第三章静荷载检测、第四章复合地基静荷载试验及试卷

第三章静荷载检测、第四章复合地基静荷载试验及试卷 第三章 静载荷检测 第一节 概述 《建筑基桩检测技术》JGJ106-2003对“静载试验static loading test”的定义是:在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验。 基桩静载试验的目的主要有:为工程提供承载力的设计依据，为基桩工程的施工质量进行检验和评定提供依据，为基桩施工选择最佳工艺参数，或为本地区采用的新桩型与提出承载力的设计依据。 基桩静载试验是在原位条件下，向真型基础和缩尺模型基础逐级施加荷载，并同时观测基础沉降规律的一种原位测试方法，是目前进行承载力和变形特性评价的最可靠的方法，也是其它方法(如基桩高应变法)与之进行比对的标准。 为了掌握基桩检测技术，基桩检测工程技术人员有必要充分了解当前基桩设计原理、基桩的工作机理、施工工艺、存在的质量问题，十分熟悉现场检测技术和影响检测结果的关键检测环节，深刻理解和掌握检测数据的处理技术和综合判定的方法。只有这样，才能胜任基桩检测的全过程检测工作，为工程建设提供准确、可靠、合理的检验成果。 几个基本概念: 地基subgrade foundation soils:为支承基础的土体或岩体。 基础foundation:将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 桩基础pile foundation:由设置于岩土中的桩和联接于桩顶端的承台组成的基础。 基桩 foundation pile:桩基础中的单桩。 第二节 基本规定 桩是埋入土中的柱形杆件，其作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层上。总体上可考虑按竖向受荷与水平受荷两种工况来分析桩的承载性状。 一、竖向受压荷载作用下的单桩工作机理 单桩竖向抗压极限承载力是指桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载，由以下二个因素决定:一是桩本身的强度，即桩在轴向受压、偏心受压或在桩身压曲的情况下，结构强度的破坏;二是地基土强度，即地基土对桩的极限支承能力。通常情况下，第二个因素是决定单桩极限抗压承载力的主要因素，也是我们主要讨论的问题。 在竖向受压荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承担，且侧阻和端阻的发挥是不同步的，即桩侧阻力先发挥，先达极限，端阻后发挥，后达极限;二者的发挥过程反应了桩土体系荷载的传递过程:在初始受荷阶段，桩顶位移小，荷载由桩上侧表面的土阻力承担，以剪应力形式传递给桩周土体，桩身应力和应变随深度递减;随着荷载的增大，桩顶位移加大，桩侧摩阻力由上至下逐步被发挥出来，在达到极限值后，继续增加的荷载则全部由桩端土阻力承担。随着桩端持力层的压缩和塑性挤出， 桩顶位移增长速度加大，在桩端阻力达到极限值后，位移迅速增大而破坏，此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。由此可以 看出，桩的承载力大小主要由桩侧土和桩端土的物理力学性质决定，而桩的几何特征如长径比，侧表面积大小，桩的成桩效应也会影响承载力的发挥。 桩土体系的荷载传递特性为桩基设计提供了依据，设计部门可根据土层的分布与特性，合理选择桩径、桩长、施工工艺和持力层，这对有效发挥桩的承载能力、节省工程造价具有十分重要的作用。 1、侧阻影响分析 从桩的承载机理来看，桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必要条件，但不同类型的土，发挥其最大摩阻力所需位移是不一样的，如粘性土为5,10mm，砂类土为10,20mm等等。大量实验结果表明，发挥侧阻所需相对位移并非定值，桩径大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。 成桩效应也会影响到侧摩阻力，因为不同的施工工艺都会改变桩周土体内应力应变场的原始分布，如挤土桩对桩周土的挤密和重塑作用，非挤土桩因孔壁侧向应力解除出现的应力松弛等等;这些都会不同程度的提高或降低侧摩阻力的大小，而这种改变又与土的性质、类别，特别是土的灵敏度、密实度和饱和度密切相关。一般来说，饱和土中的成桩效应大于非饱和土的，群桩的大于单桩的。 桩材和桩的几何外形也是影响侧阻力大小的因素之一。同样的土，桩土界面的外摩擦角δ会因桩材表面的粗糙程度不同而差别较大，如预制桩 和钢桩，侧表面光滑，δ一般为1/3φ,1/2φ(φ为土的内摩擦角)，而对不带套管的钻孔灌注桩、木桩，侧表面非常粗糙，δ可取2/3φ,φ。由于桩的总侧阻力与桩的表面积成正比，因此采用较大比表面积(桩的表面积与桩身体积之比)的桩身几何外形可提高桩的承载力。 随桩入土深度的增加，作用在桩身的水平有效应力成比例增大。按照土力学理论，桩的侧摩阻力也应逐渐增大;但实验表明，在均质土中，当桩的入土超过一定深度后，桩侧摩阻力不再随深度的增加而变大，而是趋于定值，该深度被称为侧摩阻力的临界深度。 对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，要考虑时间效应对土阻力的影响。桩在施工过程中对土的扰动会产生超孔隙水压力，它会使桩侧向有效应力降低，导致在桩形成的初期侧摩阻力偏小;随时间的增长，超孔隙水压力逐渐沿径向消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻力得到提高。 2、端阻影响分析 同侧摩阻力一样，桩端阻力的发挥也需要一定的位移量。一般的工程桩在桩容许沉降范围里就可发挥桩的极限侧摩阻力，但桩端土需更大的位移才能发挥其全部土阻力，所以说二者的安全度是不一样的。 持力层的选择对提高承载力、减少沉降量至关重要，即便是摩擦桩，持力层的好坏对桩的后期沉降也有较大的影响;同时要考虑成桩效应对持力层的影响，如非挤土桩成桩时对桩端土的扰动，使桩端土应力释放，加之桩端也常常存在虚土或沉渣，导致桩端阻力降低;挤土桩成桩过程中，桩端土受到挤密而变得密实，导致端阻力提高;但也不是所有类型的土均有明显挤密效果，如密实砂土和饱和粘性土，桩端阻力的成桩效应就不明 显。 桩端进入持力层的深度也是桩基设计时主要考虑的问题，一般认为，桩端进入持力层越深，端阻力越大;但大量实验表明，超过一定深度后，端阻力基本恒定。 关于端阻的尺寸效应问题，一般认为随桩尺寸的增大，桩端阻力的极限值变小。 端阻力的破坏模式分为三种，即整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲入剪切破坏，主要由 (2) 桩端与桩身为同类型的一般土层，端阻力不大，Q,s曲线呈陡降型，桩端呈刺入(冲剪)破坏，如软弱土层中的摩擦桩(超长桩除外);或者端承桩在极限荷载下出现桩身材料强度的破坏或桩身压曲破坏，Q,s曲线也呈陡降型，如嵌入坚硬基岩的短粗端承桩;这种情况破坏特征点明显，极限荷载明确，如图2-1(b)所示。 (3) 桩端有虚土或沉渣，初始强度低，压缩性高，当桩顶荷载达一定值后，桩底部土被压密，强度提高，导致Q,s曲线呈台阶状;或者桩身有裂缝(如接头开裂的打入式预制桩和有水平裂缝的灌注桩)，在试验荷载作用下闭合，Q,s曲线也呈台阶状，如图2-1(c)所示;这种情况一般也按沉降量确定极限荷载(同第(1)款中的规定)。 对于缓变型的Q,s曲线，极限荷载也可辅以其它曲线进行判定，如取s,lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限荷载，取lgs,lgQ第二直线交会点荷载为极限荷载，取Δs,Q曲线的第二拐点为极限荷载等等。 二、竖向拉拔荷载作用下的单桩工作机理 现有的抗拔计算一般可分为理论计算公式与经验公式。理论计算公式是先假定不同的桩基破坏模式，然后以土的抗剪强度及侧压力系数等参数来进行承载力计算，由于抗拔剪 切破坏面的不同假定，以及设置桩的方法对桩周土强度指标的影响的复杂性和不确定性，使用起来比较困难。经验公式则以试桩实测资料为基础，建立起桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力之间的关系和抗拔破坏模式。总的来说，桩基础上拔承载力的计算还是一个没有从理论上很好解决的问题，在这种情况下，现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就显得尤为重要。 单桩竖向抗拔静载荷试验就是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法，确定单桩的竖向抗拔极限承载能力，是最直观、可靠的方法。国内外桩的抗拔试验常用的方法是慢速维持荷载法。 当埋设有桩身应力、应变测量传感器时，或桩端埋设有位移测量杆时，可直接测量桩侧抗拔摩阻力分布，或桩端上拔量。具体做法可参照竖向抗压静载试验有关内容进行。 单桩竖向抗拔静载试验一般按设计要求确定最大加载量，为设计提供依据的试验桩应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度。 为设计提供依据的试验桩，为了防止因试验桩自身质量问题而影响抗拔试验成果，在拔桩试验前，宜采用低应变法对混凝土灌注桩、有接头的预制桩检查桩身质量，查明桩身有无明显扩径现象或出现扩大头，接头是否正常，对抗拔试验的钻孔灌注桩可在浇注混凝土前进行成孔检测。发现桩身中、下部位有明显缺陷或扩径的桩不宜作为抗拔试验桩，因为其桩的 抗拔承载力缺乏代表性，特别是扩大头桩及桩身中下部有明显扩径的桩，其抗拔极限承载力远远高于长度和桩径相同的非扩径桩，且相同荷载下的上拔量也有明显差别。对有接头的PHC、PTC和PC管桩应进行接头抗拉强度验算，确保试验顺利进行;对电焊接头的管桩除验算其主筋强度外，还要考虑主筋墩头的折减系数以及管节端板偏心受拉时的强度及稳定性。墩头折减系数可按有关规范取0.92，而端板强度的验算则比较复杂，可按经验取一个较为安全的系数。 1、破坏模式、极限状态 在上拔荷载作用下，桩身首先将荷载以摩阻力的形式传递到周围土中，其规律与承受竖向下压荷载时一样，只不过方向相反。初始阶段，上拔阻力主要由浅部土层提供，桩身的拉应力主要分布在桩的上部，随着桩身上拔位移量的增加，桩身应力逐渐向下扩展，桩的中、下部的上拔土阻力逐渐发挥。当桩端位移量超过某一数值(通常为6,10mm)时，就可以认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限，其后抗拔阻力就会下降。此时，如果继续增加上拔荷载，就会产生破坏。 承受竖向拉拔荷载作用的单桩其承载机理同竖向受压桩有所不同。首先抗拔桩常见的破坏形式是桩—土界面间的剪切破坏，桩被拔出或者是复合剪切面破坏，即桩的下部沿桩—土界面破坏，而上部靠近地面附近出现锥形剪切破坏，且锥形土体会同下面土体脱离与桩身一起上移。当桩身材料抗拉强度不足(或配筋不足)时，也可能出现桩身被拉断现象。其次是当桩在承受竖向拉拔荷载时，桩—土界面的法向应力比受压条件下的法向应力数值小，这就导致了土的抗剪强度和侧摩阻力降低(如桩材的泊松效 应影响)，而对复合剪切破坏可能产生的锥形剪切体，因其土体内的水平应力降低，也会使桩上部的侧摩阻力有所折减。 承受上拔荷载单桩的破坏形态可归纳为图3-2所示的几种形态。 图3-2 竖向抗拔荷载作用下单桩的破坏形态 关于桩侧抗拔土阻力峰值与桩顶上拔位移量的关系，大致有两种观点:第一种观点认为桩侧最大抗拔土阻力与桩径D有关。Resse 1970年的试验表明:坚硬粘土中钻孔桩的受压侧阻力在桩顶相对位移(0.005,0.02)D时达最大值，并由此推出上拔位移量比下压位移要大些，可取为0.02D。另外一种观点则认为，桩侧最大抗拔土阻力与桩顶位移之间的关系比较固定，基本上与桩径无关。就目前对抗拔桩的研究水平来看，后一种观点比较符合实际。 桩的抗拔承载力由桩侧阻力和桩身重力组成，而对上拔时形成的桩端真空吸引力，因其所占比例小，可靠性低，对桩的长期抗拔承载力影响不大，一般不予考虑。桩周阻力的大小与竖向抗压桩一样，受桩土界面的几何特征、土层的物理力学特性等较多因素的影响;但不同的是，粘性土中的抗拔桩在长期荷载作用下，随上拔量的增大，会出现应变软化的现象，即抗拔荷载达到峰值后会下降，而最终趋于定值。因而在设计抗拔桩时，应充分考虑抗拔荷载的长期效应和短期效应的差别。如送电线路杆塔基础由风荷载产生的拉拔荷载只有短期效应，此时就可以不考虑长期荷载作用的影响，而对于承受巨大浮托力作用的船闸、船坞、地下油罐基础以及地下车库的抗拔桩基，因长时间承受拉拔荷载作用，因而必须考虑长期荷载的影响。 为提高抗拔桩的竖向抗拔力，可以考虑改变桩身截面形式，如可采用人工扩底或机械扩底等施工方法，在桩端形成扩大头，以发挥桩底部的扩头阻力等等。 另外，桩身材料强度(包括桩在承台中的嵌固强度)也是影响桩抗拔承载力的因素之一，在设计抗拔桩时，应对此项内容进行验算。 2、影响单桩竖向抗拔承载力的主要因素 影响单桩竖向抗拔承载力的因素很多，归纳起来有以下几个方面: (1)桩周围土体 桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖向抗拔承载力产生一定的影响。一般说来，在粘土中，桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近;在砂土中，桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计，砂土的抗剪强度越大，桩侧单位面积的极限抗拔侧阻力也就越大。 (2)桩自身因素 桩侧表面的粗糙程度越大，则桩的抗拔承载力就越大，且这种影响在砂土中比在粘土中更明显;此外，桩截面形状、桩长、桩的刚度和桩材的泊松比等都会对单桩竖向抗拔承载力产生不同程度的影响。曾有试验证明，粗糙侧表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的1.7倍。 (3)施工因素 在施工过程中，桩周土体的扰动、打入桩中的残余应力、桩身完整性、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。 (4)休止时间 从成桩到开始试验之间的休止时间长短对单桩竖向抗拔承载力影响是明显的;另外，桩 顶的加载方式、荷载维持时间、加载卸载过程等对单桩竖向抗拔承载力也有影响。 三、水平荷载作用下的单桩工作机理 单桩水平静载试验采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法，确定单桩水平临界荷载和极限荷载，推定土抗力参数，或对工程桩的水平承载力进行检验和评价。当桩身埋设有应变测量传感器时，可测量相应水平荷载作用下的桩身应力，并由此计算得出桩身弯矩分布情况，可为检验桩身强度、推求不同深度弹性地基系数提供依据。 桩顶实际工作条件包括桩顶自由状态、桩顶受不同约束而不能自由转动及桩顶受垂直荷载作用等等。JGJ106-2003中的试验桩为桩顶自由的单桩，但对带承台桩的水平静载试验及桩顶不同约束条件下的水平承载桩试验可参照执行。 桩所受的水平荷载部分由桩本身承担，大部分是通过桩传给桩侧土体，其工作性能主要体现在桩与土的相互作用上，即当桩产生水平变位时，促使桩周土也产生相应的变形，产生的土抗力会阻止桩变形的进一步发展。在桩受荷初期，由靠近地面的土提供土抗力，土的变形处在弹性阶段;随着荷载增大，桩变形量增加，表层土出现塑性屈服，土抗力逐渐由深部土层提供;随着变形量的进一步加大，土体塑性区自上而下逐渐开展扩大，最大弯矩断面下移，当桩本身的截面抗拒无法承担外部荷载产生的弯矩或桩侧土强度遭到破坏，使土失去稳定时，桩土体系便处于破坏状态。 按桩土相对刚度(即桩的刚性特征与土的刚性特征之间的相对关系)的不同，桩土体系的破坏机理及工作状态分为二类，一是刚性短桩，此类桩的桩径大，桩入土深度小，桩的抗弯刚度比地基土刚度大很多，在水平力作用下，桩身象刚体一样绕桩上某点转动或平移而破坏;此类桩的水平承载力由桩周土的强度控制;二是弹性长桩，此类桩的桩径小，桩入土深度大，桩的抗弯刚度与土刚度相比较具柔性，在水平力作用下，桩身发生挠曲变形，桩下段嵌固于土中不能转动;此类桩的水平承载力由桩身材料的抗弯强度和桩周土的抗力控制。 对于钢筋混凝土弹性长桩，因其抗拉强度低于轴心抗压强度，所以在水平荷载作用下，桩身的挠曲变形将导致桩身截面受拉侧开裂，然后渐趋破坏;当设计采用这种桩作为水平承载桩时，除考虑上部结构对位移限值的要求外，还应根据结构构件的裂缝控制等级，考虑桩身截面开裂的问题;但对抗弯性能好的钢筋混凝土预制桩和钢桩，因其可忍受较大的挠曲变形而不至于截面受拉开裂，设计时主要考虑上部结构水平位移允许值的问题。 影响桩水平承载力的因素很多，包括桩的截面刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度和桩顶约束条件等等;工程中通过静载试验直接获得水平承载力的方法因试验桩与工程桩边界条件的差别，结果很难完全反应工程桩实际工作情况;此时可通过静载试验测得桩周土的地基反力特性，即地基土水平抗力系数(它反映了桩在不同深度处桩侧土抗力和水平位移的关系，可视为土的固有特性)，为设计部门确定土抗力大小进而计算单桩水平承载力提供依据。 水平静载试验一般按设计要求的水平位移允许值控制加载，为设计提 供依据的试验桩宜加载至桩顶出现较大的水平位移或桩身结构破坏。 第三节仪器设备 静载试验由加载反力装置、荷载测量装置、变形测量装置三部分组成。 一、加载反力装置 加载反力装置由加载稳压设备和反力装置组成，其目的是保证提供足够的反力通过加载设备将荷载传到桩的预定部位。 1、加载设备 试验加载无论是竖向抗压、抗拔或水平推力均宜采用油压千斤顶加载。 当采用两台及两台以上千斤顶加载时应并联同步工作。为此，采用的千斤顶型号、规格应相同，同时须保证在进行竖向承载力试验时千斤顶的合力中心应与桩轴线重合，在进行水平承载力试验时作用力合力应水平通过桩身轴线。 2、反力装置 单桩竖向抗压静载试验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、地锚反力装置。 单桩竖向抗拔静载试验可采用反力桩(或工程桩)或天然地基提供支座反力。 单桩水平水平静载试验水平推力的反力可由相邻桩或专门设置的反力结构提供。 在单桩竖向静载试验中反力是通过钢梁提供给桩顶的。同一钢梁在不同工况下，其受力状态或是不同的，允许使用的最大试验荷载是不同的。如图3-3，压重平台反力装置的主梁和次梁是受均布荷载作用，而锚桩横 梁反力装置的主梁和次梁受集中荷载作用，集中荷载作用点与试验桩(主梁)、锚桩(次梁)的相对位置有关，而且集中荷载作用点的位置直接影响主梁和次梁所承受的弯矩荷载。 表3-1给出了钢梁的荷载与应力、挠度的关系。 钢梁的荷载与应力、挠度的关系 表3-1 (a)锚桩横梁反力装置主梁 (b)压重反力装置主梁 图3-3 静载试验钢梁受力示意图 由受力分析可知: 主梁的最大受力区域在梁的中部，因此，在实际加工制作主梁时，一般在主梁的中部(约占1/4至1/3主梁长度)进行加强处理。 二、荷载测量装置 静载试验均采用千斤顶与油泵相连的形式，由千斤顶施加荷载。荷载测量可采用以下两种形式，一是通过用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，二是通过并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。 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;用油压表(或压力传感器)间接测量荷载需对千斤顶出力进行率定，受千斤顶活塞摩擦的影响，不能简单地根据油压乘活塞面积计算荷载，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%。 目前市场上有两类千斤顶:一类是单油路千斤顶，只有一个油嘴，进油和回油(加载或卸载)都是通过这个油路，压力表连接在该油路上;另 一种是双油路千斤顶，有上下两个油嘴，进油路接在千斤顶的下油路，压力表也连接在该油路上，油泵通过该油路对桩进行加载，回油路接在千斤顶的上油路。不论采用哪一类千斤顶，油路的“单向阀”(又称止油阀)应安装在压力表和油泵之间，不能安装在千斤顶和压力表之间，否则压力表无法监控千斤顶的实际油压值。 近几年来，许多单位采用自动化静载试验设备进行试验，采用荷重传感器测量荷重或采用压力传感器测定油压，实现加卸荷与稳压自动化控制，不仅减轻检测人员的工作强度，而 且测试数据准确可靠。关于自动化静载试验设备的量值溯源，不仅应对压力传感器进行校准，而且还应对千斤顶进行校准，或者对压力传感器和千斤顶整个测力系统进行校准。 压力表一般由接头、弹簧管、传动机构等测量系统，指针和度盘等指示部分，表壳、罩圈、表玻璃等外壳部分组成。在被测介质的压力作用下，弹簧管的末端产生弹性位移，借助抽杆经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定于齿轮轴上的指针将被测压力值在度盘上指示出来。精密压力表使用环境温度为20??3?，空气相对湿度不大于80%，当环境温度太低或太高时应考虑温度修正。采用压力表测定油压时，为保证静载试验测量精度，压力表准确度等级应优于或等于0.4级(即压力表的示值误差不大于0.4%)，不得使用1.5级压力表作加载控制。目前市场上用于静载试验的油压表的量程主要有25MPa、40 MPa、60 MPa、100 MPa，应根据千斤顶的配置和最大试验荷载要求，合理选择油压表。最大试验荷载对应的油压不宜小于压力表量程的1/4，避免“大秤称轻物”;同时为了延长压力表的使 用寿命，最大试验荷载对应的油压不宜大于压力表量程的2/3。 采用荷重传感器和压力传感器同样存在量程和精度问题，一般要求传感器的测量误差不应大于1%。 千斤顶校准一般从其量程的20%或30%开始，根据5,8个点的校准结果给出率定曲线(或校准方程)。选择千斤顶时，最大试验荷载对应的千斤顶出力宜为千斤顶量程的30%,80%。当采用两台及两台以上千斤顶加载时，为了避免受检桩偏心受荷，千斤顶型号、规格应相同且应并联同步工作。 三、变形测量装置 变形测量置包括基准梁、基桩桩和百分表或位移传感器。其目的是准确测量桩在各级荷载下的变形特征。 1、基准梁 基准梁和基准桩问题是实际试验中看似简单但又容易忽视的问题，实际试验中，应避免一些违反规范要求的做法，如简单地将基准梁放置在地面上，或不打基准桩而架设在砂袋(或红砖)上;基准桩打的不够深、不稳;基准梁长度不符合规范要求;基准梁的刚度不够，产生较大的挠曲变形;未采取有效措施防止外界因素对基准梁的影响。宜采用工字钢作基准梁，高跨比不宜小于1/40，尤其是大吨位静载试验，试验影响范围较大，要求采用较长和刚度较大的基准梁，有时由于运输和型钢尺寸的限制，需要在现场将两根钢梁组合或焊接成一根基准梁，如果组合或焊接质量不好，会影响基准梁的稳定性，必要时可将两根基准梁连接或者焊接成网架结构，以提高其稳定性。另外，基准梁越长，越容易受外界因素的影响，有时这 种影响较难采取有效措施来预防。 基准梁的一端应固定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上，以减少温度变化引起的基准梁挠曲变形。在满足规范规定的条件下，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、振动及其他外界因素的影响，尤其在昼夜温差较大且白天有阳光照射时更应注意。一般情况下，温度对沉降的影响约为1,2mm。 2、基准桩 国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002要求试桩、锚桩(压重平台支墩边)和基准桩之间的中心距离大于4倍试桩和锚桩的设计直径且大于2.0m。1985年，国际土力 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”，小直径桩按3D控制，大直径桩按2.5m控制，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。高层建筑物下的大直径桩试验荷载大、桩间净距小(规定最小中心距为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“大于等于4D”的要求，加长基准梁又难避免产生显著的气候环境影响。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、试桩的影响一般小于压重平台对它们的影响，因此，规范JGJ106-2003对部分间距的规定放宽为“不小于3D”，具体见表3-2。 试桩、锚桩(或压重平台支墩边)和基准桩之间的中心距离 表3-2 注:1 D为试桩、锚桩或地锚的设计直径或边宽，取其较大者。 2 如试桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时，试桩与锚桩的中心距尚不应小于2倍扩大端直径。 3 括号内数值可用于工程桩验收检测时多排桩设计桩中心距离小于4D的情况。 4 软土场地压重平台堆载重量较大时，宜增加支墩边与基准桩中心和试桩中心之间的距离，并在试验过程中观测基准桩的竖向位移。 3、百分表和位移传感器 沉降测定平面宜在桩顶200mm以下位置，最好不小于0.5倍桩径，测点应牢固地固定于桩身，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。直径或边宽大于500mm的桩，应在其两个方向对称安置4个百分表或位移传感器，直径或边宽小于等于500mm的桩可对称安置2个百分表或位移传感器。 变形测量宜采用位移传感器或大量程百分表，对于机械式大量程(50mm)百分表，《大量程百分表》JJG379规定的1级标准为:全程示值误差和回程误差分别不超过40μm和8μm，相当于满量程测量误差不大于0.1%。因此《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003要求变形测量误差不大于0.1%FS，分辨力优于或等于0.01mm。常用的百分表量程有50mm、30mm、10mm，量程越大、周期检定合格率越低，但变形测量使用的百分表量程过小，可能造成频繁调表，影响测量精度。 第四节 现场检测技术方法 根据试验目的不同，基桩静载试验分为单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验 和单桩水平静载试验。 《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)提出的检测工作程序按图3-4进行。 检测工作程序框图 图3-4 一、单桩竖向抗压静载试验 1、试验依据及试验方法 《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003 《地基基础设计规范》GB50007-2002 试验方法有慢速维持荷载法、快速维持荷载法。 2、试验数量的确定 当设计有要求或满足下列条件之一时，施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值: 1 设计等级为甲级、乙级的桩基; 2 地质条件复杂、桩施工质量可靠性低; 3 本地区采用的新桩型或新工艺。 检测数量在同一条件下不应少于3根，且不宜少于总桩数的1%;当工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。 单桩承载力和桩身完整性验收抽样检测的受检桩选择宜符合下列规定: 1 施工质量有疑问的桩; 2 设计方认为重要的桩; 3 局部地质条件出现异常的桩; 4 施工工艺不同的桩; 5 承载力验收检测时适量选择完整性检测中判定的?类桩; 6 除上述规定外，同类型桩宜均匀随机分布。 3、检测的时机 由于成桩过程中，对地基土体产生了扰动使土体提供的阻力明显降低，不同土性的土体强度恢复所需要的时间不尽相同;对于现场浇筑的混凝土桩，尚需要桩身混凝土达到设计强度。 现行标准对休止期的规定 表3-3 2)现场检测安装控制要求 试桩桩顶平面保持平整，并具有足够的强度。对混凝土灌注桩应按JGJ106-2003附录 B“混凝土桩桩头处理”要求进行处理。 试验的沉降测量系统的安装距离(试桩、支墩边或锚桩、基桩桩)是否符合相应标准的要求，在有关标准中无具体要求的以JGJ106-2003为准，并对基准梁给予应有的保护。 试验荷载(堆载反力平台)，荷载应一次堆上，保持荷载的平衡，确保荷载重心穿过试桩中心，荷载总量不得少于预定最大加载的1.2倍(支墩的荷载在无相应连接措施情况下不应计入总荷载量)。 对于锚桩反力平台，应验算锚桩提供的有效反力(验算钢筋截面、焊接强度、试验装置的偏心及单桩抗拔承载力)大于最大加载的1.2倍。 加载测力装置中，千斤顶的出力中心应与桩中心重叠，与主梁的受力中心重叠，确保反力能高效传递到桩顶。 对于大吨位竖向抗压静载试验，当采用堆载反力平台时，现场尚须对 支墩部位的地基土强度进行验算，确定支墩面积，确保试验开始时地基受力在允许的范围内，同时应考虑大面积支墩和地基受高应力水平时，地基沉降对基准系统的影响，有相应的措施予以控制。 5、现场试验 1)慢速维持荷载法现场试验技术控制要求 现场试验装置安装完成后，现场试验时主要是预压、加载分级、测读时间、判稳标准、荷载的维持、终止加载条件。现场试验时应按试验依据的标准给予控制。 2)快速维持荷载法现场试验技术控制要求 JGJ106-2003第4.3.7条规定“施工后的工程桩验收检测宜采用慢速维持荷载法。当有成熟的地区经验时，也可采用快速维持荷载法”，因而快速维持荷载法是有使用条件限制的，即“有成熟的地区经验”，亦即若采用快速维持荷载法，就需提供成熟的地区经验作为支撑，反之提不出相应的成熟地区经验就不可采用快速维持荷载法。 快速维持荷载法现场测量: 每级荷载施加后按第5、15、30min测读桩顶沉降量，以后每隔15min测读一次; 试桩沉降相对稳定标准:加载时每级荷载维持时间不少于一小时，最后15min时间间隔的桩顶沉降增量小于相邻15min时间间隔的桩顶沉降增量; 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载; 卸载时，每级荷载维持15min，按第5、15min测读桩顶沉降量;卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为2h，测读时间为第5、10、 15、30min，以后每隔30min测读一次。 6、现场试验的记录要求 检测记录的原则要求在“实验室资质认定评审准则”中作出以下规定: 所有工作应当时予以记录。要求在现场检测过程中所做的各项工作均应实时记录; 对电子存储的记录也应采取有效措施，避免原始信息或数据的丢失或改动。要求采用电子仪器采集的数据在存储、修改方面要有相应的控制措施，以保证原始数据的安全、真实; 每次检测和/或校准的记录应包含足够的信息以保证其能够再现。要求记录的信息充分 到能够通过查阅记录复现原检测现场; 记录应包括参与抽样、样品准备、检测和/校准人员的标识。对检测过程和人员责任的要求。 总的来说，现场记录要及时、充分、完整，记录的存储要安全、可靠。 慢速维持荷载法现场试验技术控制要求比对表 表3-4 nn+1 针对单桩竖向抗压静载试验，记录的信息应至少反映以下内容: 1 )检测目的:确定单桩竖向抗压极限承载力，判定竖向抗压承载力是否满足设计要求，通过桩身内力及变形测试、测定桩侧、桩端阻力，验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。 2)检测依据的技术标准和方法:试验依据何种技术标准进行，采用什么方法(慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等速率加载法等)。 3)试验桩的特性和状态:试验桩型、尺寸、休止时间或养护时间，试验桩顶标高与设计要求是否一致等。 4)试验桩的处理情况:试验桩顶如何处理、锚桩如何处理及如何连接、用天然地基作为支墩支承面地基强度是否满足要求。 5)使用的仪器设备名称、技术指标、检定/校准状况。 6)现场测试系统的安装情况:包括反力装置、荷载测量装置、沉降测量装置，需有实际的现场信息来说明各系统的安装能够满足相应技术标准的要求。 7)现场试验中的观测数据(指仪器、仪表的示值)中间计算数据(如各级沉降量的计算，用以现场判稳)和异常情况说明(补载、地基受力后是否正常、使用锚桩反力平台时，锚桩受力后是否开裂、锚桩上拔量) 8)试验时的环境条件:天气条件、现场振动情况等。由于应变式或钢弦式测力计存在温度补偿问题。 二、单桩抗拔静载试验 1、试验依据的技术标准 《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003 试验方法有慢速维持荷载法，也可采用多循环加、卸载方法。 2、试验数量的确定 检测数量不应少于总桩数的1%，且不应少于3根。可参照第一节内容。 3、检测的时机 球铰 ?4D且>2.0m (a) (b) 图3-7 抗拔试验装置示意图 单桩竖向抗拔静载试验设备主要由主梁、次梁(适用时)、反力桩或反力支承墩等反力装置，千斤顶、油泵加载装置，压力表、压力传感器或荷重传感器等荷载测量装置，百分表或位移传感器等位移测量装置组成。 2)现场检测安装控制要求 ? 荷载测量 抗拔试验反力装置宜采用反力桩(或工程桩)提供支座反力，也可根据现场情况采用天然地基提供支座反力;反力架系统应具有不小于1.2倍的安全系数。 采用反力桩(或工程桩)提供支座反力时，反力桩顶面应平整并具有一定的强度，为保证反力梁的稳定性，应注意反力桩顶面直径(或边长)不宜小于反力梁的梁宽，否则，应加垫钢板以确保试验设备安装稳定性。 采用天然地基提供反力时，两边支座处的地基强度应相近，且两边支座与地面的接触面积宜相同，施加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的1.5倍，避免加载过程中两边沉降不均造成试桩偏心受拉，反力梁的支点重心应与支座中心重合。 加载装置采用油压千斤顶，千斤顶的安装有两种方式:一种是千斤顶放在试桩的上方、主梁的上面，因拔桩试验时千斤顶安放在反力架上面，比较适用于一个千斤顶的情况，特别是穿心张拉千斤顶，当采用二台以上千斤顶加载时，应采取一定的安全措施，防止千斤顶倾倒或其他意外事故发生。如对预应力管桩进行抗拔试验时，可采用穿心张拉千斤顶，将管桩的主筋直接穿过穿心张拉千斤顶的各个孔，然后锁定，进行试验，如图4-3a。 另一种是将两个千斤顶分别放在反力桩或支承墩的上面、主梁的下面，千斤顶顶主梁，如图4-3b，通过“抬”的形式对试桩施加上拔荷载。对于大直径、高承载力的桩，宜采用后一种形式。 ?荷载测量 静载试验均采用千斤顶与油泵相连的形式，由千斤顶施加荷载。荷载测量可采用以下两种形式，一是通过用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，二是通过并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。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、油管在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的80%。一般说来，桩的抗拔承载力远低于抗压承载力，在选择千斤顶和压力表时，应注意量程问题，特别是试验荷载较小的试验桩，采用“抬”的形式时，应选择相适应的小吨位千斤顶，避免“大秤称轻物”。对于大直径、高承载力的试桩，可采用两台或四台千斤顶对其加载。当采用两台及两台以上千斤顶加载时，为了避免受检桩偏心受荷，千斤顶型号、规格应相同且应并联同步工作。 ?上拔量测量 桩顶上拔量测量平面必须在桩顶或桩身位置，安装在桩顶时应尽可能远离主筋，严禁在混凝土桩的受拉钢筋上设置位移观测点，避免因钢筋变形导致上拔量观测数据失实。 试桩、反力支座和基准桩之间的中心距离的规定与单桩抗压静载试验相同。在采用天然地基提供支座反力时，拔桩试验加载相当于给支座处地面加载。支座附近的地面也因此会出现不同程度的沉降。荷载越大，这种 变形越明显。为防止支座处地基沉降对基准梁的影响， 一是应使基准桩与反力支座、试桩各自之间的间距按单桩竖向抗压试验要求执行，二是基准桩需打入试坑地面以下一定深度(一般不小于1m)。 5、现场试验 在拔桩试验前，对混凝土灌注桩及有接头的预制桩采用低应变法检查桩身质量，目的是防止因试验桩自身质量问题而影响抗拔试验成果。 对抗拔试验的钻孔灌注桩在浇注混凝土前进行成孔检测，目的是查明桩身有无明显扩径现象或出现扩大头，因这类桩的抗拔承载力缺乏代表性，特别是扩大头桩及桩身中下部有明显扩径的桩，其抗拔极限承载力远远高于长度和桩径相同的非扩径桩，且相同荷载下的土拔量也有明显差别。 对有接头的PHC、PTC 和PC 管桩应进行接头抗拉强度验算。对电焊接头的管桩除验算其主筋强度外，还要考虑主筋墩头的折减系数以及管节端板偏心受拉时的强度及稳定性。墩头折减系数可按有关规范取0.92，而端板强度的验算则比较复杂，可按经验取一个较为安全的系数。 单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。需要时，也可采用多循环加、卸载方法。慢速维持荷载法可按下面要求进行。 1)加卸载分级 加载应分级进行，采用逐级等量加载;分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。终止试验后开始卸载，卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。 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%。 2)桩顶上拔量的测量 加载时，每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。卸载时，每级荷载维持1h，按第5、15、30、60min测读桩顶沉降量;卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为第5、10、15、30min，以后每隔30min测读一次。 试验时应注意观察桩身混凝土开裂情况。 3)变形相对稳定标准 在每级荷载作用下，桩顶的沉降量在每小时内不超过0.1mm，并连续出现两次，可视为稳定(由1.5h内的沉降观测值计算)。当桩顶上拔速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4)终止加载条件 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的上拔量5倍。 (2) 按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。 (3) 按钢筋抗拉强度控制，钢筋应力达到钢筋强度标准值的0.9倍。 (4) 对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。 如果在较小荷载下出现某级荷载的桩顶上拔量大于前一级荷载下的5倍时，应综合分析原因。若是试验桩，必要时可继续加载，当桩身混凝土出现多条环向裂缝后，其桩顶位移会 出现小的突变，而此时并非达到桩侧土的极限抗拔力。 6、现场试验的记录要求 试验资料的收集与记录可参照竖向抗压静载试验的有关规定执行。 三、单桩水平静载试验 1、试验依据的技术标准 《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003 试验方法单向多循环加载法、慢速维持荷载法。 2、试验数量的确定 试验数量应根据设计要求及工程地质条件确定，不应小于总桩数的1%，且不少于3根。 3、检测的时机 可参照第一节内容。 相对承台底面处会产生附加弯矩，会影响测试结果，也不利于将试验成果根据桩顶的约束予 以修正。千斤顶与试桩接触处需安置一球形支座，使水平作用力方向始终水平和通过桩身轴线，不随桩的倾斜和扭转而改变，同时可以保证千斤顶对试桩的施力点位置在试验过程中保持不变。 试验时，为防止力作用点受局部挤压破坏，千斤顶与试桩的接触处宜适当补强。 反力装置应根据现场具体条件选用，最常见的方法是利用相邻桩提供反力，即两根试桩对顶，如图4-4所示;也可利用周围现有的结构物作为反力装置或专门设置反力结构，但其承载能力和作用方向上刚度应大于试验桩的1.2倍。 ?量测装置 桩的水平位移测量宜采用大量程位移计。在水平力作用平面的受检桩两侧应对称安装两个位移计，以测量地面处的桩水平位移;当需测量桩顶转角时，尚应在水平力作用平面以上50cm的受检桩两侧对称安装两个位移计，利用上下位移计差与位移计距离的比值可求得地 5、现场试验 单桩水平静载试验宜根据工程桩实际受力特性，选用单向多循环加载法或与单桩竖向抗压静载试验相同的慢速维持荷载法。单向多循环加载法主要是模拟实际结构的受力形式，但由于结构物承受的实际荷载异常复杂，很难达到预期目的。对于长期承受水平荷载作用的工程桩，加载方式宜采用慢速维持荷载法。对需测量桩身应力或应变的试验桩不宜采取单向多循环加载法，因为它会对桩身内力的测试带来不稳定因素，此时应采用慢速或快速维持荷载法。水平试验桩通常以结构破坏为主，为缩短试验时间，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)JTJ254-1998规定每级荷载维持20min。 1)加卸载方式和水平位移测量 单向多循环加载法的分级荷载应小于预估水平极限承载力或最大试验荷载的1/10，每级荷载施加后，恒载4min后可测读水平位移，然后卸载为零，停2min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，完成一级荷载的位移观测。试验不得中间停顿。 慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准应按“单桩竖向抗压静载试验”一章的相关规定进行。测量桩身应力或应变时，测试数据 的测读宜与水平位移测量同步。 2)终止加载条件 当出现下列情况之一时，可终止加载: ?身折断。对长桩和中长桩，水平承载力作用下的破坏特征是桩身弯曲破坏，即桩发生折断，此时试验自然终止。 ?水平位移超过30,40mm(软土取40mm)。 ?水平位移达到设计要求的水平位移允许值。本条主要针对水平承载力验收检测。 6、现场试验的记录要求 检测数据可按表3-5的格式记录。 单桩水平静载试验记录表 表3-5 第五节 数据的处理与资料整理 一、单桩竖向抗压静载试验 1、原始资料的整理 确定单桩竖向抗压承载力时，检测数据的整理首先应列出各级荷载下的沉降量总表，绘出荷载与沉降(Q—s)、沉降与时间对数(s—lgt)关系曲线，有时还应绘出lgQ—s等其它辅助曲线。同一工程的一批试桩曲线，应按相同的沉降纵坐标比例绘制，满刻度沉降值不宜小于40mm，使结果直观，便于比较。当进行桩身应力、应变和桩底反力测定时，应整理出有关数据的记录表，并按规范JGJ106-2003附录A绘制桩身轴力分布图、计算不同土层的分层侧阻力和端阻力值。 2、结果的判定 1)单桩竖向抗压极限承载力q c的确定 单桩竖向抗压极限承载力值是针对某试桩而言的，可按下列方法综合分析确定: (1)据沉降随荷载的变化特征确定:对于陡降型Q—s曲线，取其发生明显陡降的起始点(第二拐点)对应的荷载值。当Q-s曲线的第二拐点不够明显时，可将Q—s曲线转换为lgQ—s曲线，使第二拐点突显出来。 (2)根据沉降随时间的变化特征确定基桩竖向极限承载力:取s—lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。 (3)取符合加载终止条件?(某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2 倍，且经24h 尚未达到相对稳定标准)的前一级荷载，定为单桩竖向极限承载力。 (4)根据沉降量确定单桩竖向极限承载力:对于缓变型Q—s曲线，可取桩顶沉降量s=40mm所对应的荷载值。当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩量;对于直径大于和等于800mm的桩，可取s=0.05D(D为桩端直径)所对应的荷载值。 (5)按上述方法判断有困难时，《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)提出可结合其它辅助分析方法综合判定。对桩基沉降有特殊要求者，应根据具体情况选取。 (6)当按上述(1)~(4)条判定单桩竖向抗压承载力未达到极限时，单桩竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。 对于上述判定标准的几点说明: ?上海地区规范对于钢桩的单桩竖向抗压极限承载力作了如下规定:当桩长不超过40m时，可取s=100mm所对应的荷载为单桩竖向极限承载 力。当桩长超过40m时，取桩长每增加10m，沉降量相应增加10mm所对应的荷载值为单桩竖向极限承载力。 ?s—lgt曲线的形态，能比较灵敏地反映桩土体系的工作状态，即竖向荷载与桩顶沉降的演变特征。在第一拐点(比例界限或临塑荷载)前，s—lgt曲线为等间距的近似水平或微微倾斜的直线，反映了该阶段各级荷载的沉降速率较小，并很快趋于稳定，桩周土基本不出现塑性变形。第一拐点以后，s—lgt曲线仍为直线，但间距有所增大，斜率缓慢变大，表明桩周土塑性变形区逐渐开展。当竖向荷载大于第二拐点后，s—lgt曲线的斜率及间距急骤增大，甚至在尾部出现明显的向下弯曲，表明桩端以下土体已进入塑性破坏状态。对于支承摩 擦桩，s—lgt曲线尾部常常不出现明显向下弯曲的特征，此时，尚需考虑曲线间距的变化和一定量值的桩顶下沉条件，取s—lgt曲线间距明显增大，且桩顶沉降量达到20,30mm以上的前一级荷载为极限荷载。根据上海地区的统计，对于缓变形的灌注桩或预制桩，在极限荷载状态下对应的沉降值一般为30,50mm。 ?大量实践经验表明:当沉降量达到桩径的10%时，才可能出现极限荷载(太沙基和ISSMFE)。粘性土中端阻充分发挥所需的桩端位移为桩径的4,5%，而砂土中至少达到15%。故对缓变型Q,s曲线按s=0.05D确定直径大于等于800mm桩的极限承载力是安全可靠的。且因D?800mm时定义为大直径桩，当D=800mm时，0.05D等于40mm，正好与中、小直径桩的取值标准衔接。应该注意，世界各国按桩顶总沉降确定极限承载力的规定差别较大，这和各国安全系数的取值大小、特别是上部结构对桩基沉 降的要求有关。因此当按规范建议的桩顶沉降量确定极限承载力时，尚应考虑上部结构对桩基沉降的具体要求。 ?加载终止时已达到桩身材料的极限强度或桩顶出现明显破坏现象时，可取终止试验荷载的前一级荷载。 综上所述，应用确定单桩竖向极限承载力的(1),(6)条准则以及四条补充说明，来综合分析判断单桩竖向极限承载力值。要求试验分析人员具有桩基工程的理论基础和丰富的实践经验，既要充分发挥单桩的竖向极限承载力，还要考虑单桩竖向极限承载力还与桩身施工质量、桩的入土时间、桩的打入顺序、桩在群桩中的位置、被测桩的代表性等多种因素的关系。 2)单桩竖向抗压极限承载力特征值统计值的确定 (1) 参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。 (2) 当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。 (3) 对桩数为3 根或3 根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3 根时，应取低值。 需要强调的是统计样本的代表性，即能否反映单项工程的实际情况，故需要排除一些偶然或非正常因素引起的数据偏差，确保数据是“同一条件”(同一地质条件、同一桩型规格、同一施工条件)下的结果。如当一批受检桩中有一根桩承载力过低，若恰好不是偶然原因造成，则该验收批一旦被接受，就会增加使用方的风险。因此规定极差超过平均值的30%时， 首先应分析、查明原因，结合工程实际综合确定。例如一组5 根试桩的承载力值依次为800、950、1000 、1100、1150kN，平均值为1000kN，单桩承载力最低值和最高值的极差为350kN，超过平均值的30%，则不得将最低值800kN 去掉将后面4 个值取平均，或将最低和最高值都去掉取中间3 个值的平均值。应查明是否出现桩的质量问题或场地条件变异。若低值承载力出现的原因并非偶然的施工质量造成，则应依次去掉高值后取平均，直至满足极差不超过30%的条件。此外，对桩数小于或等于3 根的柱下承台，或试桩数量仅为2 根时， 应采用低值，以确保安全。对于仅通过少量试桩无法判明极差大的原因时，可增加试桩数量。 3)单桩竖向抗压承载力特征值的确定 单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承级力特征值，应按单桩竖向抗压极限承载力统计 值的一半取值。 在实际工程中，综合法判定建筑场地单桩竖向抗压承载力特征值或单桩竖向极限承载力标准值往往是比较困难的，难以被广大检测人员所掌握，为此建议采用以下方法判定: (1)具有2,3种典型地质条件的建筑场地，不论采用的桩型规格和施工条件是否相同，均须按不同地质类型分别确定单桩竖向抗压承载力。 (2)同一地质条件的建筑场地当采用不同桩型或同一桩型不同规格的桩时，应分别确定单桩竖向抗压承载力。 (3)试桩中发现个别桩的单桩竖向极限承载力与其它桩偏离过大(?其它桩平均竖向极限承载力的30%)时，应查明原因分别对待:属于试桩 所处地质条件局部变化，对整个建筑场地的基桩无代表性，或个别桩身质量存在对竖向承载力直接影响的严重缺陷时，这类试桩的承载力结果实属偶然因素，不宜参与统计，应在报告附注中加以说明。对整个建筑场地无代表性的局部位置的基桩，或个别桩身存在严重缺陷的基桩，应由设计方提出局部补强措施，以满足建筑物对承载力的需要。 (4)在许多情况下，单桩竖向抗压载荷试验不能进行到真正出现极限荷载，也就难以得到建筑场地单桩竖向抗压承载力特征值或单桩竖向极限承载力标准值的确切数值。遇此情况，应取最大试验加载作为单桩竖向极限承载力值。 3、验证与扩大检测 验证检测是针对检测中出现的缺乏依据、无法或难于定论的情况所进行的同类方法或不同方法的检验过程，以做到结果评价的准确和可靠。扩大检测是针对初次抽检发现的基桩承载力不能满足设计要求，或完整性检测中?、?类桩比例较大时所进行的同类方法的再次抽样检测。验证检测与扩大检测的数量，宜根据地质条件、桩基设计等级、桩型和施工质量变异性等因素合理确定，并经有关方认可。 1)验证检测 采用基桩静载试验作验证检测可在下列情况下采用: (1)对静载试验结果有争议时，应查明原因。属于检测方未按操作规程导致检测结果不准确，建设方有权终止检测方的合同，另行选择检测机构进行验证检测。 (2)对高应变法提供的单桩承载力有争议时，一般应改用静载试验 进行验证检测。当高应变法检测遇到下列情况之一时也可采用静载法检验，并以静载试验结果为准。 ?桩身存在明显缺陷，无法判定桩的竖向承载力。包括高应变检测时单击贯入度大，桩底同向反射强烈、侧阻力、端阻力波反射弱，波形出现竖向承载性状明显与地质资料不符等情况。 ?嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/C后无明显端阻力反射。 (3)对低应变检测中不能明确完整性类别的桩或Ш类桩，可以根据实际情况采用静载法对承载力进行验证。因工程桩的预期使用功能要通过单桩承载力实现，完整性检测的目的是发现某些可能影响单桩承载力的缺陷，最终仍是为减少工程安全隐患，提高工程桩承载力判定的可靠性。 (4)检测机构发现静载检测数据异常时，如荷载与沉降量不符合基桩Q,s曲线规律时，应查找原因，重新检测。 2)扩大检测 单项工程的基桩承载力或成桩质量末达到设计要求时，不得仅对不合桩进行处理即预以验收，应由监理单位或建设单位会同勘察设计、施工单位共同研究确定扩大检测的方法和数量，并报告质量监督机构。扩大检测应采用原检测方法或可信度更高的检测方法，如静载试验等。 采用静载试验进行扩大检测可在下列情况下采用: (1)当基桩低应变动测揭示，预制桩接头存在裂隙(接头脱开)或灌注桩笼底部位存在断裂时，宜采用静载法对接头脱开状态予以验证，并复核单桩承载力是否满足设计要求。 (2)工程桩静载荷试验的承载力不能满足或局部不能满足设计要求 时，应由有关方共同分析原因，提出进一步检测的方法和数量，共同研究确定处理方案。 ?属于勘察原因使基桩承载力不足或局部地区不足时，应适当增加静载检测数量，辅以补充勘察手段，将承载力不足地区范围圈定，并由设计提出补强措施。 ?因受检桩休止期不足时，应等待休止期满足规范要求后对原受检桩进行承载力复测。 ?因施工桩长不足或桩身存在严重缺陷时，应适当增加检测数量予以核实后进行加固处理。对于未进入持力层的基桩、或连接接头脱开的桩，可采取复打或复压措施以提高基桩承载力。 4、快、慢速法极限承载力比较 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(JTJ 2202—1983)、上海地基设计规范从1989 年(DBJ—08—11—1989)起就将这一方法列入，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3-5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。 W1h表3-6 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上条件相同的相邻桩上进行的，得出的结果见表3-6。 快速法与慢速法极限承载力比较 表3-7 从中可以看出快速法试验得出的极限承载力较慢速法略高一些，其中桩端在粘性土中平 均提高约1/2 级荷载，桩端在砂土中平均提高约1/4 级荷载。 有些软土中的摩擦桩，按慢速法加载，在2 倍设计荷载的前几级，就已出现沉降稳定时间逐渐延长，即在2h 甚至更长时间内不收敛。此时，采用快速法是不适宜的。而也有很多地方的工程桩验收试验，在每级荷载施加不久，沉降迅速稳定，缩短持载时间不会明显影响试桩结果;且因试验周期的缩短，又可减少昼夜温差等环境影响引起的沉降观测误差。 二、单桩抗拔静载试验 1、原始资料的整理 应绘制上拔荷载U与桩顶上拔量δ之间的关系曲线(U,δ)和δ与时间t之间的关系曲线(δ,lgt)曲线。当上述两种曲线难以判别时，也可以辅以δ,lgU曲线或lgU,lgδ曲线。 当进行抗拔摩阻力测试时，应有传感器类型、安装位置、轴力计算方法，各级荷载下桩身轴力变化曲线，各土层中的抗拔极限摩阻力。 2、结果的判定 1)抗拔极限承载力 单桩抗拔极限承载力可按下列方法综合判定: ??? 根据上拔量随荷载变化的特征确定:对于陡变形U-δ曲线，取陡升起始点对应的荷 载值。 δ Un U lgt 、 图3-10单桩抗拔试验载荷试验U-δ，δ-lgt曲线 ?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尾部显著弯曲的前一级荷载值。 ?当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。这里“断裂”是因钢筋强度不够情况下的断裂。如果因抗拔钢筋受力不均匀，部分钢筋因受力太大而断裂，应视该试验无效并进行补充试验。不能将钢筋断裂前一级荷载作为极限荷载。 ?未出现上述三种情况，程桩验收检测时，混凝土桩抗拔承载力可能受抗裂或钢筋强度制约，而上的抗拔阻力尚未发挥到极限，一般取最大荷载或取上拔量控制值对应的荷载作为 极限荷载，不能轻易外推。 2)单桩竖向抗拔极限承载力统计值 单桩竖向抗拔极限承载力统计值的确定单桩竖向抗压静载试验部分。 3)单桩竖向抗拔承载力特征值 单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值按单桩竖向抗拔 极限承载力统计值的一半取值。 当工程桩不允许带裂缝工作时，取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承载力特征值，并与按极限荷载一半取值确定的承载力特征值相比取小值。 三、单桩水平静载试验 1、原始资料的整理 1)检测数据应按下列要求整理: ?采用单向多循环加载法时绘制试验成果曲线: a、水平力,时间,作用点位移(H-t-Y0)关系曲线(见图5.2); b、水平力,位移梯度(H-ΔY0/ΔH)关系曲线。 ?采用慢速维持荷载法时绘制试验成果曲线: a、水平力,力作用点位移(H-Y0)关系曲线 b、水平力,位移梯度(H-?Y0/?H)关系曲线 c、力作用点位移,时间对数(Y0-lgt)关系曲线 d、水平力,力作用点位移双对数(lgH-lgY0)关系曲线 ?采用单向单循环恒速加载法时绘制成果曲线: a、水平力,作用点位移(H-Y0)关系曲线 b、水平力,位移双对数(lgH-lgY0)关系曲线 ?绘制水平力、水平力作用点水平位移,地基土水平抗力系数的比例系数的关系曲线(H-m、Y0-m)。 ?对埋设有测量桩身应力或应变传感器时，尚应绘制下列曲线，并列表给出下列数据: a、水平力作用下桩身弯矩分布图; b、水平力,最大弯矩钢筋拉应力(H-бs)曲线。 2)水平临界荷载的确定 单桩水平临界荷载Hcr可按下列方法综合确定: ?取单向多循环加载法时的H-t-Y0曲线或慢速维持荷载法时的H-Y0曲线出现拐点的前一级水平荷载值。 ?取H-?Y0/?H曲线或lgH/lgY0曲线上第一拐点对应的水平荷载值。 ?取H-σs曲线的第一拐点对应的水平荷载值。 水平临界荷载Hcr为桩身产生开裂前所对应的水平荷载。只有混凝土桩才会开裂，也只有混凝土桩才有临界荷载。 0123456 水平力H(kN) 水 平 变 位 Y0 图6.2单向多循环加卸载法H0,t,Y0 图3-11 单向多循环卸载法H0-t-Y0 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Hcr 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。 3)水平极限承载力综合确定 单桩水平极限承载力可根据下列方法综合确定: ?取单向多循环加载法时的H-t-Y0曲线产生明显陡降的前一级、或慢速维持荷载法时的H-Y0曲线明显陡降的起始点对应的水平荷载值。 ?取慢速维持荷载法时的Y0-lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值。 ?取H-ΔY0/ΔH曲线或lgH-lgY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值。 ?取桩身折断或钢筋屈服时的前一级水平荷载值。 4)地基土水平抗力系数的确定 当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时，地基土水平抗力系数的比例系数m可根据试验结果按下列公式确定: m?vy?H b0Y5/35/32/3 (EI) 3-1 ??mb EI 3-2 式中m——地基土水平抗力系数的比例系数(k