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1、第5章 桩基础的测试与检测,第一节 概述,一、桩基的基本知识,（一）桩基的分类,a.摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。,根据桩的承载性状、施工方法、桩身材料和设置效应等可将其分为多种类型。,1、按承载性状分类：,二、桩的分类,c.摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。,d.端承摩擦桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。,b.端承桩 桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的
2、反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。,较坚硬,(a)摩擦桩,(b)端承摩擦桩,较坚硬,土层,坚硬,土层,(c)摩擦端承桩,(d)端承桩,a、挤土桩 实心的预制桩，木桩、封闭的管桩，打桩时将使桩位处的土大量排挤变形。粘性土受扰动强度降低。b、部分挤土桩 开口的钢管桩，H型钢桩等对土的挤压不大，对土的物理力学性质影响不大。c、非挤土桩 先钻孔再打入的预制桩。,3、按设置效应分类：,2、按施工方法分类：预制桩：钢筋砼桩、钢桩、木桩。灌注桩：现场桩位钻孔，孔内设钢筋笼 后浇砼。,（二）桩基的设计和选型,1桩基的安全性要求,2桩基设计的合理性。,3桩基设计的经济性。,二、桩基检测方法分类,1单桩竖
3、向抗压静载试验：主要测定桩承受竖向下压荷载能力。（常规试验）。2单桩竖向抗拔静载试验：主要测定桩承受竖向上拔荷载的能力。（抗浮、抗倾覆要求）。3单桩水平静载试验：主要测定桩承受水平荷载的能力。（高耸建筑物、构筑物承受地震、风荷载、码头抗水冲击荷载）。,（一）按桩身受荷方式分类,1慢速维持荷载法：即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级，直到试桩破坏，然后卸荷。2多循加卸载法：每级荷载达到相对稳定后卸载到零。3快速维持荷载法：即一般每隔一小时加一级荷载。,（二）按加载方式分类,第二节 单桩竖向抗压静载试验,单桩静载荷试验目的是获取桩基设计所必需的计算参数，对桩型和桩基持力层进行比较和选择，充分
4、发挥地基支承力和桩身结构强度，使二者能够匹配，获取最佳的技术经济效果，并通过打桩掌握桩身应力，选择桩锤，研究停锤标准，预估沉桩可能性，为顺利施工创造条件，提供必要的资料，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。,一、试验目的和试验要求,1初步选定桩型、桩基持力层、试桩和锚桩的尺寸；2经过技术经济比较，选择不同的桩型和桩材；3确定的试桩数量；4预估沉桩的难易程度。确定合适的打桩机械和桩锤，制定沉桩措施，达到沉桩要求；5预估锚桩的抗拔能力；6当试桩和锚桩采用标准设计时，应对桩的抗压强度和抗拉强度进行验算；7根据预估的单桩承载力验算反力架系统结构强度及变形；8编制详细的试桩大纲。,二、试桩前的准备工作
5、,一般采用油压千斤顶，千斤顶规格有500kN、1000kN、2000kN、3000kN、5000kN。可选用单个千斤顶、多个千斤顶，当采用2个以上千斤顶加载时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。,三、试验设备,（一）加载装置,试验装置,锚桩横梁反力装置,压重平台反力装置,锚桩横梁反力装置,压重平台反力装置,1 锚桩横梁反力装置：四根桩作锚，亦可二桩、六桩、八桩作锚桩。锚桩、反力梁提供反力应不小于预估最大试验荷载的1.21.5倍。采用工程桩作锚时，应对试验过程锚桩上拔量进行监测。2 压重平台反力装置：压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1.2倍，压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳
6、固放置于平台上。3 锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在横梁上放置或悬挂一定重物，由锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力。,（二）反力装置,a、四锚桩试验,b、两根锚桩,C、沙包堆重现场,1600吨堆载平台,d、锚桩与堆重联合试验设备,(1)荷载：放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，亦可采用并联于千斤顶上的高精度压力表测定的油压，并根据千斤顶的率定曲线换算成荷载。(2)沉降观测装置：一般采用百分表或电测位移计。对于大直径桩，应在桩的两正交直径方向对称安装4个位移测试仪表；中、小直径桩可安装2个或3个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小于0.5倍桩径，固定和支
7、承百分表的夹具和横梁在构造上应确保不因气温、振动及其它外界因素的影响而发生竖向变位。,（三）量测装置,1测试仪表,2桩身量测元件,（1）振弦式钢筋应力计,（2）电阻应变片,（3）测杆式应变计,图2.2 测杆式应变仪1-荷载 2千分表 3空心钢管桩或空心箱形钢柱 4测杆1 5测杆2 6测杆3,1试桩顶部一般应予以加强，凿除浮浆，用高标号砂浆将桩顶抹平；2对于预制桩顶，如果桩头出现破损，其顶部要在外加封闭箍后浇捣高强细石混凝土予以加强；3试桩顶部露出地面高度不宜小于60cm，试桩的倾斜度不应大于1%；4试桩的成桩工艺和质量控制标准应严格遵守有关规程，并与工程桩保持一致；5从予制桩打入和灌注桩成桩到
8、开始试验的时间间隔，在桩身强度达到设计要求的前提下：对于砂类土，不应少于7d；对于一般粘性土，不应少于15d；对于粘土与砂交互的土层可取中间值；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25d；6在试桩间歇期内，试桩区周围30m范围内尽量不要产生能造成桩间土中孔隙水压力上升的干扰,四、试验方法,（一）试桩要求,试桩的加载量应满足以下要求：（1）对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验，加荷至设计承载力2.0倍；（2）对于嵌岩桩，当桩身沉降量很小时，最大加载量不应小于设计承载力的2倍；（3）当以堆载为反力时，堆载重量不应小于试桩预估极限承载力的1.2倍。,（二）加载要求,单桩竖向抗压静载荷试验的加载方式有：
9、慢速法 快速法 等贯入速率法 循环法等。,（三）加载方式,每级加载后，隔5、10、15min各测读一次读数，以后每隔15min后测读一次，累计1h后每隔0.5h测读一次。,1、慢速法载荷试验沉降测读规定,在每级荷载作用下，桩的沉降量满足连续两次0.1mm/h。在软土地区，这个标准可适当放宽。在上海地区的一些工程中，已采用了新的稳定标准，试桩沉降速率虽然还没有达到0.1mm/h，但在连续观测的半小时沉降量中，出现相邻三次平均沉降速率呈现衰减，即可认为该级荷载下的沉降已趋于稳定。,2、慢速法载荷试验的稳定标准,当试桩过程中出现下列条件之一时，可终止加荷：（1）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷
10、载作用下沉降量的5倍；（2）某级荷载作用下，桩的沉降量大于等于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24h尚未达到相对稳定标准；（3）已达到设计要求的最大加载量；（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型时，可加载至桩顶总沉降量60-80mm，在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。,3、慢速载荷试验的试验终止条件,每级卸载值为加载增量的二倍。每级荷载维持1小时，卸载后按第15、30、60min测读一次桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。全部卸载后，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30 min读一次。,4、慢速载荷试验的卸
11、荷规定,1.场地准备 平整场地，开挖试桩和锚桩。2.吊装前准备 设立支墩，铺平桩顶，千斤顶就位。3.设备吊装 注意吊装顺序：先主梁，后次梁。4.仪表安装、连接，调试。,五、试验设备安装（锚桩式）,1、场地准备,2、设立支墩,3、吊装主梁,4、吊装次梁,5、固定设备、安装仪表,反力装置,距离,试桩、锚桩和基准桩之间的中心距离,六、试验资料整理分析,（一）填写试验记录表,单桩竖向抗压静载荷试验概况表单桩竖向抗压静载荷试验记录表单桩竖向抗压静载荷试验结果汇总表。,表2.2 单桩竖向抗压静载荷试验概况表,表2.3单桩竖向抗压静载试验记录表,表2.4 单桩竖向抗压静载试验结果汇总表,为了确定单桩竖向抗压
12、极限承载力，一般应绘制Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线，以及其它进行辅助分析所需的曲线。不对s求lg。,（二）绘制有关试验成果曲线,工程实例1商业大厦Q-S,1商业大厦A1s-lgt,1A 2#s-lgt,1A 3#s-lgt,实例2 预制桩 Q-S,实例3 灌注桩 Q-S,实例3 1#S-lgt,实例3 2#s-lgt,（三）单桩竖向承载力标准值确定,1JGJ106-2003规定：（1）根据沉降随荷载变化的特征确定。对于陡降型Q-s曲线，取明显陡降的起始点。（2）根据沉降随时间的变化特征确定，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。（3）当出现规定终止加载条件第2款情况时，取其
13、前一级荷载值。（4）对于缓变型Q-s曲线可根据桩顶沉降量确定,宜取s=40mm对应的荷载；对直径大于或等于800mm桩，可取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。（5）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。（6）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。（7）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，取低值。,单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。,（四）单桩竖向抗压承载力特征值Ra,第三节 单桩竖向抗拔静
14、载荷试验,一、概述,承受上拔荷载单桩的破坏形态可归纳为图2.3所示的几中形式：,图2.3竖向上拔荷载作用下单桩的破坏形态,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桩周围土体的影响,2桩自身因素的影响,3施工因素的影响,4试验方法的影响,试验加载装置一般采用油压千斤顶，千斤顶的加载反力装置可根据现场情况确定，应尽量利用工程桩为反力锚桩，若工程桩中的灌注桩作反力锚桩时，宜沿灌注桩桩身通长配筋，以免出现桩身的破损，试桩与锚桩的最小间距也可按表3-1确定。,二、试验设备,（一）加载装置,（二）荷载与变形量测装置,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，也可采用联
15、结于千斤顶上的标准压力表测定油压，根据千斤顶荷载油压率定曲线换算出实际荷载值。试桩上拔变形一般用百分表量测，其布置方法与单桩竖向抗压静载荷试验相同。,它主要由加载装置和量测装置组成。,1试桩 2锚桩 3液压千斤顶 4表座 5测微表 6基准梁 7球铰 8反力梁 9地面变形测点 10荷载板,从成桩到开始试验的时间间隔一般应遵循下列要求：在确定桩身强度已达到要求的前提下，对于砂类土，不应少于10天；对于粉土和粘性土，不应少于15天；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25天。,三、试验方法,（一）试桩要求,单桩竖向抗拔静载荷试验一般采用慢速维持荷载法，先逐级加载，每级加载为预估极限荷载的1/121/15，每
16、级荷载达到相对稳定后加一下级荷载，直到试桩破坏，然后逐级卸载到零。也可结合本工程桩的实际受荷情况采用多循环加卸载法，即每级荷载下上拔量达到相对稳定后卸载到零，然后再加一下级荷载。,（二）加载和卸载要求,进行单桩竖向抗拔静荷试验时，除了要对试桩的上拔量进行观测外，尚应对锚桩的上拔量、桩周地面土的变形情况以及桩身外露部分裂缝开展情况进行观测记录。试桩的上拔量观测，应在每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次，每次测读值记录在试验记录表中。,（三）变形观测,单桩竖向抗拔静载荷试验上拔量相对稳定标准应以1h内的变形量不超过0.1mm、并
17、连续出现两次为准。,（四）上拔稳定标准,试验过程中，当出现下列情况之一时，即可终止加载：1桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍；2某级荷载作用下，桩顶上拔位移量为前一级荷作用下的5倍；3试桩的累计上拔量超过100mm。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。,（五）终止加载条件,1单桩竖向抗拔静载荷试验概况；2单桩竖向抗拔静载荷试验记录表可参照表2.3；3单桩竖向抗拔静载荷试验变形汇总表可参照表2.4；4绘制单桩竖向抗拔静载荷试验上拔荷载（U）和上拔量（）之间的U曲线以及-logt曲线；5当进行桩身应力、应变量测时，尚应根据量测结果整理出有关表格，绘制桩身应力、桩侧阻力
18、随桩顶上拔荷载的变化曲线。6必要时绘制桩土相对位移-U/Uu(Uu为桩的竖向抗拔极限承载力)曲线。,四、试验资料整理,五、确定单桩竖向抗拔承载力,1对于陡变型的U曲线，可根据U曲线的特征点来确定，大量试验结果表明，单桩竖向抗拔U曲线大致上可划分为三段：第段为直线段，U按比例增加；第段为曲线段，随着桩土相对位移量增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快；第段又呈直线段；第段起始点所对应的荷载值为桩的竖向抗拔极限承载力Uu。,2对于缓变型的U曲线，可根据-lgt曲线的变化情况综合判定，一般取-lgt曲线尾部显著弯曲的前一级荷载为竖向抗拔极限承载力,3根据lgU-lg曲线业确定单桩竖向抗拔极限承载力时，
19、可取lgU-lg双对数曲线第二拐点所对应的荷载为桩的竖向极限抗拔承载力,4根据-lgU曲线来确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取-lgU曲线的直线段的起始点所对应的荷载值作为桩的竖向抗拔极限承载力。将直线段延长与横坐标相交，交点的荷载值为极限侧阻力，其余部分为桩侧阻力。,第四节 单桩水平静载荷试验,一、概述,1确定试桩的水平承载能力,2确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩分布规律,3确定弹性地基系数,4推求桩侧土的水平抗力（q）和桩身挠度（y）之间的关系曲线,单桩水平静载荷试验装置通常包加载装置、反力装置、量测装置三部分。,二、试验设备,试桩时一般都采用卧式千斤顶加载，用测力环或测力传感器测定施
20、加的荷载值，对往复式循环试验可采用双向往复式油压千斤顶。,（一）加载装置,反力装置的选用应考虑充分利用试桩周围的现有条件，但必须满足其承载力应大于最大预估荷载的1.21.5倍的要求，其作用力方向上的刚度不应小于试桩本身的刚度。常用的方法是利用试桩周围的工程桩或垂直静载荷试验用的锚桩作为反力装置，也可根据需要把两根或更多根桩连成一体作为反力墩，条件许可时也可利用周围现有结构作反力。,（二）反力装置,工程实例,桩顶的水平位移采用大量程百分表来量测，每试桩都应在荷载作用平面和该平面以上50cm左右各安装一只或两只百分表，下表量测桩身在地面处的水平位移，上表量测桩顶水平位移，根据两表位移差与两表距离的
21、比值求出地面以上桩身的转角。如果桩身露出地面较短，也可只在荷载作用水平面上安装百分表量测水平位移。,（三）量测装置,2桩身弯距量测 水平荷载作用下桩身弯距并不能直接量测得到，它只能通过量测得到的桩身应变来推算。,1桩顶水平位移量测,量测桩身的挠曲变形，可在桩内预埋测斜管，用测斜仪量测不同深度处桩截面倾角，利用桩顶实测位移或桩端转角和位移为零的条件（对于长桩），求出桩身的挠曲变形曲线。,3桩身挠曲变形量测,1试桩的位置应选择有代表性的地点，一般应位于工程建设或使用过程中可能出现最不利条件的地方；2试桩前应在离试桩边26m范围内布置工程地质钻孔，在16D的深度范围内，按间距为1m取土样进行常规物理
22、力学性质试验，有条件时亦应进行其它原位测试；3试桩数量应根据设计要求和工程地质条件确定，一般不少于2根；4沉桩时桩顶中心偏差不大于D/8，并不大于10cm，轴线倾斜度不大于0.1%。当桩身埋设有量测元件时，应严格控制试桩方向，使最终实际受荷方向与设计要求的方向之间夹角小于10；5从成桩到开始试验的时间间隔，砂性土中的打入桩不应少于3天；粘性土中的打入桩不应少于14天；钻孔灌注桩从灌注混凝土到试桩时的时间间隔一般不少于28天。,三、试验方法,（一）试桩要求,（二）加载和卸载方式,常用的加、卸荷方式有单向多循环加、卸荷法和双向多循环加卸荷法。,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）推荐进行单桩水
23、平静载荷试验时应采用单向多循环加载法，可取预估单桩水平极限承载力的1/101/15作为每级荷载的加载增量。根据桩径的大小并适当考虑土层的软硬程度，对于直径30010000mm的桩，每级荷载增量可取2.520kN。每级荷载施施加后，恒载4min后测读水平位移，然后卸载到零，停2min后测读残余水平位移，完成一个加、卸荷循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。,当试验过程中出现下列情况之一时，即可终止试验。1桩身折断；2已达到试验要求的最大荷载或最大位移量；3桩身水平位移超过3040mm（软土中最大值）；4在恒定荷载作用下，桩身位移急剧增加，位移速率逐渐加快。,（三）终止试验条件,（一）单桩水
24、平静载荷试验概况的记录,四、试验资料的整理,（二）绘制单桩水平静载荷试验曲线,（三）绘制桩身不同深度处的q-y曲线,水平推力1 商业大厦,水平推力2 山海关H-Y0,山海关 1#Y0-lgt,单桩水平临界荷载一般按下列方法综合确定：1取H-t-X曲线出现突变点的前一级荷载为水平临界荷载；2取H-X/H曲线第一直线段的终点所对应的荷载为水平临界荷载；3当桩身埋设有钢筋应力计时，取H-g第一突变点所对应的荷载为水平临界荷载。,五、单桩水平临界荷载和极限荷载的确定,（一）单桩水平临界荷载的确定方法,单桩水平极限荷载可根据下列方法综合确定：1取H-t-x曲线明显陡降的前一级荷载为极限荷载Hu；2取H-X/H曲线第二直线段的终点所对应的荷载为极限荷载Hu；3取桩身折断或钢筋应力达到流限的前一级荷载为极限荷载Hu；4当试验项目对加荷方法或桩顶位移有特殊要求时，可根据相应的方法确定水平极限荷载Hu。,（二）、单桩水平极限荷载的确定方法,
