基桩水平静载试验优化指南

单桩水平静载试验适用于检测桩顶自由时的单桩水平承载力,推定桩侧地基土水平抗力系数。 桩侧地基土水平抗力系数是桩土交界面下不同深度处桩侧土水平抗力与水平位移的比值,一般认为是土体的固有特性。 有了桩侧地基土水平抗力系数,就可以根据实际工程桩的工作条件来确定桩侧土抗力,进而计算桩的水平承载力和弯矩。

1)试验仪器

基桩水平静载试验检测仪器设备包括加载装置、反力装置、水平荷载测量装置、水平位移测量装置等。

①加载装置:水平推力加载装置宜采用卧式千斤顶。 采用千斤顶施加水平荷载时,千斤顶和被检桩接触处应安置一球形铰座,应使千斤顶所施加的水平荷载通过桩身轴线,千斤顶和被检桩接触处应适当补强。

②反力装置:可采用相邻桩,也可专门设置,其承载能力及其刚度应大于被检桩的1.3倍。 采用顶推法施加荷载时,反力桩与被检桩之间的净距不应小于5 倍桩径(或边长);采用牵引法施加荷载时,反力桩与被检桩之间的净距不应小于10 倍桩径(或边长),且不应小于6 m。

③水平荷载测量装置:水平荷载测量装置及其技术要求同13.3.1 节中荷载测量装置。

④水平位移测量装置:水平位移测量装置选用及安装同13.3.1 节中变形测量装置,且水平位移测量的基准桩应不受试验和其他因素的影响,其与被检桩和反力桩的净距不宜小于5倍桩径(或边长);当基准点设置在与加荷轴线垂直方向或被检桩位移相反方向时,间距可适当减小,但不应小于2 m。

⑤当测量桩身应变(应力)时,传感器的安装应符合下列要求:

a.当利用单桩水平静载试验测量相应水平荷载作用下桩身应变(应力)并推算桩身弯矩时,各测试断面的测量传感器应沿受力方向对称布置在远离中性轴的受拉和受压主筋或桩身表面。 安装传感器的纵剖面与受力方向之间的夹角应小于10°。

b.基桩承台底面高程下15 倍桩径(或边长)范围内应加密测试断面,断面间距不应超过1 倍桩直径(或边长)。 对于桩径大于或等于800 mm 的桩,宜适当加密。 超过此深度,测试断面间距可适当加大。

2)试验步骤

水平静载试验可采用单向多循环加、卸载法或慢速维持荷载法,但需要测量桩身应变(应力)时,一般采用慢速维持荷载法进行试验。

①荷载分级宜取预估被检桩水平极限承载力或要求最大试验荷载的1/12 ~1/10 作为加载级差。

②采用单向多循环加、卸载法时,每级荷载施加后,维持荷载4 min 后测读水平位移并卸载至零,停2 min 后测读残余水平位移,至此完成一个加、卸载循环,如此循环5 次,完成一级荷载的试验观测,试验不得中间停歇。

③采用慢速维持荷载法时,进行分级加、卸载,试验方法及稳定标准应同13.3.1 节中基桩竖向静载试验的加、卸载方法。

3)终止条件

出现下列条件之一时,可终止加载:

①桩身折断。

②水平位移超过30 ~40 mm(软土取40 mm)。

③达到设计要求的最大加载量或水平位移允许值。

4)数据整理和分析

(1)检测数据的整理

采用单向多循环加、卸载法时,应绘制水平力-时间-力作用点位移H0-t-Y0 曲线、水平力-力作用点位移梯度H0-ΔY0/ΔH0 曲线(图13.6)。(www.xing528.com)

图13.6　采用单向多循环加、卸载法水平静载试验

采用慢速维持荷载法时,应绘制水平力-力作用点位移H0-Y0 曲线、水平力-力作用点位移梯度H0-ΔY0/ΔH0 曲线、力作用点位移-时间对数Y0-lgt 曲线和水平力-力作用点位移双对数lgH0-lgY0 曲线。

埋设有桩身应力(应变)传感器时,应绘制各级水平力作用下的桩身弯矩分布图及水平力-最大弯矩截面钢筋拉应力H0-δ0 曲线,并列表给出相应数据。

单桩水平静载试验记录如表13.28 所示。

表13.28　单桩水平静载试验记录表

(2)单桩水平极限承载力检测值确定

采用单向多循环加、卸载法时,根据H0-t-Y0 曲线产生明显陡降的前一级水平荷载值和H0-ΔY0/ΔH0 曲线上第二直线段的终点对应的水平荷载值综合确定。

采用慢速维持荷载法时,根据H0-Y0 曲线产生明显陡降的起始点对应的水平荷载值、Y0-lgt 曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值、H0-ΔY0/ΔH0 曲线和lgH0-lgY0 曲线上第二拐点对应的水平荷载值综合确定。

使用传感器时,取桩身折断或钢筋屈服时的前一级水平荷载值。

(3)单桩水平临界荷载的确定

水平临界荷载为混凝土桩桩身出现裂缝前所对应的荷载,对混凝土中长桩或长桩而言,随着水平荷载的增加,桩侧土体的塑性区自上而下逐渐开展扩大,伴随着桩身所受最大弯矩逐渐增大的同时,最大弯矩所处的断面位置也会逐渐下移,当弯矩增大到一定值时,桩身混凝土出现开裂并最终导致桩身结构破坏。

采用单向多循环加、卸载法时,根据H0-t-Y0 曲线出现拐点的前一级水平荷载值和H0-ΔY0/ΔH0 曲线上第一拐点对应的水平荷载值。

采用慢速维持荷载法时,根据H0-Y0 曲线上出现拐点的前一级水平荷载值、H0-ΔY0/ΔH0 曲线和lgH0-lgY0 曲线上第一拐点对应的水平荷载值。

使用传感器时,取H0-δ0 曲线上第一拐点对应的水平荷载值。

(4)单桩水平承载力容许值

设计要求的水平位移允许值对应的水平荷载统计值为单桩水平承载力容许值。 单位工程同一条件下单桩水平承载力容许值的取值方法应符合下列规定:

①按桩身强度确定水平承载力时,取水平临界荷载统计值和单桩水平极限承载力统计值的1/2 的小值为单桩水平承载力容许值。

②桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时,取水平临界荷载统计值的75%和单桩水平极限承载力统计值的1/2 的小值为单桩水平承载力容许值。

③按设计要求的水平位移允许值确定水平承载力时,取设计要求的水平位移允许值对应的水平荷载统计值为单桩水平承载力容许值。

5)报告

检测报告应包括下列内容:设计相关要求;工程地质概况;被检桩的桩位图、桩型、混凝土强度等级、截面尺寸、桩长、桩号、桩位、桩顶高程;检测目的,检测依据,检测数量,成(沉)桩日期,检测日期,检测方法,检测仪器设备;被检桩的检测数据,实测与计算分析曲线和汇总结果;被检桩与对应地质钻孔柱状图的相对位置,并应注明水平荷载施加位置;被检桩的截面尺寸及配筋情况;试验装置示意图;加、卸载方法,荷载分级表;单桩水平承载力确定的依据;由钢筋应力或应变测试并推算桩身弯矩时,应有传感器类型、安装位置、内力计算等。