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岩土研究院

单桩水平静载试验适用范围

374 2022-06-22 10:26:42

桩的水平承载力静载试验除了桩顶自由的单桩试验外,还有带承台桩的水平静载试验(考虑承台的底面阻力和侧面抗力,以便充分反映桩基在水平力作用下的实际工作状况)、桩顶不能自由转动的不同约束条件及桩顶施加垂直荷载等试验方法,也有循环荷载的加载方法。这一切都可根据设计的特殊要求给予满足,并参考本方法进行。


桩的抗弯能力取决于桩和土的力学性能、桩的自由长度、抗弯刚度、桩宽、桩顶约束等因素。试验条件应尽可能和实际工作条件接近,将各种影响降低到最小的程度,使试验成果能尽量反映工程桩的实际情况。通常情况下,试验条件很难做到和工程桩的情况完全一致。此时应通过试验桩测得桩周土的地基反力特性,即地基土的水平抗力系数。它反映了桩在不同深度处桩侧土抗力和水平位移之间的关系,可视为土的固有特性。根据实际工程桩的情况(如不同桩顶约柬、不同自由长度),用它确定土抗力大小,进而计算单桩的水平承载力和弯矩。因此,通过试验求得地基土的水平抗力系数具有更实际、更普遍的意义。


设备仪器及其安装

水平力作用点位置高于基桩承台底标高,试验时在相对承台底面处产生附加弯矩,影响测试结果,也不利于将试验成果根据实际桩顶的约束予以修正。球形支座的作用是在试验过程中,保持作用力的方向始终水平和通过桩轴线,不随桩的倾斜或扭转而改变。


为保证各测试断面的应力最大值及相应弯矩的测量精度,试桩设置时应严格控制测点的纵剖面与力作用方向之间的偏差。对承受水平荷载的桩而言,桩的破坏是由于桩身弯矩引起的结构破坏。因此对中长桩而言,浅层土的性质起了重要作用,在这段范围内的弯矩变化也最大。为找出最大弯矩及其位置,应加密测试断面。


现场检测


单向多循环加载法,主要是为了模拟实际结构的受力形式。由于结构物承受的实际荷载异常复杂,所以当需考虑长期水平荷载作用影响时,宜采用第4章规定的慢速维持荷载法。由于单向多循环荷载的施加会给内力测试带来不稳定因素,为方便测试,建议采用第 4章规定的慢速或快速维持荷载法;此外水平试验桩通常以结构破坏为主,为缩短试验时间,也可采用更短时间的快速维持荷载法。例如《港口工程桩基规范》(桩的水平承载力设计)JTJ 254--98 规定每级荷载维持20min。


对抗弯性能较差的长桩或中长桩而言,承受水平荷载桩的破坏特征是弯曲破坏,即桩身发生折断,此时试验自然终止。本条对终止加荷的水平位移限制要求是根据《建筑桩基技术规范》提出的;在工程桩水平承载力验收检测中,终止加荷条件可按设计要求或规范规定的水平位移允许值控制。


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试验得到的地基土水平抗力系数的比例系数 m 不是一个常量,而是随地面水平位移及荷载而变化的曲线。

对于混凝土长桩或中长桩,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,最大弯矩断面下移,最后形成桩身结构的破坏。所测水平临界荷载 H为桩身产生开裂前所对应的水平荷载。因为只有混凝土桩才会产生开裂,故只有混凝土桩才有临界荷载。


单桩水平极限承载力是对应于桩身折断或桩身钢筋应力达到屈服时的前一级水平荷载。


单桩水平承载力特征值除与桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值有关外,还与桩顶边界条件(嵌固情况和桩顶竖向荷载大小)有关。由于建筑工程的基桩桩顶嵌入承台长度通常较短,其与承台连接的实际约束条件介于固接与饺接之间,这种连接相对于桩顶完全自由时可减少桩顶位移,相对于桩顶完全固接时可降低桩顶约束弯矩并重新分配桩身弯矩。如果桩顶完全固接,水平承载力按位移控制时,是桩顶自由时的2.60倍;对较低配筋率的灌注桩按桩身强度(开裂)控制时,由于桩顶弯矩的增加,水平临界承载力是桩顶自由时的0.83倍。如果考虑桩顶竖向荷载作用,混凝土桩的水平承载力将会产生变化,桩顶荷载是压力,其水平承载力增加,反之减小。


桩顶自由的单桩水平试验得到的承载力和弯矩仅代表试桩条件的情况,要得到符合实际工程桩嵌固条件的受力特性,需将试桩结果转化,而求得地基土水平抗力系数是实现这一转化的关键。考虑到水平荷载-位移关系的非线性且 m 值随荷载或位移增加而减小,有必要给出 H-m和Yo-m 曲线并按以下考虑确定 m 值∶


1 可按设计给出的实际荷载或桩顶位移确定m值。2设计未做具体规定的,可取6.4.6条或6.4.7条确定的水平承载力特征值对应的 m 值∶对低配筋率灌注桩,水平承载力多由桩身强度控制,则应按试验得到的 H-m 曲线取水平临界荷载所对应的 m值;对于高配筋率混凝土桩或钢桩,水平承载力按允许位移控制时,可按设计要求的水平允许位移选取 m 值。


与竖向抗压、抗拔桩不同,混凝土桩在水平荷载作用下的破坏模式一般为弯曲破坏,极限承载力由桩身强度控制。所以,6.4.6条在确定单桩水平承载力特征值 H。时,未采用按试桩水平极限承载力除以安全系数的方法,而按照桩身强度、开裂或允许位移等控制因素来确定 H。。不过,也正是因为水平承载桩的承载能力极限状态主要受桩身强度制约,通过试验给出极限承载力和极限弯矩对强度控制设计是非常必要的。抗裂要求不仅涉及桩身强度,也涉及桩的耐久性。6.4.7条虽允许按设计要求的水平位移确定水平承载力,但根据《混凝土结构设计规范》GB 50010.只有裂缝控制等级为三级的构件,才允许出现裂缝,且桩所处的环境类别至少是二级以上(含二级),裂缝宽度限值为0.2mm。因此,当裂缝控制等级为一、二级时,按6.4.7条确定的水平承载力特征值就不应超过水平临界荷载。