基桩垂直静载试验详解

垂直静载试验是在试桩顶上分级施加静荷载直到土对试桩的阻力破坏时为止,从而求得桩的容许承载力与下沉量。 垂直静载试验主要包括竖向抗压静载试验和竖向抗拔静载试验,其中竖向抗压静载试验适用于确定单桩竖向抗压承载力,竖向抗拔静载试验适用于确定单桩竖向抗拔承载力,是检测基桩竖向抗压承载力和基桩竖向抗拔承载力的直观、可靠的传统方法。

1)试验仪器

基桩垂直静载试验检测仪器设备包括加载装置、反力装置、荷载测量装置、变形测量装置等。

(1)加载装置

试验宜采用油压千斤顶加载。 采用两台及以上千斤顶加载时,应并联同步工作,且采用的千斤顶型号、规格相同,其千斤顶的合力中心与反力装置的中心、被检桩的横截面的形心重合,并保证合力方向垂直。

(2)反力装置

反力装置是加载系统中最主要的组成部分,对它应事先做好周密的设计。

抗压试验反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置。 反力装置应满足下列规定:

①加载反力装置的承载能力不应小于最大加载量的1.3 倍;

②应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算;

③应对锚桩抗拔力以及抗力(含地基土、抗拔钢筋、桩的接头等)进行验算;

④采用工程桩做锚桩时,锚桩数量不宜少于4 根,并应监测锚桩上拔量;

⑤在压重平台反力装置中,应确保消除压重平台对试验的影响,压重宜在检测前一次加足,并均匀稳固地放置于平台上;

⑥压重施加于地基的压应力不应大于地基承载力容许值的1.5 倍,有条件时宜利用工程桩作为堆载支点。

抗拔试验宜采用反力桩(或工程桩)提供反力,也可根据现场情况采用天然地基提供反力。 反力装置所能提供的承载能力应不小于最大抗拔加载量的1.3 倍,并应符合下列规定:

①采用反力桩(或工程桩)提供反力时,反力桩顶面应平整并具有足够的强度;

②采用天然地基提供反力时,施加于地基的压应力不应超过地基承载力容许值的1.5 倍。

(3)荷载测量装置

荷载测量可用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定;或采用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压,根据千斤顶与配套的压力表率定曲线换算荷载。 荷重传感器的测量误差不应大于1%,压力表精度应优于或等于0.4 级。 试验用压力表、油泵、油管在加载时的压力不应超过额定工作压力的80%,且不应小于额定工作压力的20%。

(4)变形测量装置

变形测量装置宜采用位移传感器或大量程百分表,测量误差不应大于0.1%FS,分辨力应大于或等于0.01 mm。 检测设备及量测仪表应有遮挡设施,严禁日光直射基准梁;被检桩区域应不受冲击、振动等影响;基准桩应打入地面以下一定深度,确保在试验过程中不变形。

2)准备工作

①被检桩、锚桩(锚杆、压重平台支墩边)和基准桩之间的中心距离应符合表13.26 规定。

表13.26　被检桩、锚桩(锚杆、压重平台支墩边)和基准桩之间的中心距离

注:①D 为被检桩、锚桩的设计直径或边宽,取较大者。
②如被检桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时,被检桩与锚桩的中心距离不应小于2 倍扩大端直径。
③括号内数值可用于工程桩抽样检测时多排桩设计桩中心距离小于4D 的情况。

②被检桩的桩型、地质条件、截面尺寸、桩长、成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。

③陆上试桩时,桩顶部宜高出试坑底面,试坑底面宜与桩承台底高程一致。 混凝土桩头加固宜符合有关规定。 水上试桩时,应搭设牢固试验平台,平台高程应考虑水位及风浪的影响,被检桩桩顶部应高出试验平台高程。

④对混凝土灌注桩、有接头的预制桩,宜在拔桩试验前采用低应变反射波法或超声波法检测受检桩的桩身完整性。 为设计提供依据的抗拔灌注桩,施工时应进行成孔质量检测,桩身中、下部位出现明显扩径的桩,不宜作为抗拔试验桩;对有接头的预制桩,应复核接头强度。

3)试验步骤

竖向抗压和竖向抗拔静载试验都采用慢速维持荷载法;加载应分级进行,采用逐级等量加载;卸载应分级进行,采用逐级等量卸载;每级卸载量取加载时分级荷载的2 倍。 加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。

①每级荷载施加后按第5、15、30、45、60 min 测读桩顶沉降量,以后每隔30 min 测读一次。

②沉降相对稳定标准:每1 h 内的桩顶沉降量不超过0.1 mm,并连续出现两次(从分级荷载施加后的第30 min 开始,按1.5 h 连续3 次每30 min 的沉降观测值计算)。

③当桩顶沉降达到相对稳定标准时,再施加下一级荷载。

④卸载时,每级荷载应维持1 h,分别按第15、30、60 min 量测桩顶的回弹量,即可卸下一级荷载。 卸载至零后,维持时间不得少于3 h。 桩端为砂类土时,应在开始30 min 内每15 min测读一次;桩端为黏质土时,应在开始60 min 内每15 min 测读一次,以后每隔30 min 测读一次桩顶残余沉降量。(www.xing528.com)

4)加载终止条件

对于基桩竖向抗压试验,当出现下列情况之一时,可终止加载:

①被检桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级荷载沉降量的5 倍,且桩顶总沉降量大于40 mm。

②被检桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级的2 倍且经24 h 尚未稳定,同时桩顶总沉降量大于40 mm。

③荷载-沉降曲线呈缓变型时,可加载至桩顶总沉降量60 ~80 mm;当桩长超过40 m 或被检桩为钢桩时,宜考虑桩身压缩变形,可加载至桩顶总沉降量超过80 mm。

④工程桩验收时,荷载已达到承载力容许值的2.0 倍或设计要求的最大加载量且沉降达到稳定。

⑤桩身出现明显破坏现象。

⑥当工程桩作锚桩时,锚桩上拔量已达到允许值。

对于基桩竖向抗拔试验,当出现下列情况之一时,可终止加载:

①在某级荷载作用下,桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下上拔量的5 倍。

②按桩顶上拔量控制时,累计桩顶上拔量超过100 mm。

③按钢筋抗拉强度控制时,桩顶上拔荷载达到受拉钢筋抗拉强度设计值。

④对验收抽样检测的工程桩,达到设计要求的最大上拔荷载或最大上拔位移。

5)数据整理与分析

(1)基桩竖向抗压试验

①检测数据的整理:

a.确定单桩竖向抗压承载力时,应绘制竖向荷载-沉降(Q-s)、沉降-时间对数(s-lgt)曲线,需要时也可绘制其他辅助分析所需曲线。

b.当进行桩身应变(应力)、变形和桩底反力测定时,应整理出有关数据的记录表,并绘制桩身轴力分布图,计算不同土层的分层侧摩阻力和端阻力值(表13.27)。

表13.27　单桩竖向静载试验检测记录表

②基桩竖向抗压极限承载力的确定:

a.根据沉降随荷载变化的特征确定:对于陡降型Q-s 曲线,取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。

b.根据沉降随时间变化的特征确定:取s-lgt 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

c.出现第2 种终止情况时,取前一级荷载值。

d.出现第4 种终止情况时,取本级荷载值。

e.对于缓变型Q-s 曲线可根据沉降量确定,宜取s =40 mm 对应的荷载;对于钢管桩和桩长大于40 m 的混凝土桩,宜考虑桩身弹性压缩量;对直径大于或等于800 mm 的灌注桩或闭口桩,可取s=0.05D 对应的荷载值(D 为桩端全断面直径)。

当Q-s 曲线的形态出现异常时,应根据桩身完整性检测结果和静载试验结果并结合地质条件,对被检桩的桩身质量和承载力进行综合分析评价。 当证实桩身存在缺陷时,应在检测报告中明确指出。

(2)基桩竖向抗拔试验

①检测数据整理:应绘制上拔荷载-桩顶上拔量(U-δ)关系曲线和桩顶上拔量-时间对数(δ-lgt)关系曲线,必要时可绘制其他辅助分析曲线。

②基桩竖向抗拔极限承载力的确定:

a.根据上拔量随荷载变化的特征确定:对陡升型U-δ 曲线,取陡升起始点对应的荷载值。

b.根据上拔量随时间变化的特征确定:取δ-lgt 曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显向上弯曲的前一级荷载值。

c.当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时,取其前一级荷载值。

d.对抽样检测的工程桩在最大加载量下,未出现以上3 种情况,且桩顶上拔量达到相对稳定标准时,可取最大加载量。