静载荷试验法

(1)单桩竖向静载荷试验是按照设计要求在建筑场地先打试桩,然后在顶上分级施加静荷载,并观测各级荷载作用下的沉降量,直到桩周围地基破坏或桩身破坏,从而求得桩的极限承载力。试桩数量一般不少于桩总数的1%,且不少于3根。

《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定,对于一级建筑物,单桩竖向承载力标准值,应通过现场静载试验确定。

对于打入式试验,由于打桩对土体的扰动,试桩必须待桩周围土体的强度恢复后方可开始,间隔天数应视土质条件及沉桩方法而定,一般间歇时间是:预制桩打入黏性土中不得少于15d,砂土中不宜少于7d,饱和软黏土中不得少于25d。灌注桩应待桩身混凝土达到设计强度后才能进行试验。

(2)静载荷试验装置主要由加荷装置、反力装置和量测装置三部分组成,如图9-3所示。

图9-3　竖向静载试验装置

加荷装置一般由置于桩顶的油压千斤顶,对桩顶施加压力。千斤顶平放于试桩中心,一个千斤顶不够时,可采用多个,但应将千斤顶并联同步工作,并使千斤顶的合力通过试桩中心。

千斤顶的反力由加载反力装置提供,加载反力装置根据现场条件一般可采用锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置或锚桩压重联合反力装置三种形式中的一种。反力装置所提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2～1.5倍。采用锚桩横梁反力装置时,可单独设置锚桩,也可以用工程桩作为锚桩,此时,锚桩数量不得少于4根,且应对试验过程锚桩上拔量进行监测。采用压重平台反力装置时,压重应在试验开始前一次加上,并均匀稳固放置于平台上。

量测装置包括荷载量测仪表和沉降量测仪表。荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定,也可以用联于千斤顶上的压力表测定油压,根据千斤顶率定曲线换算荷载。试桩沉降一般采用百分表或电子位移计测量。对于大直径桩应在其2个正交直径方向对称安置4个位移测试仪表,中等和小直径桩径可安置2个或3个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径,固定和支撑百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其他外界因素影响而发生竖向变位。

试桩、锚桩(压重平台支墩)和基准桩之间的中心距离应符合《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)规定,桩基静载试验如图9-4所示。

(3)试验加载方法采用慢速维持荷载法,即逐级等量加载,每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载,直到试桩破坏,然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征可采用多循环加、卸载法(每级荷载达到相对稳定后卸载到零)。当考虑缩短试验时间,对于工程桩的检验性试验,可采用快速维持荷载法,一般为每隔一小时加一级荷载。

(4)加卸载与沉降观测。

加载分级:每级加载为预估极限荷载的1/10,每一级可按2倍分级荷载加荷。

沉降观测:每级加载后间隔5min、15min、30min、45min、60min各测读一次,以后每隔30min测读一次桩顶沉降量,每次测读数据计入试验记录表。

沉降相对稳定标准:当持力层为黏性土时,每一小时的沉降不超过0.1mm,持力层为砂土时,每一小时沉降不大于0.5mm,并且连续出现两次(由1.5h内连续三次观测值计算),认为已达到相对稳定,可加下一级荷载。快速维持荷载实验法规定:每级荷载(保持不变)下观测沉降1h即可施加下一级荷载。

终止加载条件:当出现下列情况之一时,即可终止加载:

1)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5倍,且桩顶总沉降量超过40mm;

2)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;

3)已达到设计要求的最大加载值且桩顶沉降达到相对稳定标准;

4)当工程桩作锚桩时,锚桩上拔量已达到允许值;

5)当荷载-沉降曲线呈缓变形时,可加载至桩顶总沉降量60～80mm;当桩端阻力尚未充分发挥时,可加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

图9-4　桩基静载试验

卸载与卸载沉降观测:每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降,读两次后,隔30min再读一次,即可卸下一级荷载,全部卸载后,隔3～4h后再读一次。

(5)按试验结果确定单桩承载力。由桩的静载荷试验结果绘制出荷载与桩顶沉降关系的Q～S曲线,根据Q～S曲线特性,采用下述方法确定单桩竖向极限承载力,如图9-5所示。

对于陡降形Q～S曲线取Q～S曲线发生明显陡降的起始点对应的荷载值。

对于缓变形Q～S曲线可根据沉降量确定,宜取S＝40mm时对应的荷载值;对于桩端直径D大于等于800mm的桩,可取S＝0.05D(D为桩端直径)所对应的荷载值;当桩长大于40m时,宜考虑桩身弹性压缩量。

也可以绘制S～lgt曲线,根据沉降随时间的变化特征,取S～lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值为极限承载力。

测出每根试桩的极限承载力Qui后,通过统计确定单桩竖向极限承载力的标准值Quk。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极限承载力标准值。即

图9-5　静载荷沉降曲线

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。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。

单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定。

式中 K——安全系数,取K＝2。