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公路工程基桩单桩竖向抗压静载试验

关键字: 公路工程基桩单桩竖向抗压静载试验日期: 2021-9-5 17:39:08 点击 12788 次

公路工程基桩单桩竖向抗压静载试验

5 单桩竖向抗压静载试验
5.1 一般规定
5.1.1 单桩竖向抗压静载试验适用于确定单桩竖向抗压承载力。

条文说明

  单桩抗压静载试验是检测基桩竖向抗压承载力直观、可靠的传统方法。本规程主要是针对我国公路工程中惯用的维持荷载法进行了技术规定。若设计无特殊要求时，采用单循环加载试验。如设计有特殊要求，则按设计要求的加载试验，如循环荷载、等变形速率及恒载法等方法。
5.1.2 当测定桩周各土层侧摩阻力、端阻力或截面的沉降量时，可在桩身埋设有测量桩身应变（应力）、桩底反力测量传感器或位移测量杆。桩身内力测试宜按附录A 规定的方法执行。
5.1.3 对工程桩抽样检测和评价时，最大加载量宜采用承载力容许值的2.0 倍或达到设计要求；检测数量应满足设计要求，不宜少于3 根。
5.1.4 为设计提供依据的试验桩，应加载至桩侧与桩端的岩土阻力达到极限状态；当桩的承载力以桩身强度控制时，可按设计要求的加载量进行，试验桩数量应满足设计要求，且不应少于3 根。

条文说明

  本条明确规定为设计提供依据的静载试验应加载至桩的承载极限状态，即试验需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桩，当设计另有规定时，按设计规定。
5.1.5 竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法。

条文说明

  慢速维持荷载法在我国是沿用多年的标准试验方法。考虑到公路基桩的重要性与特殊性，竖向抗压静载试验全部采用慢速维持荷载法。当在水上试桩时，考虑到风浪、潮汐等对试桩的影响，通常按设计要求的方式确定静载荷试验的加载方式。
5.2 检测仪器设备
5.2.1 单桩竖向抗压静载试验检测仪器设备应包括加载装置、反力装置、荷载测量装置、变形测量装置等。
5.2.2 试验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，且应符合下列规定：
1 采用的千斤顶型号、规格相同。
2 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。
5.2.3 加载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，并应符合下列规定：
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；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。
4 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。
5 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。

条文说明

  锚桩抗拔力由锚桩桩周岩土的性质和桩身材料强度决定，验算时分别计算桩周岩土的抗拔承载力和桩身材料的抗拔承载力，结果取小值。当工程桩做锚桩且设计对桩身有特殊要求的，需征求设计的同意。
5.2.4 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%。

条文说明

  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。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，一般选用耐压高、工作压力大和量程大的油管、油泵和压力表。
5.2.5 沉降测量宜采用位移传感器或大量程百分表，并应符合下列规定：
1 测量误差不应大于0.1%FS，分辨力应优于或等于0.01mm。
2 直径或边宽大于500mm的桩，应在其两个方向对称安装4个位移测试仪表，直径或边宽小于或等于500mm 的桩可对称安置2 个位移测试仪表。
3 沉降测定平面离桩顶距离不宜小于200mm，测点应牢固地固定于桩身。
4 基准梁应具有足够的刚度，一端固定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上。
5 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。

条文说明

对于机械式大量程（50mm）百分表，计量检定规程规定：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.l%FS。基准梁应一端固定，另一端简支，是为减少温度变化引起的基准梁挠曲变形。基准梁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。
5.2.6 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5.2.6规定。
表5.2.6 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距离

距离反力装置	被检桩中心与锚桩中心（或压重平台支墩边）	被检桩中心与基准桩中心	基准桩中心与锚桩中心（或压重平台支墩边）
锚桩横梁	≥4（3）D 且＞2.0m	≥4（3）D 且＞2.0m	≥3D 且＞2.0m
压重平台	≥4（3）D 且＞2.0m	≥4（3）D 且＞2.0m	≥3D 且＞2.0m
注： 1 D 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。

条文说明

在被检桩加卸载过程中，荷载将通过锚桩（地锚）、压重平台支墩传至被检桩、基准桩周围地基土并使之变形。随着被检桩、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。
国际土力学与基础工程协会（ISSMFE，1985年）提出了静载试验中被检桩中心到锚桩（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”，我国大部分现行规范规定“大于等于4D且不小于2.0m”。大型桥梁的大直径桩试验荷载大、每个承台下桩间净距小（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“大小或等于4D”的要求，加长基准梁又很难避免受气候环境影响。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、被检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。
软土场地堆载重量较大时，需增加支墩边与基准桩中心和被检桩中心之间的距离，并在试验过程中观测基准桩的竖向位移。
5.2.7 被检桩桩顶应保持平整，露出地面的长度应满足设置量测仪表的要求。
5.3 现场检测技术
5.3.1 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。

条文说明

本条是为使被检桩具有代表性而提出的。
5.3.2 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本规程附录B 的规定。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。

条文说明

陆上试桩时，为便于沉降测量仪表安装，被检桩顶部宜高出试坑地面；为使被检桩受力条件与设计条件相同，试坑地面宜与承台底高程一致。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的处理方法。水上试桩由于条件恶劣，特别是易受到潮汐与波浪的作用，故需搭设牢固的试验平台，确保在安全的条件下进行试验。
5.3.3 试验前后应对被检桩及锚桩进行桩身完整性检测。

条文说明

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，为此要求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，以判断其能否作为锚桩使用。
5.3.4 试验加、卸载方式应符合下列规定：
1 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1/10~1/15，第一级可取分级荷载的2倍。
2 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。
3 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%。

条文说明

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，与其他规范的规定也相协调。当加载至接近极限荷载时，为获得相对准确的极限荷载，可以按半级荷载加载。
5.3.5 慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定：
1 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。
2 沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后的第30min开始，按1.5h连续三次每30min 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1h,分别按第15、30、60min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3h。桩端为砂类土时，应在开始30min 内每15min 测读一次；桩端为黏质土时，应在开始60min 内每15min 测读一次，以后每隔30min测读一次桩顶残余沉降量。
5.3.6 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40mm。
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24h 尚未稳定，同时桩顶总沉降量大于40mm。
3 荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60~80mm；当桩长超过40m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80mm。
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。

条文说明

当桩身存在水平整合型缝隙、桩端有沉淀或掉角时，在较低竖向荷载时常出现本级荷载沉降超过上一级荷载对应沉降5倍的陡降，当缝隙闭合或桩端与硬持力层接触后，随着持载时间或荷载增加，变形梯度逐渐变缓；当桩身强度不足桩被压断时，也会出现陡降，但与前者相反，随着沉降增加，荷载不能维持甚至大幅降低。所以，出现陡降后不能立即卸荷，需使桩下沉量超过40mm，以便分析造成陡降的原因。
5.3.7 检测数据宜按本规程附录C 的格式记录。
5.3.8 测试桩端阻力和桩侧阻力时，测试数据的测读时间宜符合本规程第5.3.5 条的规定。
5.4 检测数据分析与评判
5.4.1 检测数据的整理应符合下列规定：
1 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。
2 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，并按本规程附录B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。

条文说明

除Q-s、s-lgt曲线外，还有s-lgQ曲线。同一工程的一批被检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。
5.4.2 单桩竖向抗压极限承载力可按下列方法综合分析确定：
1 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。
2 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。
3 出现第5.3.6条第2款情况，取前一级荷载值。
4 符合第5.3.6条第4款情况，取本级荷载值。
5 对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s=40mm对应的荷载；对于钢管桩和桩长大于40m的混凝土桩，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于800mm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）。

条文说明

对缓变型Q-s曲线，按s=0.05D确定直径大于等于800mm桩的极限承载力大体是保守的；且因D≥800mm时定义为大直径桩当D=800mm时，0.05D=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，特别是土体结构对基桩沉降的要求有关。因此当按本规范建议的桩顶沉降量确定极限承载力时，尚应考虑土体结构对基桩沉降的影响。
5.4.3 当为设计提供依据时，单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定应符合下列规定：
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，取其平均值为单桩抗压极限承载力的统计值。
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 桩数为3根或3根以下独立承台的基桩，应取低值。
5.4.4 单位工程同一条件的单桩竖向抗压容许承载力应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。 5.4.5 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。
5.4.6 检测报告除应符合本规程第3.6 节规定外，还应包括下列内容：
1 被检桩桩位对应的地质钻孔柱状图。
2 被检桩及锚桩的尺寸、材料强度、锚桩数量、配筋情况。
3 加载反力装置种类。堆载法应提供堆载重量，锚桩法应有反力梁布置平面图。
4 加、卸载方法，荷载分级表。
5 单桩竖向抗压承载力确定的依据。
6 进行分层摩阻力测试时，传感器类型、安装的位置、轴力计算方法、各级荷载下桩身轴力变化曲线，各土层的桩侧摩阻力和桩端阻力等。
7 被检桩为灌注桩时，宜提供被检桩成孔检测结果；为设计提供依据的试验桩，应提供成孔质量检测结果。

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