摘要：单桩水平静载试验是目前确定建筑基桩水平水平承载力及桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值最准确的试验方法。本文以新建中卫至兰州铁路（宁夏段）ZLZQ-1标跨定武高速公路特大桥试验桩水平静载试验检测为依托，详细介绍了如何通过计算分析和水平静载试验两种方法相结合的方式准确的确定基桩的水平承载力，为此后类似工程的检测提供参考实例；同时通过对本工程水平静载试验实测数据计算与分析，得出随试验荷载及相应水平位移的递变桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值的变化轨迹，为本工程的设计及施工提供了验证数据，也为此后类似研究提供参考实例。
关键词：基桩 水平静载试验 承载力 m值
Application Research of Horizontal Static Load Test of Single Pile in Engineering
（Tiezheng Testing Technology Co.，Ltd.，Jinan 250000）
Abstract The horizontal static load test of single pile is the most accurate test method to determine the horizontal horizontal bearing capacity of the building pile and the proportional coefficient m of the horizontal resistance coefficient of the pile foundation soil.This paper relies on the horizontal static load test of the test pile of the ZDZQ-1 standard across the Dingwu Expressway in the Zhongwei-Lanzhou Railway（Ningxia Section）.The paper introduces in detail how to accurately determine the horizontal bearing capacity of the pile by the combination of computational analysis and horizontal static load test.For this purpose，a reference example is provided for the detection of similar projects.At the same time，through the calculation and analysis of the measured data of the horizontal static load test of the project.Obtaining the trajectory of the proportional coefficient m value of the horizontal resistance coefficient of the soil on the progressive pile side with the test load and the correspo nding horizontal displacement.Provided verification data for the design and construction of the project.Reference examples are also provided for similar studies after this.
Key words Foundation pile；Horizontal static load test；Bearing capacity；m value
0[] 引言
桩基础以其有效、经济等优点被广泛使用，常应用于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程[1]。桩的承载力是设计桩基础的关键所在，单桩水平承载力取决于桩的材料强度、截面强度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素[2]，本文利用单桩水平静载试验，确定单桩水平承载力及桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值。单桩水平承载力的确定方法大体上有计算分析和水平静载试验两种，其中以水平静载试验最能反映实际情况[3]。就目前大多数项目而言，在施工前由于缺乏资料，设计单位往往会依据相关规范、标准及其他参考资料结合工程实际情况只给出水平位移允许值等设计参数，无法给出准确的承载力设计参数作为参考。单桩水平静载试验加载方法有单向多循环加载法和慢速维持荷载法两种[4]，无论选用哪种方法都需要先确定单桩水平极限承载力预估值或最大试验荷载，然后再依据规范要求进行分级加载，采集各级荷载作用下的水平位移，所以单桩水平极限承载力预估值或最大试验荷载的确定对水平静载试验有着至关重要的作用，直接影响着试验结果的可靠性和准确性。在没有相应的承载力设计参数作为参考的情况下，只是依靠经验难以相对准确地预估水平极限承载力，预估值偏大或偏小都会对试验过程和结果产生很大的影响。
1 项目简介
1.1 工程概况
新建中卫至兰州铁路（宁夏段）跨定武高速特大桥位于中卫市沙坡头区常乐镇附近，为跨越崾岘子沟、迎大公路、西气东输管道、定武高速公路及军区拦洪坝而设。桥址位于黄河冲积平原及山前洪积平原区，大部分地形平坦宽阔，局部略有起伏。桥址范围内多耕地，引黄灌渠纵横交错。本桥全长9527.625m，中心里程DK34+813.263，墩台均采用钻孔灌注摩擦桩基础，桥台采用双线矩形空心桥台、标准跨桥墩采用双线圆端形墩。本桥采用（48+80+48）m连续梁跨越迎大路及其北侧的渠、路；采用（40+64+40）m连续梁跨越定武高速公路。
1.2 试验桩工程地质概况及设计参数
1.2.1 试验桩工程地质情况
根据设计及相关施工资料，试验桩场地桩长范围内主要地层分布情况如表1。
表1 主要地层分布表
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1.2.2 试验桩设计参数
本工程桩基基础采用钻孔灌注桩，桩类型为摩擦桩，试验桩桩径均为1000mm，桩长为30.5m，锚桩桩径均为1000mm，桩长均为28m。桩身混凝土采用强度为C30。钢筋采用HRB400，主筋保护层厚度100mm，利用锚桩群作为反力支撑，通过单桩水平静载试验确定单桩水平承载力及桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值，最大水平位移不超过40mm，竖向极限荷载≤8000kN，试验桩锚桩位置分布如图1。
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图1 试验桩锚桩位置示意图
2 计算分析法
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[5]，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值：
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表2 试验桩工程数量表（一根桩）
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将表5相关参数代入公式（2）计算得出桩的水平变形系数α（1/m）的取值范围为0.391-0.463；将α估算值及表5相关参数代入公式（1）计算得到单桩水平承载力特征值Rha（kN）估算值范围为270kN-320kN，试验桩预估单桩水平极限承载力取600kN。
3 水平静载试验
3.1 水平静载试验装置
3.1.1 加载装置
水平推力加载装置采用油压千斤顶加载，水平推力的反力根据现场条件选用由相邻两根锚桩提供（如图2），荷载测量采用并联于千斤顶油路的压力传感器测定油压，并根据千斤顶率定曲线换算荷载，传感器的测量误差不应大于1%，油泵最大加压值为60MPa，压力表精度应优于或等于0.4级。
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图2 水平静载试验示意图
3.1.2 水平位移测量装置
水平位移采用位移传感器量测，量程50mm（可调），在水平力作用平面的受检桩两侧通过磁性表座对称安装2个位移传感器固定在基准梁上，位移测量的基准点设置不应受试验和其他因素的影响，基准点设置在与作用力方向垂直且与位移方向相反的受检桩侧面，基准点与受检桩净距不应小于1倍桩径。
3.2 水平静载试验方法
（1）水平静载试验加载方法有单向多循环加载法和慢速维持荷载法两种，宜根据试验桩实际受力特性选用，当对试验桩桩身横截面弯曲应变进行测量时宜选用慢速维持荷载法。
（2）本项目水平试验试验选用单向多循环加载法，根据上述计算分析法得到的单桩水平承载力特征值估算值范围，试验桩预估单桩水平极限承载力取600kN，分级荷载取预估单桩水平极限承载力的1/10，每级荷载施加后，恒载4min后可测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸循环，如此循环5次，完成一级荷载的位移观测，试验中不得停顿。
（3）终止加载条件
当出现下列情况之一时，即可终止加载：
①桩身折断；
②水平位移超过30～40mm（软土中的桩或大直径桩时可取40mm）；
③水平位移达到设计要求的水平位移允许值。
3.3 数据分析与结果判定
（1）按照下列方法综合确定单桩水平临界荷载（Hcr）：
①取单向多循环加载法时的H-t-Y0曲线或慢速维持荷载法时的H- Y0曲线出现拐点的前一级水平荷载值；
②取H-ΔY0/ΔH曲线或lgH-lgY0曲线上第一拐点对应的水平荷载值；
③取H-σs曲线第一拐点对应的水平荷载值。
（2）按照下列方法确定单桩水平极限承载力（Hu）：
①取单向多循环加载的H-t-Y0曲线产生明显陡降的前一级，或慢速维持荷载法时的H- Y0曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值对应的水平荷载值；
②取慢速维持荷载法时的Y0-lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值；
③取H-ΔY0/ΔH曲线或lgH-lgY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值；
④取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。
（3）按照下列方法确定单桩水平承载力特征值（Rha）：
①当桩身不允许开裂或灌注桩的桩身配筋率小于0.65%时，可取水平临界荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值；
②对钢筋混凝土预制桩、钢桩和桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩，可取设计桩顶标高处水平位移所对应荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值；水平位移可按下列规定取值：
a.对水平位移敏感的建筑物取6mm；
b.对水平位移不敏感的建筑物取10mm。
③取设计要求的水平位移对应的荷载作为单桩水平承载力特征值，且应满足桩身抗裂要求。
（4）推算桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值：
当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时，m值可以按下公式确定：
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m¬：桩侧地基土水平抗力系数的比例系数（kN/m4）；
vy¬：桩顶水平位移系数，参照表4取值，本项目vy=2.441；
H¬：作用于地面的水平力（kN）；
Y0¬：水平力作用点的水平位移（mm）；
EI¬：桩身抗弯刚度（kN•m2），参照表6取值；
b0—桩身计算宽度（m），参照表6取值。
4 静载试验测试数据及结果分析
4.1 水平静载试验承载力测试结果分析
本项目现场检测的2根（桩号：S1、S2）混凝土灌注桩，在检测过程中试验桩S1加载至第11级（660kN）时水平位移超过40mm，满足规范及设计规定的终止加载条件，终止加载；试验桩S2加载至第12级（720kN）时水平位移超过40mm，满足规范及设计规定的终止加载条件，终止加载。具体试验数据及分析结果参见表6、图3、图4、图5、图6及表7。
表6 测试数据表
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图10 S2 Y0-m值曲线图
5 结束语
1、对缺少水平承载力设计参数的试验桩，根据桩顶地基土类别、桩顶约束情况、试验桩配筋情况及桩的换算埋深等勘察、设计和施工资料，查阅相关规范、标准，确定相关参数，通过计算分析法可以相对准确的确定单桩水平承载力特征值的预估值，进而确定单桩水平极限承载力预估值。
2、通过计算分析和水平静载试验两种方法相结合的方式可以准确的确定试验桩的单桩水平承载力特征值（Rha）、水平临界荷载（Hcr）及单桩水平极限承载力（Hu）。
3、试验桩在水平荷载作用下其变形分为3个阶段，第一阶段为直线变形阶段，桩土处于弹性状态，对应的荷载即为临界荷载 Hcr；第二阶段为弹塑性变形阶段，当水平荷载超过临界荷载 Hcr后，在相同的增量荷载条件下，桩的水平位移增量比前一级明显增大，对应于该点阶段终点的荷载为极限荷载；第三阶段为破坏阶段。
4、桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值除了与桩顶地基土类别、混凝土强度等级、配筋率、桩的换算埋深、截面特征等参数有关外，与施加于桩顶的水平力和该水平力作用下桩顶的水平位移也存在着一定的非线性关系。这种关系在现行规范中没有相关考究，目前工程项目中，一般将水平静载试验后单桩水平承载力特征值、水平临界荷载或单桩水平极限承载力对应的m值反馈给设计单位作为参考，但这种关系对于设计和施工必定存在着一定的考究价值，需要不同的桩型及大量的试验考究验证。
参考文献：
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论文作者:聂传芹
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
标签：水平论文; 荷载论文; 承载力论文; 位移论文; 系数论文; 特征值论文; 加载论文; 《基层建设》2019年第29期论文;