中美印關(guān)于樁基靜載試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用對比研究

丁 偉，王 偉，聶慶科，郅正華，劉 鵬

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北省石家莊市槐安西路555號 050227)

隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，眾多中資建筑施工企業(yè)走出國門，深入?yún)⑴c國際工程項目設(shè)計、施工與管理，從對其自身發(fā)展角度來講既充滿機遇又頗具挑戰(zhàn)。“一帶一路”沿線國家所投資的基建項目采用的標(biāo)準(zhǔn)不一，美標(biāo)、歐標(biāo)、中標(biāo)及當(dāng)?shù)貒覙?biāo)準(zhǔn)均有采用，這對中資建筑設(shè)計、施工與管理單位均提出挑戰(zhàn)。不同國家的建筑標(biāo)準(zhǔn)細化程度不同，判定標(biāo)準(zhǔn)不同，得到的設(shè)計成果也不盡相同，面對實際工況采用何種標(biāo)準(zhǔn)能夠使工程的安全、適用、經(jīng)濟各項指標(biāo)達到最優(yōu)化是我們應(yīng)該探索和亟待解決的問題。文中依托孟加拉國某電廠試樁工程靜載試驗實測數(shù)據(jù)，采用美標(biāo)、中標(biāo)、印標(biāo)對其單樁豎向極限承載力及水平承載力取值分別進行判定并對比分析，以期對類似地質(zhì)條件下單樁極限承載力取值問題提供借鑒。

1 工程概況

本工程位于吉大港的Banshkhali地區(qū)，毗鄰孟加拉灣，距吉大港西南約50km，距孟加拉Chittagong-Cox’s Bazar高速公路5.5km。根據(jù)已有勘察資料以及火力發(fā)電廠各建構(gòu)筑物的具體情況，對本工程的地基方案進行了經(jīng)濟、技術(shù)上的全面比較，同時調(diào)研孟加拉當(dāng)?shù)氐鼗幚硎┕つ芰?、施工方法及設(shè)備情況，綜合考慮推薦廠區(qū)地基處理采用鋼筋混凝土灌注樁樁基。試驗區(qū)勘測及試驗樁設(shè)計參照美國土木工程師學(xué)會《樁基設(shè)計施工規(guī)范》。

廠址現(xiàn)狀為沿海水稻田，部分地段屬于灘涂區(qū)，場地目前地面高程介于1.8m～2.50m，場地大部分地段地表裸露，局部有植被覆蓋。

根據(jù)電廠巖土工程勘測報告[1]，廠址區(qū)60.00m深度范圍內(nèi)的地層自上而下主要包括：

①層：軟/中軟粉質(zhì)粘土，褐灰色夾雜粘土質(zhì)粉砂和淤泥質(zhì)土，含有少量云母及腐爛的木材和有機物。該層主要為廠區(qū)表層，分布較廣，設(shè)計厚度一般8.0m～15.0m。

②層：深灰色～灰色，堅硬的粉質(zhì)黏土與細砂混合層，砂質(zhì)不均，該層分布不連續(xù)，場地部分鉆孔內(nèi)有揭露。本層厚度0.50m～3.50m，個別鉆孔厚度大于。

③層：鋼灰色～灰色，堅硬的粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂和砂的混合層，該層分布不連續(xù)，場地部分鉆孔內(nèi)有揭露。本層厚度2.50m～5.00m。

④層：松散～中等密實，粉砂層，夾雜部分云母碎片。本層厚度3.0m～5.0m。

⑤層：淺灰色～棕灰色，密實～非常密實的粉細砂層，含云母該層分布較廣，持續(xù)到所有的鉆孔孔底。

2 試驗方案

在灌注樁試樁場布置勘探孔4個，其中2個取樣孔、2個標(biāo)貫孔，孔深初步定為54m。

主要建筑物采用Ф1000mm灌注樁，樁端進入第⑤層密實砂不小于2d，有效樁長52.0m，預(yù)估單樁極限抗壓承載力極限值約為6850kN，混凝土強度等級為fc′=14.3N/mm2混凝土。主筋選用12#7，加強圈選用#6，螺旋箍筋選用#3。

附屬建筑物采用Ф750mm灌注樁，以中間堅硬的砂層為持力層，樁端進入持力層不小于2d，樁長15.0m～20.0m，預(yù)估單樁豎向極限承載力約2600kN，混凝土強度等級為fc′=14.3N/mm2混凝土。主筋選用8#7，加強圈選用#6，螺旋箍筋選用#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”等規(guī)范檢測。

3 單樁豎向靜載試驗

3.1 單樁豎向靜載試驗結(jié)果分析

(1)美國ASTM D 1143-07標(biāo)準(zhǔn)僅給出了豎向載荷試驗的程序和做法，對于試驗結(jié)果的判定和使用沒有統(tǒng)一的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，完全依賴于巖土工程師。本次采用Design and Construction of Driven Pile Foundations—Lessons Learned on the Central Artery/Tunnel Project[2]中Devisson準(zhǔn)則確定單樁極限承載力，結(jié)果如表1所示。由式(1)計算的樁頂沉降Sf(mm)對應(yīng)的荷載確定為極限承載力。

(1)

式中：Q為荷載，kN；L為樁長，mm；A為樁截面面積，m2；E為樁的彈性模量，kPa；d為樁徑或邊長，mm。

表1 單樁豎向抗壓承載力取值(美標(biāo))Tab.1 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile (American standard)

(2)按照中國標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106)[3]第4.4.2款：對于緩變型Q～S曲線，取S=40mm對應(yīng)的荷載，大直徑樁取S=0.05d對應(yīng)的荷載值，結(jié)果如表2所示。

表2 單樁豎向抗壓承載力取值(中標(biāo))Tab.2 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile(Chinese standard)

(3)按照印度標(biāo)準(zhǔn)IS 2911(Part 4)[4]:2013 Cl.7.1.5規(guī)定，豎向容許承載力取以下兩種判定方法的最小值：

1)荷載-位移曲線上18mm所對應(yīng)荷載的2/3；

2)荷載-位移曲線上位移為樁徑的10%所對應(yīng)荷載的1/2。

單樁豎向承載力取值結(jié)果如表3所示。

表3 單樁豎向承載力取值(印標(biāo))Tab.3 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile(Indian standard)

3.2 不同規(guī)范取值的對比分析

不同規(guī)范中單樁豎向極限承載力的取值如表4所示。

表4 不同規(guī)范單樁豎向極限承載力取值Tab.4 The value of vertical ultimate bearing capacity of single pile with different standards

根據(jù)表4數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果表明：

(1)按照美標(biāo)戴維森準(zhǔn)則確定的樁基豎向極限承載力值約為按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值的85%。

(2)按照印度標(biāo)準(zhǔn)確定的樁基豎向極限承載力值約為按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值的105%～110%。

(3)不同規(guī)范取值方法不同，同等樁型同等地質(zhì)條件下，按照美標(biāo)取值結(jié)果與中標(biāo)取值結(jié)果相比安全儲備值較高，較為保守，不經(jīng)濟；按照印標(biāo)取值結(jié)果與中標(biāo)取值結(jié)果相比安全儲備值較低，較為激進，安全性降低。

同等地質(zhì)條件下單樁豎向極限承載力取值建議以不超過按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值為宜，以期達到安全、適用、經(jīng)濟的效果。

4 單樁水平靜載試驗

4.1 單樁水平靜載試驗結(jié)果分析

(1)按照美國標(biāo)準(zhǔn)的方法確定

美國ASTM D 3966-07標(biāo)準(zhǔn)僅給出了水平載荷試驗的程序和做法，對于試驗結(jié)果的判定和使用沒有統(tǒng)一的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，完全依賴于巖土工程師。本次水平承載力的判定采用《Pile Foundations in Engineering Practice》[5]第9.3.3小節(jié)和9.3.4小節(jié)的規(guī)定，一般廣泛采用的估算極限水平荷載的方法是取下面兩種判定方法的最小值：

1)極限荷載(破壞荷載)可取水平位移或變形為0.25英寸(6.25mm)時所對應(yīng)的荷載。

2)取荷載-位移曲線上切線交點處的荷載為極限荷載(破壞荷載)。

單樁水平承載力取值結(jié)果如表5所示。

表5 單樁水平承載力取值(美標(biāo))Tab.5 The value of horizontal bearing capacity of single pile (American standard)

(2)按照中國標(biāo)準(zhǔn)的方法確定

采用中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106)第6章節(jié)的規(guī)定，水平承載力取值原則：

1)取H～t～Y0曲線產(chǎn)生明顯陡降的起始點對應(yīng)的水平荷載值為單樁水平極限承載力；

2)取H～ΔY0/ΔH曲線第一拐點對應(yīng)的水平荷載值為水平臨界荷載，第二拐點對應(yīng)的水平荷載值為水平極限承載力；

3)取樁身折斷或鋼筋屈服時的前一級水平荷載值為水平極限承載力。

單樁水平承載力取值結(jié)果如表6所示。

表6 單樁水平承載力取值(中標(biāo))Tab.6 The value of horizontal bearing capacity of single pile (Chinese standard)

(3)按照印度標(biāo)準(zhǔn)的方法確定

根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)IS 2911(Part 4):2013 Cl.8.4規(guī)定，水平容許承載力取一下兩種判定方法的最小值：

1)荷載-位移曲線上5mm所對應(yīng)的荷載；

2)荷載-位移曲線上12mm所對應(yīng)荷載的1/2。

單樁水平承載力取值結(jié)果如表7所示。

表7 單樁水平承載力取值(印標(biāo))Tab.7 The value of horizontal bearing capacity of single pile (Indian standard)

4.2 不同規(guī)范取值的對比分析

不同規(guī)范單樁水平承載力取值如表8所示。

表8 不同規(guī)范單樁水平承載力取值Tab.8 The value of horizontal bearing capacity of single pile with different standards

根據(jù)表8數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果表明：

(1)同等樁型同等地質(zhì)條件下，單樁水平極限承載力按照美標(biāo)與中標(biāo)取值結(jié)果較為接近，判定結(jié)果一致；

(2)同等樁型同等地質(zhì)條件下，單樁水平承載力允許值按照印標(biāo)取值結(jié)果約為按照中標(biāo)取值結(jié)果的107%；

(3)同等樁型同等地質(zhì)條件下，水平極限承載力取值建議以不超過按照中標(biāo)、美標(biāo)確定的極限承載力為宜。

5 結(jié)論

通過對孟加拉國某電廠試樁工程靜載試驗的實測數(shù)據(jù)分別采用美標(biāo)、中標(biāo)、印標(biāo)進行判定并對比分析，結(jié)果表明：

(1)按照美標(biāo)戴維森準(zhǔn)則確定的樁基豎向極限承載力值約為按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值的85%；

(2)按照印度標(biāo)準(zhǔn)確定的樁基豎向極限承載力值約為按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值的105%～110%；

(3)同等地質(zhì)條件下單樁豎向極限承載力取值建議以不超過按照中國標(biāo)準(zhǔn)確定的極限承載力值為宜，以期達到安全、適用、經(jīng)濟的效果；

(4)按照美標(biāo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與中標(biāo)對單樁水平極限承載力的判定結(jié)果一致；按照印標(biāo)判定的單樁水平承載力允許值約為按照中標(biāo)判定的單樁水平承載力允許值的107.2%～107.5%，建議同等地質(zhì)條件下單樁水平極限承載力取值以不超過按照中標(biāo)、美標(biāo)確定的極限承載力為宜。