静载试验讲义1(编辑修改稿)

静载试验讲义1(编辑修改稿)内容摘要：

，即可测量相邻两点测环之间的应变。 位移杆桩身变形测试1. 荷载；2. 百分表；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••• 沉降杆测量桩身（端）位移桩身（端）位移测量可通过沉降杆进行，沉降杆宜采用内、外管形式。 外管固定在桩身，内管（测杆）顶端高出外管100～200mm，下端固定在需测试断面，这样即可用百分表量测测杆趾部相对于顶端的下沉量。 内管内可设置多个测杆，同时测量桩身不同截面处下沉量，这种方法是美国材料与试验学会（ASTM）所推荐的。 实测下沉量经计算求得应变与荷载。 桩身内埋测试元件，国内用得较多的是电阻式应变计和弦式钢筋计，用优质多芯电缆线引出，当防潮绝缘处理好时，元件的完好率可达95％以上，弦丝频率式对环境适应性更强些。 单桩竖向抗拔静载试验• 试验目的• 单桩竖向抗拔静载试验主要用于确定单桩竖向抗拔极限承载力；判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求；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，或桩端上拔量。 • 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桩应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度。 • 破坏模式、极限状态• 在上拔荷载作用下，桩身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时，就可认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限，其后抗拔阻力下降。 此时，如果继续增加上拔荷载，就会产生破坏。 •。 • 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：• 桩周围土体的影响• 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。 一般来说，在黏土中，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，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。 • 桩自身因素的影响：• 施工工艺：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黏土中更明显；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。 • 施工因素的影响• 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。 • 休止时间的影响• 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。 竖向抗拔荷载作用下单桩的破坏形态 试验装置及其布置• 单桩竖向抗拔静载试验由反力装置、加载装置、荷载测量装置、上拔量测量装置组成，下面分别介绍：• • 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。 ，并符合下列规定：• 1)采用反力反力桩（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。 • 2)采用天然地基提供支座反力时，；反力梁的支点重心应与支座中心重合。 •。 （或工程桩）提供支座示意图AA试桩锚桩锚桩基准梁位移计反力梁千斤顶工字钢钢板钢板拉杆基准梁力传感器试桩反力梁拉杆钢板工字钢螺帽螺帽A－A视图力传感器• 加载装置包括千斤顶、油泵。 采用千斤顶与油泵相连的形式，由千斤顶对试桩施加上拔荷载。 千斤顶的安装有两种方式：一种是千斤顶放在试桩上方的主梁上面，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。 • 荷载测量装置包括压力表、压力传感器或荷重传感器。 与单桩竖向抗压静载试验一样，有以下两种形式：一是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。 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。 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，这时，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。 • 上拔量测量装置包括百分表或位移传感器，以及支撑安放它们的基准桩、基准梁。 • 桩顶上拔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、反力支承桩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反力时，拔桩试验加载相当于给支承墩处地面加载。 支承墩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。 为防止支承墩处地基沉降对基准梁的影响，试桩、支座和基准桩之间的中心距离应符合表41的规定，且基准桩需打入试坑地面以下一定深度，一般不小于1m。 • • 同单桩静载试验方法一样，当试验设备、仪器仪表安装完毕后，应进行一次系统检查和预压，如一切正常，即可开始正式试验。 • 、卸载方法• 单桩竖向抗拔静载试验一般采用慢速维持荷载法。 需要时也可采用多循环加、卸载方法。 慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准同单桩竖向抗拔静载试验一致。 • 终止加载条件• 当出现下列情况之一时，即可终止加载：• 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。 • 按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。 • 按钢筋抗拉强度控制，钢筋应力达到钢筋强度标准值的。 • 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。 试验资料记录试验资料应准确记录。 试验前应收集工程地质资料、设计资料、施工资料等，填写静载试验概况表。 试验过程要及时记录所发生的各种情况并填写静载试验记录表。 试验资料的收集与记录可参照竖向抗压试验的有关规定执行，记录表格可按表42和表43的格式记录。 试验数据分析• 单桩竖向抗拔极限承载力的确定• 确定单桩竖向抗拔极限承载力应绘制上拔荷载桩顶上拔量（Uδ）关系曲线和桩顶上拔量时间对数曲线（δ－lgt）曲线。 当上述两种曲线难以判别时，可辅以δ －lgU曲线或lgU －lg δ曲线，以确定拐点位置。 • 单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定：• ：对陡变型U－ δ曲线，取陡升起始点对应的荷载值（）。 大量试验结果表明，单桩竖向抗拔U－ δ曲线大致上可划分为三段：第Ⅰ段为直线段，U－ δ按比例增加；第Ⅱ段为曲线段，随着桩土相对位移的增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快；第Ⅲ段又呈直线段，此时即使上拔荷载增加很小，桩的位移量仍急剧上升，同时桩周地面往往出现环向裂缝。 第Ⅲ段起始点所对应的荷载值即为桩的竖向抗拔极限承载力。 陡变型U－曲线确定单桩竖向抗拔极限承载力• • 取－曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值。 • 3. 当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载为该桩的抗拔极限承载力值。 这里所指的“断裂”，是指因钢筋强度不足情况下的断裂。 如果因抗拔钢筋受力不均匀，部分钢筋因受力太大而断裂时，应视为该桩试验失效，并进行补充试验，此时不能将钢筋断裂前一级荷载作为极限荷载。 • 4. 工程桩验收检测时，在最大上拔荷载作用下如未出现上述三种情况，可按设计要求判定。 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（按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时），不能外推。 • 单桩竖向抗拔极限承载力统计值及特征值的确定• 单桩竖向抗拔极限承载力统计值及特征值的确定同单桩竖向抗压极限承载力统计值及特征值的确定原则一致。 单桩水平静载试验• 试验目的• 桩所受的水平荷载有多种形式，如风力、制动力、地震力、船舶撞击力及波浪力等等。 在水平荷载作用下，桩的承载机理与竖向抗压、抗拔桩不同，是利用桩身的抗弯强度和桩周土的水平抗力共同承担水平荷载，且混凝土桩在水平荷载作用下的破坏模式一般为桩身弯曲破坏，极限承载力由桩身强度控制。 • 单桩水平静载试验的目的是确定单桩水平临界荷载和极限承载力，推定土抗力参数；判定水平承载力是否满足设计要求；当桩身埋设有内力及变形元件时，通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩。 • 在实际建筑物中，基桩所受到的水平荷载形式十分复杂，为了模拟实际荷载的形式，国内外提出了众多的加载方法。 总的来说，可分为单循环连续加载法和多循环加载法两大类。 • 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。 试验装置及安装• 单桩水平荷载试验装置应根据现场具体条件灵活选定，原则是合理、安全、简便。 主要包括加载装置、反力装置及水平位移测量装置三部分。 • 加载装置• 水平推力加载装置采用卧式油压千斤顶，置于两试桩间或试桩与锚桩（反力墩座）等之间进行加载。 用荷重传感器直接测定荷载大小，或用并联油路的油压表或油压传感器测量油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。 • 水平力作用点宜与实际工程的桩基承台底面标高一致。 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桩过程中保持不变。 • 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。 位移传感器 试 桩 球铰 传力柱 千 斤 顶 锚 桩静载测试分析仪 高压油泵 油压传感器 锚桩反力装置及仪器测试示意图• 反力装置 试桩影响区• 反力装置应根据现场条件选用，当专门设置反力结构时。 最常见的方法是利用相邻桩提供反力，即两根试桩对顶，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。 • 水平位移测量装置• 桩的水平位移测量宜采用大量程位移计，在水平力作用平面上受检桩的两侧应对称安装两个位移计，以测量力作用点处的桩水平位移，当需测量该处断面转角时，尚应在水平力作用平面以上50cm的受检桩两侧也对称安装两个位移计。 • 固定位移计的基准点宜设置在试验影响范围之外，试桩两侧面靠位移的反方向处，与试桩的净距不少于1倍试桩直径。 ，在港口码头工程设置基准点时，因水深较大，可采用专门设置的桩作为基准点，同组试桩的基准点一般不少于2个。 搁置在基准点上的基准梁要有一定的刚度，以减少晃动，整个基准装置系统应保持相对独立。 为减少温度对测量的影响，基准梁应采取简支的形式，顶上有蓬布遮阳。 • 当对灌注桩或预制桩测量桩身应力或应变时，各测试断面的测量传感器应沿受力方向对称布置在远离中性轴的受拉和受压主筋上，埋设传感器的纵剖面与受力方向之间的夹角不得大于10176。 ，以保证各测试断面的应力最大值及相应弯矩的量测精度。 对承受水平荷载的桩，桩的破坏是由于桩身弯矩引起的结构破坏。 对中长桩，浅层土对限制桩的变形起到重要作用，而弯矩在此范围里变化也最大，为找出最大弯矩及其位置，应加密测试断面。 《建筑基桩检测技术规范》规定，在地面下10倍桩径（桩宽）的主要受力部分，应加密测试断面，断面间距不宜超过1倍桩径；超过此深度，测试断面间距可适当加大。 • 单桩水平静载试验应根据工程桩实际受力特性，选用单向多循环加载法或单循环慢速维持荷载法，也可按设计要求采用其它加载方法。 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情况异常复杂，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。 • 水平试验桩通常以桩身结构破坏为主，为缩短试验时间，可采用更短时间的快速维持荷载法。 • 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不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按“单桩竖向抗压静载试验”的相关规定进行。 测量桩身应力或应变时，测定数据的测读宜与水平位移测量同步。 • 终止加载条件• 当出现下列情况之一时，可终止加载：• 1. 桩身折断。 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。 • 2. 水平位移超过30～40mm（软土取40mm）。 • 3. 对工程桩验收检测时，水平位移达到设计要求的水平位移允许值。 试验资料整理• 试验数据记录• 试验资料的收集参照单桩竖向抗压静载试验有关规定执行，试验数据按表45格式记录。 表45 单桩水平静载试验记录表工程名称桩号日期上下表距油压(MPa)荷载(kN)观测时间循环数加载卸载水平位移(mm)加载上下表读数差转角备注上表下表上表下表加载卸载16。