本文拆分至“第二册 第9章静载荷试验 9.4水平载荷试验”
水平载荷试验用于测试承受明显水平荷载的桩。评价桩对水平荷载反应的重要性越来越高，尤其在极端极限状态下，如地震和船舶撞击等。噪声墙和大型架空标志的使用越来越多，也是水平载荷测试增加的原因之一。大多数水平载荷试验是在单桩上进行的，桩头自由。在实际应用中，由于大多数桩都以群桩形式施工，且桩头固定，因此在单桩自由桩头上进行的水平载荷试验结果可能不能直接用于设计。因此，水平载荷试验的主要目的是获得p-y曲线，模拟土体工作状况，并用于设计，或验证设计使用的p-y曲线是否合理。水平载荷试验的成本通常经济合理，因为水平载荷试验可以通过两桩之间的互相顶起或牵引来进行。对于设计阶段的试验，两根桩的桩型或桩段可以不同，因此可以通过一个水平荷载试验来评估两个桩型的水平变形。
水平载荷试验用于测试承受明显水平荷载的桩。评价桩对水平荷载反应的重要性越来越高，尤其在极端极限状态下，如地震和船舶撞击等。噪声墙和大型架空标志的使用越来越多，也是水平载荷测试增加的原因之一。大多数水平载荷试验是在单桩上进行的，桩头自由。在实际应用中，由于大多数桩都以群桩形式施工，且桩头固定，因此在单桩自由桩头上进行的水平载荷试验结果可能不能直接用于设计。因此，水平载荷试验的主要目的是获得p-y曲线，模拟土体工作状况，并用于设计，或验证设计使用的p-y曲线是否合理。水平载荷试验的成本通常经济合理，因为水平载荷试验可以通过两桩之间的互相顶起或牵引来进行。对于设计阶段的试验，两根桩的桩型或桩段可以不同，因此可以通过一个水平荷载试验来评估两个桩型的水平变形。
水平载荷试验设备
ASTM D3966-07(2013年修编)描述了在水平载荷下测试深基础的标准方法。在该规范中提供了几种向桩施加水平载荷和测量位移的可选方案。最常见的方法是通过千斤顶将水平荷载施加在反力系统(例如桩、木桩或堆重平台)上，或通过两桩互相提供反力。当使用两根桩互相提供反力时，最好使用拉力将两根桩拉向彼此，因为这样的加载系统会包含一个二力构件，从而自然实现作用力的线性施加。然而对于这种布置，ASTM要求测试桩之间的距离不小于20英尺或20倍桩直径。主要用校准后的测力传感器测量施加在桩上的荷载，另外用校准过的油压表记录的千斤顶荷载数据作为备份数据。ASTM D3966要求除非荷载是通过牵引的方式施加的，否则在荷载施加装置中要加入圆形承压板。
桩头位移通常用桩头与独立设置的参考梁之间的位移来表示，参考梁的安装方向垂直于桩头移动方向，测试设备通常为千分表或者线性差压位移计。对于水平载荷试验，ASTM要求千分表或线性差压位移计量程至少为3英寸并且精度至少为0.01英寸。在测试单个桩时，在测试桩施加荷载点相对一侧安装千分表或线性差压位移计。另外设置一套由标尺、反射镜和导线组成的备用系统，标尺刻度精度应为0.01英寸。备用系统安装在测试桩的顶部中心或沿着载荷施加方向安装在支架上。
强烈建议在水平载荷试验期间，测试桩身沿深度发生的倾斜。可以通过在测试桩上或测试桩中合理安装测斜仪测管，测管安装至确定不会发生水平位移的深度即可。并且在施加或移除持续30分钟以上的荷载增量后立即记录测斜仪读数。或者，将阵列式测距仪(SAA)嵌入或安装到测试桩。Kyfor等人(1992)指出，水平载荷测试仅测量桩头水平偏移并不合理。关于载荷施加以及桩头载荷和位移的更多细节可以在ASTM D3966和FHWA-SA-91-042(Kyfor等人，1992)中找到。
水平载荷试验典型布置照片如图1所示。图中混凝土灌注管桩直径分别为14英寸和16英寸，两根桩之间施加的是推力。千斤顶位于右侧桩，荷重传感器和圆形承重板位于左侧桩。图2和3给出了这些装置的特写。两根桩还配备有一系列的测斜仪，用于在每级载荷增量下迅速读出桩身倾斜值。多组测斜仪组件的照片如图4所示。
图1 水平载荷试验测试14英寸和16英寸外径的混凝土填充管桩(WKG2提供)
图2 水平载荷试验千斤顶
图3 水平载荷试验测试圆形承重板和荷重传感器(由WKG2提供)
图4 水平载荷测试的多组测斜仪组件(由WKG2提供)
作为测试水平位移的可选方法，阵列式测距仪 (SAA)可以嵌入桩身内部，也可以沿桩长安装(Rollins等人2009)。这些三轴加速度传感器通常安装在直径为1英寸的PVC套管中，可回收和重复使用，并且可以输出静和动荷载位移(Measureand 2015)。目前生产的SAA都是12英寸一节的，因此与传统的测斜仪相比其对变形的评估会更加详细。图5为典型的SAA。
图5 典型的阵列式测距仪(SAA)(由Measurand提供)
在无法测量桩头沿深度的水平位移值的情况下，在水平荷载测试中可以测量桩头扭转。通过测量在荷载作用点上两个不同高度安装倾斜计或测斜仪，并测量其水平位移，由此可以获得桩头偏转数据。测量的桩头偏转数据可用于评估p-y模型。
水平载荷试验方法在ASTM D3966中详述了几种荷载试验加载程序。标准的加载程序要求总测试荷载为所设计的水平荷载的200%。施加可变荷载增量时，荷载增量的大小随施加的荷载而减小。荷载施加的持续时间也是可变的，从测试早期的10分钟到施加最大荷载时的60分钟。在完成最大试验载荷后，分4级卸载，每级荷载为最大载荷的50%，每级载荷减量间隔为10分钟。卸载进度如表1所示。表1 标准加载计划(根据ASTM D3966)载荷变化前后应立即记录载荷和总位移的读数，另外在载荷增量每间隔5分钟记录一次读数。在卸载载荷时，应在卸载15分钟和30分钟时读取读数。
水平载荷试验方法
在ASTM D3966中详述了几种荷载试验加载程序。标准的加载程序要求总测试荷载为所设计的水平荷载的200%。施加可变荷载增量时，荷载增量的大小随施加的荷载而减小。荷载施加的持续时间也是可变的，从测试早期的10分钟到施加最大荷载时的60分钟。在完成最大试验载荷后，分4级卸载，每级荷载为最大载荷的50%，每级载荷减量间隔为10分钟。卸载进度如表1所示。
表1 标准加载计划(根据ASTM D3966)
载荷变化前后应立即记录载荷和总位移的读数，另外在载荷增量每间隔5分钟记录一次读数。在卸载载荷时，应在卸载15分钟和30分钟时读取读数。
水平载荷试验结果
水平载荷试验结果应按ASTM D3966的要求以报告的形式展示。水平载荷试验结果的分析解读要比抗压和抗拔载荷试验复杂得多。图6给出了典型的水平荷载试验桩头载荷—位移曲线。如果在水平荷载试验时也测量了水平位移深度的值，那么还应该提供类似于图7所示的水平位移—深度曲线。还应该绘制水平位移-深度曲线，并将其与来自计算机软件设计分析的结果p-y曲线进行比对，如图8所示。比较测量结果和预测结果可以确定设计(设计阶段试验)可用的p-y曲线或p-y曲线有效性(施工阶段试验)。
参见FHWA IP 84 11，里斯(1984)水平载荷桩和钻杆设计手册，以及Kyfor等人的FHWA-SA-91-042，有关深层地基的静载荷试验(1992)，了解更多关于水平载荷试验结果分析和解释方法。
图6 典型水平荷载试验，桩头载荷—位移曲线
图7 水平载荷试验水平位移沿深度变化曲线
图8 COM624P预测位移—深度曲线与实测曲线对比(Kyfor等人，1992年)