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岩土研究院

单桩竖向抗压静载试验适用范围

377 2022-06-22 10:08:45

适 用 范 围

单桩抗压静载试验是公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的传统方法。本规范主要是针对我国建筑工程中惯用的维持荷载法进行了技术规定。根据桩的使用环境、荷载条件及大量工程检测实践,在国内其他行业或国外,尚有循环荷载、等变形速率及终级荷载长时间维持等方法。


桩身内力测试按附录 A规定的方法执行。


本条明确规定为设计提供依据的静载试验应加载至破坏,即试验应进行到能判定单桩极限承载力为止。对于以桩身强度控制承载力的端承型桩、当设计另有规定时,应从其规定。


在对工程桩抽样验收检测时,规定了加载量不应小于单桩承载力特征值的2.0倍,以保证足够的安全储备。实际检测中,有时出现这样的情况;3根工程桩静载试验,分十级加载,其中一根桩第十级破坏,另两根桩满足设计要求,按第3.5.3条,单位工程的单桩竖向抗压承载力特征值不满足设计要求。此时若有一根满足设计要求的桩的最大加载量取为单桩承载力特征值的2.2倍,且试验证实竖向抗压承载力不低于单桩承载力特征值的 2.2倍,则单位工程的单桩竖向抗压承载力特征值满足设计要求。显然,若抽检的3 根桩有代表性,就可避免不必要的工程处理。


设备仪器及其安装

为防止加载偏心,千斤顶的合力中心应与反力装置的重心、桩轴线重合,并保证合力方向垂直。

加载反力装置的形式在《建筑桩基技术规范》基础上增加了地锚反力装置,对单桩极限承载力较小的摩擦桩可用土锚作反力;对岩面浅的嵌岩桩,可利用岩锚提供反力。


用荷重传感器(直接方式)和油压表(间接方式)两种荷载测量方式的区别在于∶前者采用荷重传感器测力,不需考虑千斤顶活塞摩擦对出力的影响;后者需通过率定换算千斤顶出力。同型号千斤顶在保养正常状态下,相同油压时的出力相对误差约为1%~2%,非正常时可高达5%。采用传感器测量荷重或油压,容易实现加卸荷与稳压自动化控制,且测量精度较高。采用压力表测定油压时,为保证测量精度,其精度等级应优于或等于0.4级,不得使用1.5级压力表控制加载。当油路工作压力较高时,有时出现油管爆裂、接头漏油、油泵加压不足造成千斤顶出力受限、压力表线性度变差等情况,所以应选用耐压高、工作压力大和量程大的油管、油泵和压力表。


对于机械式大量程(50mm)百分表,《大量程百分表》JG379规定的1级标准为∶全程示值误差和回程误差分别不超过40gm和8pm,相当于满量程测量误差不大于0.1%FS。沉降测定平面应在千斤顶底座承压板以下的桩身位置,即不得在承压板上或千斤顶上设置沉降观测点,避免因承压板变形导致沉降观测数据失实。基准桩应打入地面以下足够的深度,一般不小于1m。基准梁应一端固定,另一端简支,这是为减少温度变化引起的基准梁挠曲变形。在满足表4.2.5的规定条件下,基准梁不宜过长,并应采取有效遮挡措施,以减少温度变化和刮风下雨的影响,尤其在昼夜温差较大且白天有阳光照射时更应注意。


在试桩加卸载过程中,荷载将通过锚桩(地锚)、压重平台支墩传至试桩、基准桩周围地基土并使之变形、随着试桩、基准桩和锚桩(或压重平台支墩)三者间相互距离缩小,地基土变形对试桩、基准桩的附加应力和变位影响加剧。


1985年,国际十力学与基础工程协会(ISSMFE)根据世界各国对有关静载试验的规定,提出了静载试验的建议方法并指出;试桩中心到锚桩(或压重平台支墩边)和到基准桩各自间的距离应分别"不小于2.5m 或 3D",这和我国现行规范规定的"大于等于4D且不小于2.0m"相比更容易满足(小直径桩按 3D控制,大直径桩按2.5m控制)。高重建筑物下的大直径桩试验荷载大、桩间净距小(最小中心距为3D)、往往受设备能力制约,采用锚桩法检测时,三者间的距离有时很难满足"大小等于4D"的要求,加长基准梁又难避免气候环境影响。考虑到现场验收试验中的困难,且加载过程中,锚桩上拔对基准桩、试桩的影响小于压重平台对它们的影响,故本规范中对部分间距的规定放宽为"不小于3D"。


关于压重平台支墩边与基准桩和试桩之间的最小间距问题,应区别两种情况对待。在场地土较硬时,堆载引起的支墩及其周边地面沉降和试验加载引起的地面回弹均很小。如多1200灌注桩采用10×10m²平台堆载11550kN,土层自上而下为凝灰岩残积土、强风化和中风化凝灰岩,堆载和试验加载过程中,距支墩边1m、2m处观测到的地面沉降及回弹量几乎为零。但在软土场地,大吨位堆载由于支墩影响范围大而应引起足够的重视。以某一场地 φ500管桩用7×7m²平台堆载 4000kN 为例∶在距支墩边0.95m、1.95m、2.55m 和3.5m设四个观测点,平台堆载至 4000kN 时观测点下沉量分别为 13.4mm、6.7mm、3.0mm 和 0.1mm;试验 加 载 至4000kN时观测点回弹量分别为 2.1mm、0.8mm、0.5mm 和0.4mm。但也有报导管桩堆载 6000kN,支墩产生明显下沉,试验加载至 6000kN 时,距支墩边2.9m 处的观测点回弹近8mm。


这里出现两个问题∶

其一,当支墩边距试桩较近时,大吨位堆载地面下沉将对桩产生负摩阻力,特别对摩擦型桩将明显影响其承载力;

其二,桩加载(地面卸载)时地基土回弹对基准桩产生影响。 支墩对试桩、基准桩的影响程度与荷载水平及土质条件等有关。对于软土场地超过10000kN的特大吨位堆载(目前国内压重平台法堆载已超过30000kN),为减少对试桩产生附加影响,应考虑对支墩下 2~3倍宽影响范围内的地基进行加固;对大吨位堆载支墩出现明显下沉的情况,尚需进一步积累资料和研究可靠的沉降测量方法,简易的办法是在远离支墩处用水准仪或张紧的钢丝观测基准桩的竖向位移。


现 场 检 测

本条是为使试桩具有代表性而提出的。

为便于沉降测量仪表安装,试桩顶部宜高出试坑地面;为使试验桩受力条件与设计条件相同,试坑地面宜与承台底标高一致。对于工程桩验收检测,当桩身荷载水平较低时,允许采用水泥砂浆将桩顶抹平的简单桩头处理方法。4.3.3 本条主要是考虑在实际工程桩检测中,因锚桩质量问题而导致试桩失败或中途停顿的情况时有发生,为此建议在试桩前对灌注桩及有接头的混凝土预制桩进行完整性检测,大致确定其能否作锚桩使用。


本条是按我国的传统做法、对维持荷载法进行的原则性规定。

慢速维持荷载法是我国公认,且已沿用多年的标准试验方法,也是其他工程桩竖向抗压承载力验收检测方法的唯一比较标准。


4.3.6~4.3.7 按4.3.6条第2款,慢速维持荷载法每级荷载持载时间最少为2h。对绝大多数桩基而言,为保证上部结构正常使用、控制桩基绝对沉降是第一位重要的,这是地基基础按变形控制设计的基本原则。在工程桩验收检测中,国内某些行业或地方标准允许采用快速维持荷载法。国外许多国家的维持荷载法相当于我国的快速维持荷载法,最少持载时间为 1h,但规定了较为宽松的沉降相对稳定标准,与我国快速法的差别就在于此。1985年 ISSMFE 根据世界各国的静载试验有关规定,在推荐的试验方法中,建议"维持荷载法加载为每小时一级,稳定标准为0.1mm/20min"。当桩端嵌入基岩时,个别国家还允许缩短时间;也有些国家为测定桩的蠕变沉降速率建议采用终级荷载长时间维持法。


快速维持荷载法在国内从 20世纪 70年代就开始应用,我国港口工程规范从1983年(JTJ2202-83)、上海地基设计规范从1989年 (DBJ-08-11-89)起就将这一方法列人,与慢速法一起并列为静载试验方法。快速法由于每级荷载维持时间为1h,各级荷载下的桩顶沉降相对慢速法确实要小一些。表2列出了上海市 23 根摩擦桩慢速维持荷载法试验实测桩顶稳定时的沉降量和 1h时沉降量的对比结果。从中可见,在1/2极限荷载点,快速法1h时的桩顶沉降量与慢速法相差很小(0.5mm以内),平均相差0.2mm;在极限荷载点相差要大些,为0.6~6.1mm,平均2.9mm。相对而言,"慢速法”的加荷速率比建筑物建造过程中的施工加载速率要快得多,慢速法试桩得到的使用荷载对应的桩顶沉降与建筑物桩基在长期荷载作用下的实际沉降相比,要小几倍到十几倍。所以,规范中的快慢速试桩沉降差异是可以忽略的。


关于快慢速法极限承载力比较,根据上海市统计的71 根试验桩资料(桩端在粘性土中47根,在砂土中24根),这些对比是在同一根桩或桩土条件相同的相邻桩上进行的,得出的结果见表3。


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