标准。

④ 工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。

⑤ 荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量达60～80 mm，当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计沉降量超过80 mm。

ASTM标准中的恒定时间间隔测试法与中国标准中快速维持法的对比如下：

（1） 加载时，ASTM标准以单桩或群桩设计荷载的20%为增量，每隔1 h施加荷载，但对读数间隔时间未做具体规定。中国标准中快速维持法每级荷载施加后维持1 h，于第 5，15 min和30 min分别测读桩顶沉降量，以后每隔15 min测读一次。测读时间累计为1 h，若最后15 min的桩顶沉降增量与相邻15 min的桩顶沉降增量相比未明显收敛，应增加维持荷载的时间，直至最后15 min的沉降增量小于相邻15 min的为止。

（2） 卸载时，ASTM标准规定每级荷载间隔1 h，记录方式同维持测试法。中国标准则要求每级荷载维持15 min，于第5 min和15 min分别测读桩顶沉降量。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持1 h，按第5，15，30 min和60 min分别记录。

ASTM标准中对其他方法的加载和卸载过程分别有各自具体的规定，而中国标准中无相似方法，在此不展开赘述和对比。

1.3.3  试验数据处理对比

中国标准对单桩竖向抗压静载试验有关试验数据的分析处理有明确规定，详见JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》，ASTM标准则无明确规定。

1.4  其他差异探讨

（1） ASTM标准对群桩承载力检测试验有相关的规定，而中国标准仅针对单桩竖向承载力进行测试。显然，对采用群桩基础承载力检测的工程，ASTM标准的试验结果更为准确。中国桩基技术规范中则是通过承台效应对桩基竖向承载力的影响去考虑群桩效应。因价格昂贵，群桩承载力试验在实际工程实践中应用较少，但其能更真实反映桩实际工作时的状态，消除计算模型参数选取等其他因素引起的误差。

（2） ASTM标准只允许采用荷重传感器直接测量荷载，中国标准则可选用油压表间接进行荷载测量。ASTM标准采用荷重传感器测力，不需考虑千斤顶活塞摩擦等对实际荷载的影响。中国标准需通过率定换算。同型号千斤顶在保养正常状态下，相同油压时的实际荷载相对误差约为1%～2%。因此，采用荷重传感器获取的实际荷载值更为精确。

（3） ASTM标准的维持测试法中分级荷载沉降相对稳定标准（0.25 mm）相比中国标准（0.1 mm）更为宽松。

（4） ASTM标准按桩顶总沉降量为15%D确定极限承载力，而中国标准则以最大沉降量为60～80 mm为准。此外，两者对沉降稳定时间、加载方法等规定均有所不同。这和中美标准安全系数的取值大小、特别是上部结构对桩基沉降的要求有关。相较而言，当桩径较大（≥400 mm），桩体未发生破坏时，按照美国标准的维持测试法，所允许的桩体极限位移较大，所得的极限承载力相对要大；反之，按照美国标准的维持测试法所得的极限承载力则相对要小。如对于直径800 mm的桩，按ASTM标准采用维持测试法，如桩未发生破坏，其极限承载力可取对应桩顶沉降120 mm对应的极限承载力，而中国标准最多为桩顶沉降80 mm对应的极限承载力。

（5） 关于桩基静载荷试验承载力特征值的取值，中国标准有明确的规定，详细取值方法可见JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》第4.4节规定或GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》附录Q相关规定，承载力特征值为极限值的50%。而ASTM标准则无相应的规定，可结合美国其他设计标准进行取值。目前，非洲及中东大部分国家的海外实践经验表明，承载力特征值多取极限值的1/3，相对于中国标准，这一取值更为保守。

2  结  论

（1） ASTM标准不仅适用于单桩，对群桩承载力也适用，而中国标准仅适用于单桩承载力，但可通过承台效应计算去模拟群桩承载力。

（2） ASTM标准和中国标准的试验设备要求不同，前者要求更严格，后者工程实践性更强。

（3） 中国标准对试验技术，如反力装置、百分表安装、桩顶处理等的要求比ASTM标准清晰明确，更便于实际操作，美国标准更依赖于工程师的经验水平以及对现场施工条件的判断。

（4） ASTM标准和中国标准对试验过程中加载、卸载、维持载荷时间和观测时间间隔以及终止标准等的要求有较大的差异性，并都做了较为细致的规定，侧重点也不同，各有优劣。

参考文献：

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［10］  丁文明，戴金铸.单桩竖向抗压静载试验中国、美国及孟加拉标准差异探讨［J］.中国住宅设施，2017（6）：100-102，118.

［11］  谢红华.单桩竖向抗压静载试验在PHC-600管桩的应用研究［J］.厦门科技，2022（4）：59-62.

（编辑：李  慧）

Comparative study on differences of vertical compressive static load test standards of single pile between Chinese and America Standards

MEN Qingbo1，2，LIU Min1，2，XIA Yuyun1，2，LIU Yunchang1，2，MA Jiayi1

（1.China JK Institute of Engineering and Design Co.，Ltd.，Xi′an 710043，China；  2 Shaanxi Key Laboratory of Special Geotechnical Properties and Treatment，Xi′an 710043，China）

Abstract：

The vertical compressive static load test of single piles is widely used in geotechnical engineering practice overseas as a common test means to evaluate the bearing capacity of foundation pile.The differences between American ASTM standard and Chinese standard were compared from four aspects： main test equipment，application scope，test technical requirements and other differences in order to analyze the difference between Chinese and American standards.The results showed that ASTM standards had a wider scope of application and stricter requirements for testing equipment.Chinese regulations had clearer requirements for on-site testing technology and better practical operability.For the testing process of loading，unloading，observation time and termination criteria，both specifications had clear provisions.The research results can provide a reference for pile load tests in overseas geotechnical engineering practices．

Key words：

vertical compressive static load test on single piles； international project； ASTM standards； Chinese standards