河北省工程检测培训教材--地基基础工程检测[1]

河北省建设工程质量检测培训教材地基基础工程检测河北省住房和城乡建设厅2010年6月2前言自2005年原建设部建设工程质量检测管理办法（141号部长令）颁布实施以来，我省按照原建设部的要求，积极推进检测单位向具有独立法人资格的中介服务机构转变。原省建设厅根据我省的实际情况，先后出台了冀建质2006155号、冀建质2006180号等多个文件，贯彻落实部里的要求，调整理顺我省检测机构的资质管理工作，推进工程质量检测行业的发展。通过省、市、县各级相关部门的共同努力，几年来我省建筑工程质量检测行业得到了快速发展。一大批原有的检测机构通过改制、重组等方式成为独立法人企业，同时一批新组建的民营股份制公司也日益壮大，成为我省检测行业的新生力量。我省取得检测资质的检测机构为我省的工程建设以及全省三年大变样工作的顺利推进发挥了巨大的作用，为工程建设的质量提供了有力的保障。在全省检测行业快速发展的同时，也伴随着一些问题和不足需要解决。主要表现在行业发展不平衡，市场行为不规范，工作质量参差不齐，信息化水平有待提高。我国正处在经济快速发展的时期，基本建设项目的投资大，任务重。而我省正处在三年大变样的关键阶段，建筑行业蓬勃发展，城镇面貌日新月异。在这快速发展的阶段，这些问题和不足如果不能及时予以解决，任其发展下去，就会严重危害整个行业的健康发展，乃至引发工程质量事故。因此省住建厅于2010年1月发布了关于加强建设工程质量检测管理工作的通知（冀建质201040号），进一步规范对检测机构的管理，统一检测人员培训制度，提高工程质量检测水平，促进我省检测行业健康有序地发展。为贯彻落实省住建厅冀建质201040号文件精神，促进我省检测机构的发展，省住建厅组织省内专家依据国家颁布的有关建设工程标准、规范、规程等文件共同编写了本系列教材。按照我省检测资质分类，本系列培训教材共分八册，分别是见证取样检测；建筑工程（使用功能）见证取样检测；地基基础工程检测；主体结构工程检测；钢结构工程检测；室内环境检测；建筑节能、建筑门窗、建筑幕墙工程检测；建筑智能化系统工程检测。内容涵盖各类检测资质，既是建设工程质量检测人员的培训用书，也可以做为建设、施工、监理、监督等单位技术人员的工具书。本册地基基础工程检测共4章，包括地基及复合地基静载荷试验、桩基承载力载荷试验、桩身完整性检测、锚杆试验等。本书系统介绍了地基基础工程检测中各类地基基础及基坑锚杆试验等的基本知识、检测依据标准、检测仪器设备、环境条件、试验方法、检测试验步骤、数据处理、结果评定等。在使用本教材时，还应结合现行的标准、规范，并及时关注标准的更新，以修订后的标准为准。此外，由于作者学术水平和实践经验有限，且时间较为仓促，书中肯定有不少缺点、错误，恳请广大读者批评指正，以便再版时修订。教材编制组2010年6月地基基础工程检测3目录概述第一章地基及复合地基静载荷试验第一节概述第二节浅层平板载荷试验第三节螺旋板和岩基载荷试验第四节其它载荷试验第五节工程实例第二章桩基承载力载荷试验第一节概述第二节单桩竖向抗压静载荷试验第三节单桩竖向抗拔载荷试验第四节单桩水平静载荷试验第五节工程实例第三章桩身完整性检测第一节低应变法第二节声波透视法第三节钻芯法第四章锚杆检测第一节基本试验第二节验收试验第三节蠕变试验4概述一、地基基础工程检测的基本概念作为建筑物的地基（FOUNDATION，SUBGRADE），现在主要采用天然地基、人工地基（含复合地基）及桩基础。不同的地基所采用的检测方法也不尽相同。地基作为建筑物（构筑物）的主要受力构件，从他的受力机理来讲，概括起来有以下两方面一、强度及稳定性问题当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。它会影响建（构）筑物的正常使用，甚至引起开裂或破坏。承载力较低的地基容易产生地基承载力不足问题而导致工程事故。土的抗剪强度不足除了会引起建筑物地基失效的问题外，还会引起其他一系列的岩土工程稳定问题，如边坡失稳、基坑失稳、挡土墙失稳、堤坝垮塌、隧道塌方等。二、变形问题当地基在上部结构的自重及外界荷载的作用下产生过大的变形时，会影响建（构）筑物的正常使用；当超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂。高压缩性土的地基容易产生变形问题。一些特殊土地基在大气环境改变时，由于自身物理力学特性的变化而往往会在上部结构荷载不变的情况下产生一些附加变形，如湿陷性黄土遇水湿陷、膨胀土的遇水膨胀和失水干缩、冻土的冻胀和融浣、软土的扰动变形等。这些变形对建（构）筑物的安全都是不利的。基于以上两点，对地基的强度及变形检测是非常重要的。对地基土及复合地基，新的规范中，将地基的静载试验的重要性提到了一个新的高度，取消了承载力取值表，强调以工程试验和工程经验。（载荷试验或其他原位测试公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。）对桩基规范中，对于基础设计安全等级为一、二级的项目，均要求以静载试验方式来检验桩的承载力。中国建研院李大展研究员在桩基工程检测的若干问题及建议中认为静载试验是桩基检测的标准方法，动力检测只能是静载试验的一种补充，在桩的动力检测方法未取得突破性进展之前，桩静载试验仍然是桩承载力检验可靠的评定方法。二、地基基础工程检测的检测程序检测机构遵循必要的检测工作程序，不但符合我国质量保证体系的基本要求，而且有利于检测工作开展的有序性和严谨性，使检测工作真正做到管理第一、技术第一和服务第一的最高宗旨。具体的检测程序如下所述。接受委托正式接手检测工作前，检测机构应获得委托方书面形式的委托函，以帮助了解工程概况，明确检测目的，同时也使即将开展的检测工作进入合法轨道。调查、资料收集为进一步明确委托方的具体要求和现场实施的可行性，了解施工工艺和施工中出现的异常情况，应尽可能收集相关的技术资料，必要时检测人员到现场踏勘，使检测工作做到有的放矢，提高检测质量。检测工作应收集的主要资料有岩土工程勘察报告、设计施工资料、现场辅助条件情况（如地基基础工程检测5道路、水、电等）及施工工艺等等。制定检测方案与前期准备在上述两项准备就绪后，应着手制定检测方案，方案的主要内容应包括工程概况、地质概况、检测目的、检测依据、抽检原则、所需的机械或人工配合、检测采用的设备、试验周期等等。现场检测、数据分析与扩大验证现场试验必须严格按照规范的要求进行，以使检测数据可靠、减少实验误差。当测试数据因外界因素干扰、人员操作失误或仪器设备故障影响变得异常时，应及时查明原因应加以排除，然后重新组织检测，否则用不正当的测试数据进行分析，得出的结果必然不正确。扩大验证是指针对检测中出现的缺乏依据、无法或难以定论的情况所进行的同类方法或不同类方法的核验过程，以得到准确和可靠数据。扩大验证不能盲目进行，应首先会同建设方、设计、施工、监理等有关方分析和判断。然后再依据地质情况、设计及施工中的变异性等因素合理确定，并经有关方认可。检测结果评价和检测报告1、检测结果评价通过现场监测数据，绘制各种辅助表格、曲线，进行综合分析，得出检测结果。检测结果需结合设计条件（如上部结构形式、地质条件、对地基的沉降控制要求等）与施工质量的可靠性给出。2、检测报告作为技术存档资料，检测报告首先应结论准确，用词规范，具有较强的可读性；其次是内容完整、精炼，其内容包括（1）委托方名称、工程名称、地点。建设、勘察、设计、施工和监理单位，基础、结构形式，层数，设计要求，检测目的，检测数量，检测日期，样品描述；（2）地质条件描述；（3）检测点数量、位置和相关施工记录；（4）检测方法，检测仪器设备，检测过程描述；（5）检测依据，实测与计算分析曲线、表格和汇总结果；（6）与检测有关的结论。6第一章地基及复合地基静载荷试验第一节概述一、地基及复合地基基本知识（一）天然地基凡是基础直接建造在未经加固的天然岩土层上时，这种地基称之为天然地基。作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。1岩石自然界各种各样的矿物，并不是孤立的个体，而是以一定的规律结合在一起的。由一种或多种矿物组成的集合体叫岩石。分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩石地基在我们日常工作中遇到的不多，我们经常遇到的第四系松散物“碎石土、砂土、粉土、粘性土”。2碎石土为粒径大于2MM的颗粒含量超过全重50的土。碎石土分为1）漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200MM的颗粒含量超过全重502块石棱角形为主3卵石圆形、亚圆为主粒径大于20MM的颗粒含量超过全重504碎石棱角形为主5）圆砾圆形、亚圆粒径大于2MM的颗粒含量超过全重506）角砾棱角形为主3砂土粒径大于2MM的颗粒含量不超过全重50，粒径大于0075MM的颗粒超过全重50的土。可分为1）砾砂粒径大于2MM的颗粒含量占全重2550。2粗砂粒径大于05MM的颗粒含量超过全重50。3中砂粒径大于025MM的颗粒含量超过全重50。4细砂粒径大于0075MM的颗粒含超过全重85。5）粉砂粒径大于0075MM的颗粒含超过全重50。4粘性土塑性指数IP大于10的土。IP17粘土1020M4D且20M4D且20M（二）量测装置1测试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，亦可采用并联于千斤顶上的高精度压力表测定的油压，压力表的精度等级一般为04，并根据千斤顶的率定曲线换算成荷载。重要的桩基试验尚需在千斤顶上放置应力环或压力传感器，实行双控校正。沉降测量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05倍28桩径，固定和支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。当采用堆载反力装置时，为了防止堆载引起的地面下沉影响测读精度，应用水准仪对基准梁进行监控。2桩身量测元件为了比较准确地了解桩顶荷载作用下桩侧土的阻力及桩端土阻力的变化情况，需要在桩身中土层变化部位和桩端埋设量测元件。这些元件主要有振弦式钢筋应力计、电阻应变片和测杆式应变计。（1）振弦式钢筋应力计在桩顶荷载作用下，埋设于桩身中的振弦式钢筋应力计（简称钢筋应力计）中的钢弦会产生微量变形，从而改变了钢弦的原有应力状态及自振频率，钢筋应力计在室内预先标定，不同的钢筋应力值得出不同的自振频率，从而得到应力与频率关系的标定曲线。在现场测得钢筋应力计频率的变化后，就可按标定曲线得出桩身钢筋所承受的轴向力。钢筋应力计直接焊接在桩身的钢筋中，并代替这一段钢筋的工作，为了保证钢筋应力计和桩身钢筋变形的一致性，钢筋应力计的横断面沿桩身长度方向不应有急剧的增加或减少。在加工过程中应尽量使钢筋应力计的强度和桩身钢筋的强度、弹性模量相等，钢弦长度以6CM为宜，工作应力一般在1510550105KPA范围内，相应的频率变化值在800HZ左右。钢筋应力计预埋之前必须在试验机上进行标定，给出每个钢筋应力计的力（P）频率（HZ）曲线，并与标定曲线相核对，若重复性不好，每级误差超过3HZ时，则应淘汰；每隔两天要测量钢筋应力计的初频变化，若初频一直在变，且变化超过3HZ，说明该钢筋应力计有零漂，不能使用。钢筋应力计及预埋的屏蔽线均需在室内进行绝缘防潮处理。钢筋应力计在埋设过程中如有损坏，应予更换。当钢筋笼入孔之后、灌注混凝土之前应统测一遍，如有损坏，马上更换，以确保钢筋应力计的成活率。（2）电阻应变片电阻应变片主要用来量测桩身的应变，它的工作部分是粘贴在极薄的绝缘材料上的金属丝，在轴向荷载作用下，桩身发生应变，粘贴在桩上应变片的电阻丝也随之发生变化，导致其自身电阻的变化，通过量测应变片电阻的变化就可得到桩身的应变，进而得到桩身应力的变化情况。为了保证应变片的良好工作状态，应选用基底很薄而且刚性较小的应变片和抗剪强度较高的粘结剂。同时，为了克服由于工作环境温度变化而引起应变片的温度效应，量测时应采用温度补偿片予以消除。（3）测杆式应变计在国外，以美国材料及试验学会（ASTM）推荐的量测桩身应变的方法最为常用，其基本方法是沿桩身的不同标高处预埋不同长度的金属管和测杆，用千分表量测杆趾部相对于桩顶处的下沉量，经过计算而求出应变与荷载。21QLEACP33222CP222311式中Q3、Q2和Q1分别为第3、第2和第1个测杆处的轴向力（KN）；AP桩身的截面积（M2）；EC桩身材料的弹性模量（MPA）；Q施加于桩顶的荷载（KN）；3、2和1分别为第3、第2和第1测杆量测的变形值（MM）；地基基础工程检测29L3、L2和L1分别为第3、第2和第1个测杆量测的长度（M）。此时，桩端阻力一般是用埋置于桩端的扁千斤顶量测得到的。图22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15测杆26测杆3四、试验方法（一）试桩要求为了保证试验能够最大限度地模拟实际工作条件，使试验结果更准确、更具有代表性，进行载荷试验的试桩必须满足一定的要求。这些要求主要有以下几个方面1试桩顶部一般应予以加强，凿除浮浆，在桩顶配置加密钢筋网23层，或以薄钢板圆筒作成加劲箍与桩顶混凝土浇成一体，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为了仪表和沉降测点安置的方便，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；（不同的书籍要求有所不同）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，如打桩等。（二）加载要求1加载总量要求进行单桩竖向抗压静载荷试验时，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20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12倍。30（三）加载方式单桩竖向抗压静载荷试验的加载方式有慢速法、快速法、等贯入速率法和循环法等。1慢速法慢速法是慢速维持荷载法的简称，即先逐级加载，待该级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，直到试验破坏，然后按每级加荷量的两倍卸载到零。慢速法载荷试验的加载分级，一般是按试桩的最大预估承载力将荷载等分成1015级逐级施加。实际试验过程中，也可将开始阶段沉降变化较小的第一、二级荷载合并，将试验最后一级荷载分成两级施加，这对提高极限承载力的判断精度是有益的。2快速法快速法是快速维持荷载法的简称。当考虑缩短试桩时间，对于工程的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔1H加一级荷载。该方法取消了慢速法中维持各增量荷载到满足相对沉降稳定标准的要求，而是将预计施加的最大荷载分为若干等级；以相等的时间间隔相继施加外荷载并读取其相应的沉降量。大量试桩资料分析表明快速法载荷试验所得单桩承载力比慢速法要高。在上海地区，快速法所得到的极限荷载比慢速法要高一级左右的加荷增量，而沉降比慢速法要偏小百分之十几。3等贯入速率法（CRP）此法最早由怀特克尔与寇克等于1961年提出的，并已列入美国、英国、瑞典和挪威等国的规范。该方法的特点是试验时荷载以保持桩顶等速率贯入土中而连续施加，按荷载贯入曲线确定极限荷载。瑞典规范规定贯入速率为05MM/MIN，总贯入量为60MM以上；美国ASTM（D113374）标准规定贯入速率在粘土中为025125MM/MIN，砂土中为075250MM/MIN，总贯入深度至少等于平均桩径或方桩对角线尺寸的15。4循环加载卸载试验法通过这种方法的试验能测得各循环荷载下的残余下沉量和弹性变形，从而确定桩的容许荷载和桩的刚度。其方法大致以下几种（1）以部分荷载进行加卸载循环的慢速法，如德国DIN1054规范法；（2）以慢速法为基础对每级荷载进行加卸载循环，如前苏联ROITT5686法、日本土质工学会标准B法、匈牙利的施契法；（3）以快速法为基础对每一级荷载进行加卸载循环，如日本土质工程学会标准A法和印度桩基设计与施工实用规范法。5慢速法载荷试验沉降测读规定每级加载后，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05H测读一次。6慢速法载荷试验的稳定标准在每级荷载作用下，桩的沉降量满足连续两次01MM/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01MM/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。7慢速载荷试验的试验终止条件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载作用下沉降量的5倍；注当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40MM时，宜加载至桩顶总沉降量超过40MM；（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6080MM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。8慢速载荷试验的卸荷规定地基基础工程检测31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30MIN读一次。上面我们着重介绍了慢速法载荷试验的一些情况，快速法载荷试验的程序与慢速法载荷试验基本相同，在实际应用时可参照相应的规范操作，在此不再赘述。五、试验资料的整理分析（一）填写试验记录表为了能够比较准确地描述静载荷试验过程中的现象，便于实际应用和统计，单桩竖向抗压静载荷试验成果宜整理成表格形式或文字叙述方式，并且对成桩和试验过程中出现的异常现象作必要的补充说明。表22为单桩竖向抗压静载试验概况表，表23为单桩竖向抗压静载荷试验记录表，表24为单桩竖向抗压静载荷试验结果汇总表。表22单桩竖向抗压静载荷试验概况表工程名称地点试验单位试桩编号桩型试验起止时间成桩工艺桩断面尺寸桩长设计灌注桩沉渣厚度混凝土标号实际灌注桩充盈系数配筋情况规格长度配筋率综合柱状图试桩平面布置示意图层次土层名称土层描述相对标高桩身剖面1234表23单桩竖向抗压静载试验记录表读数沉降（MM）备注荷载（KN）观测时间日/月时分间隔时间（MIN）表表表表平均本次累计表24单桩竖向抗压静载试验结果汇总表序号历时（MIN）沉降（MM）荷载/KN本级累计本次累计（二）绘制有关试验成果曲线为了确定单桩竖向抗压极限承载力，一般应绘制QS、SLGT曲线，以及其它进行辅助分析所需32的曲线。在单桩竖向抗压静载试验的各种曲线中，不同地基土、不同桩型的QS曲线具有不同的特征，（三）单桩竖向极限承载力标准值QUK确定1JGJ1062003规定（1）根据沉降随荷载变化的特征确定。对于陡降型QS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SLGT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，取其前一级荷载值。（4）对于缓变型QS曲线可根据桩顶沉降量确定,宜取S40MM对应的荷载；对直径大于或等于800MM桩，可取S005D（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。（四）单桩竖向承载力特征值RA确定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。第三节单桩竖向抗拔静载荷试验一、概述高耸建（构）筑物往往要承受较大的上拔荷载，而桩基础是建（构）物抵抗上拔荷载的重要基础型式。迄今为止，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。鉴于目前人们对单桩竖向抗拔承载力的认识还处于初级阶段，而实际工程中桩的竖向抗拔承载力越来越受到重视的现实，对影响单桩竖向抗拔承载力的因素作一总结，对指导单桩竖向抗拔承载力的现场测试是有益的。在上拔荷载作用下，桩身同样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，桩身最大拉应力出现在桩顶，随着桩身上拔位移量的增加，桩身应力逐渐向下扩展。当桩端处的桩土位移量超过某一数值（通常为610MM）时，就可以认为整个桩身的侧摩阻力已达到峰值，其后桩的抗拔阻力就会下降。此时，如果继续增加上拔荷载，就会产生破坏。承受上拔荷载单桩的破坏形态可归纳为图23所示的几中形式。图23竖向上拔荷载作用下单桩的破坏形态关于桩侧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阻力与桩径D有关。RESSE1970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（0005002）D时达最大值，并由此推出上拔位移比量比下压位移要大些，可取为002D。另外地基基础工程检测33一种观点则认为，桩侧最大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，后种观点比较符合实际。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，桩身单位面积的极限抗拔侧阻力也就越大。2桩自身因素的影响桩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，粗糙表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的17倍。在桩表面积相同的情况下，方桩的抗拔极限承载力可达矩形桩的1315倍。3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、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。4试验方法的影响在粘性土中，从成桩到开始试验之间的时间间隔长短对单桩竖向抗拔承载力影响是显著的，而且这种影响在砂土中同样存在；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的影响也不能忽略。二、试验设备单桩竖向抗拔承载力试验装置如图24所示。它主要由加载装置和量测装置组成。（一）加载装置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31确定。（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。图24单桩竖向抗拔静载荷试验示意图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荷载板三、试验方法34（一）试桩要求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。美国ASTM标准规定，粘性土中摩擦桩至少应间隔7天；原苏联TOCT56861969规定，砂土中抗拔桩必须休息3天，粘土中为6天，也可按塑性指数IP来确定，T1216IP天。（二）加载和卸载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。（三）变形观测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。（四）上拔稳定标准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01MM、并连续出现两次为准。（五）终止加载条件试验过程中，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09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四、试验资料整理单桩竖向抗拔静载荷试验报告的资料整理应包括以下一些内容1单桩竖向抗拔静载荷试验概况，可参照表22整理成表格形式并对试验过程中出现的异常现象作补充说明；2单桩竖向抗拔静载荷试验记录表可参照表23；3单桩竖向抗拔静载荷试验变形汇总表可参照表24；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/UUUU为桩的竖向抗拔极限承载力曲线,以了解不同入土深度对抗拔桩破坏特征的影响。五、确定单桩竖向抗拔承载力1对于陡变型的U曲线（如图25所示），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，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，如图26所示地基基础工程检测353根据LGULG曲线业确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取LGULG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，如图27所示；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，如图28所示图25陡变型的U曲线确定单桩图26缓变型的LGT确定单桩竖向抗拔极限承载力竖向抗拔极限承载力图27根据LGULG曲线确定单桩图28根据LGU曲线确定单桩竖向抗拔极限承载力竖向抗拔极限承载力5根据桩的上拔位移最大小来确定单桩竖向抗拔极限承载力也是常用的一种方法，在实际应用时，目前国内外有几中不同的位移量控制方法。（1）按照德国DIN1504的规定，可取桩顶残余变形0025D时的荷载作为单桩竖向抗拔极限承载力；（2）在国内，一般取相应于某一固定的桩顶残余变形量所对应的荷载作为单桩竖向抗拔极限承载力，根据江苏省电力设计院、东南大学和同济大学在江苏南通进行的冲吸式钻孔灌注桩抗拔承载力试验结果，在桩径D600MM，桩长L42120M时，以桩顶上拔量为20MM，残余变形量16MM为标准确定单桩的竖向极限抗拔承载力与由U曲线的陡升段所得到的结果十分接近；（3）对于桩径500MM的摩擦桩，可取上拔位移量003D所对应的荷载为单桩竖向抗拔容许承载力。此时，安全系数为2。根据江苏、上海等地的经验，亦可取3050MM所对应的荷载为单桩竖向抗拔容许承载力；6和单桩竖向抗压静载荷试验一样，在某些情况，解析法也是确定单桩竖向抗拔极限承载力的一种行之有效的方法。常用的有80判别法、90判别法和切线相交法。（1）判别法由BHFELLENIUS于1980年提出，其基本假定是抗拔桩的U关系为双曲线，桩的U曲线在坐标上为一直线。此时，桩的竖向抗拔极限承载力可由式24来确定。U/36（24）2154CUU式中C1直线在纵坐标上的截距（M1/2/KN）/C2该直线斜率的修正系数，取80。凝3208凝C1/图2990判别法确定单桩竖向抗拔极限承载力的方法（2）90判别法是瑞典桩基设计中应用比较广泛的一种方法，该方法假定桩的竖向抗拔极限承载力是这样一个数值即实际试验时上拔位移量一半所对应的荷载U1/2为极限抗拔承载力UU的90。由于该方法的前提比较严格，因此其适用条件受到了一定的限制，在实际应用时，可根据桩顶的上拔位移量进行必要的修正。（3）切线相交法在美国、法国、英国等国家比较流行，该方法的目的不是为拟合最大荷载而是认为桩的抗拔承载力是由U曲线上两条切线的交点来确定，一条切线与U的弹性段相切，别一条切线与U曲线后面非弹性滑移段相切。此法主要适用于存在明显转折的U曲线。一般说来，此法得到的荷载相当于屈服值而并非最大值。因此在应用此方法确定单桩竖向抗拔承载力时应选用比较小的安全系数。第四节单桩水平静载荷试验一、概述试验目的采用接近于桩的实际工作条件的试验方法确定单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数或对工程桩的水平承载力进行检验和评价。当埋设有桩身应力测量元件时，可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。单桩水平静载荷试验一般以桩顶自由的单桩为对象，采用接近水平受荷桩实际工作条件的试验方法来达到以下目的1确定试桩的水平承载能力检验和确定试桩的水平承载能力，是单桩水平静载荷试验的主要目的。试桩的水平承载力可直接由水平荷载（H）和水平位移（X）之间的关系曲线来确定，亦可根据实测桩身应变来判定。2确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩分布规律当桩身埋设有量测元件时，可以比较准确地量测出各级水平荷载作用下桩身弯距的分布情况，从而为检验桩身强度、推求不同深度处的弹性地基系数提供依据。3确定弹性地基系数在进行水平荷载作用下单桩的受力分析时，弹性地基系数的选取至关地基基础工程检测37重要。C法、M法和K法各自假定了弹性地基系数沿深度的不同分布模式，而且它们也有各自的适用范围，通过试验，可以选择一种比较符合实际情况的计算模式及相应的弹性地基系数。4推求桩侧土的水平抗力（Q）和桩身挠度（Y）之间的关系曲线求解水平受荷桩的弹性地基系数法虽然应用简例，但误差较大。事实上，弹性地基系数沿深度的变化是很复杂的，它随桩身侧向位移的变化是非线性的，当桩身侧向位移较大时，这种现象更加明显。因此，通过试验可直接获得不同深度处地基土的抗力和桩身挠度之间的关系，绘制桩身不同深度处的QY曲线，并用它来分析工程桩在水平荷载作用下的受力情况更符合实际。二、试验设备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，如图210所示。（一）加载装置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。水平力作用线应通过地面标高处（地面标高应与实际工程桩基承台底在标高一致）。为了防止桩身荷载作用点处局部的挤压破坏，一般需用钢块对荷载作用点进行局部加强。单桩水平静载荷试验的千斤顶一般应有较大的引程。为了保证千斤顶施加的作用力能水平通过桩身轴线，宜在千斤顶与试桩接触处安置一球形铰座。图210单桩水平静载荷试验装置1、7百分表2球铰3千斤顶4垫块5基准梁6基准桩（二）反力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1215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。必要时，也可浇筑专门支墩来作反力。（三）量测装置1桩顶水平位移量测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。固定百分表的基准桩宜打设在试桩影响范围之外，这个距离一般不少于5D（D为桩径或边长），桩的影响范围如图311所示。当基准梁设置在与加荷轴线垂直方向上或试桩位移方向时，间距可38适当减少，但不应小于2M。2D52D544凝3图211试桩的影响范围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。因此，当需要研究桩身弯距的分布规律时，应在桩身粘粘应变量测元件。一般情况下，量测预制桩和灌注桩桩身应变时，可采用在钢筋表面粘贴电阻应变片制成的应变计；对于钢桩，可直接把电阻应变片粘贴在桩表面，为防止打桩引起的应变片和导线的损坏，必须把它们设置在保护槽内。保护槽要尽量做到密封、不透水，应变片表面要采取严格的防潮措施；对于闭口钢管桩，也可把桩身剖开，把应变片粘贴在内壁，再焊接起来。为量测桩身的弯矩和有关的弯曲应变，各测试断面测点应成对布置在远离中性轴的地方。在地面下（1015）D主要受力部分应加密测试断面，断面间距一般不超过（115）D。在此深度以下，间距可适当加大。3桩身挠曲变形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。由于测斜管埋设比较困难，系统误差较大，较好的主法是利用应变片测得各断面的弯曲应变直接推算桩轴线的挠曲变形。四、试验方法（一）试桩要求1试桩的位置应根据场地地质、地形条件和设计要求及地区经验等因素综合考虑，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力学性质试验，有条件时亦应进行其它原位测试。如十字板剪切试验、静力触探试验、标准贯入试验等；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试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01。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。（二）加载和卸载方式实际工程中，桩的受力情况十分复杂，荷载稳定时间、加载形式、周期、加荷速率等因素都将直接影响到桩的承载能力。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。建筑基桩检测技术规范（JGJ1062003）推荐进行单桩水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3001000MM的桩，每级荷载增量可取2520KN。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（每级30MIN）。为了保证试验结果的可靠性，加载时间应尽量缩短，测量位移的时间间隔应准确，试验也不得中途停歇。地基基础工程检测39（三）终止试验条件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。四、试验资料的整理（一）单桩水平静载荷试验概况的记录可参照表25记录试验基本情况，并对试验过程中发生的异常现象加以记录和补充说明。表25单桩水平静载荷试验记录表加载卸载水平位移MM荷载（KN）观测时间日/月时分循环数上表下表上表下表加载卸载加载上下表读数差转角备注（二）绘制单桩水平静载荷试验曲线绘制单桩水平静载荷试验水平力（H）时间（T）位移X、水平力位移梯度（HX/H）、水平力位移双对数（LGHLGX）曲线。其中HTX曲线和HX/H曲线是比较常用的。（三）绘制桩身不同深度处的QY曲线当桩身埋设量测元件时，尚应绘制各级荷载作用下地面以下不同深度处的QY曲线。其步骤如下1确定桩身弯矩通过试验得到各测试断面测点处拉应变和压应变之后，即可由该断面的弯曲应变来计算相应截面的弯矩。计算时应根据桩截面开裂与否选用不同的计算模式（1）混凝土开裂前桩身弯矩的计算，当混凝土未出现开裂时，桩身弯矩可按下式计算。0BIEMC（25）式中B拉、压应变测点的间距（M）；I全截面（包括钢筋换算截面）对中性轴的贯性矩（M4）。（2）混凝土开裂后桩身弯矩的计算当试桩截面发生开裂但未破坏时，受拉区混凝土并未完全退出工作，计算桩身弯矩时应包括一部分受拉区混凝土工作在内，如图212所示。此时除了一部分混凝土超过极限强度产生开裂而退出工作外，在H高度内达到极限应力F而产生塑性变形，故其应力按矩形分布，在中性轴附近T范围内混凝土应力按三角形分布。据图213即可计算各截面弯矩40X凝YB0X凝325凝B0凝凝326凝XYHTX图212混凝土开裂前桩身弯矩的计算图式图213混凝土开裂后桩身弯矩的计算图式中性轴的位置0BX（26）弹性区高度27EXTF式中混凝土极限应力，对非预应力混凝土桩即为其极限拉应力，对预应力混凝土桩应为F混凝土极限拉应力与预加应力之和（KPA）。（3）塑性区高度H可根据该断面受压区压力和受拉区拉力的平衡条件求得；（4）该断面弯矩即为受压区压力和受拉区拉力对中性轴的弯矩之和。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临界荷载（桩身受拉区混凝土明显退出工作前的最大荷载），一般按下列方法综合确定1取HTX曲线出现突变点的前一级荷载为水平临界荷载；2取HX/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HG第一突变点所对应的荷载为水平临界荷载。（二）、单桩水平极限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HTX曲线明显陡降的前一级荷载为极限荷载HU；2取HX/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。当作用于桩顶的轴向荷载达到或超过其竖向极限荷载的02倍时，单桩水平临界荷载、极限荷载都将有一定程度的提高。因此，当条件许可时，可模拟实际荷载情况，进行桩顶同时施加轴向压力的水平静载荷试验，以更好地了解桩身的受力情况。第四节工程实例石家庄市某超高层大楼，建筑面积约18万M2，主楼地上53层，高236M；地下4层，结构形式为框架核心筒结构体系，钢混结构；裙楼地上5层，地下4层，裙楼采用天然地基上的钢筋混凝土梁式筏板基础，筏板厚度06M，筏板底标高20800，基底座在第8层粉土及粉质粘土上。主地基基础工程检测41楼采用桩筏基础，筏板厚度为35M（核心筒部分）、30M（外框架部分），筏板底标高27500，桩基采用后压浆现浇钢筋砼灌注桩，桩长43M，工程桩采用C45混凝土，试桩、锚桩采用C60混凝土。方案对3根试验桩进行了单桩竖向抗压静载试验，同时对桩身应力进行测试。这里仅对该工程试验桩情况进行介绍，（静载只对1号试桩进行介绍）。一、工程地质概况根据该工程岩土工程勘察报告，各层土的岩性及埋深如下第层素填土，层厚0735M。第层粉土，层厚1138M，层底标高429614M。FAK150KPA。第层粉土，层厚0835M，层底标高653804M。FAK150KPA。第层细砂，层厚0730M，层底标高763991M。第层粉土，层厚2563M，层底标高11951361M。FAK170KPA。第1层细砂，层厚0126M，层底标高10771261M。FAK200KPA。第层中砂，层厚0220M。FAK220KPA。第层粉质粘土，层厚3763M。FAK190KPA。第1层细砂，局部为中砂。层厚0215M，层底标高15502004M。FAK210KPA。第层粉土及粉质粘土，层厚3278M。FAK200KPA。第层细砂，层厚0321M。FAK200KPA。第层中砂层厚0843M。FAK260KPA。第层卵石，层厚0840M。FAK300KPA。第层粉质粘土，层厚1590M。FAK250KPA。第1层中砂，层厚2569M。FAK270KPA。第层粉土，层厚1590M。FAK260KPA。第1层细砂，层厚0532M，第层细砂，层厚0855M。FAK280KPA。第层卵石，层厚05142M。FAK380KPA。第层中粗砂含卵石层厚94169M。FAK350KPA。第层卵石，层厚98143M。FAK400KPA。第层粉质粘土，层厚1042M。FAK340KPA。第层卵石，本次勘察未穿透该层。FAK450KPA。本次试验桩设计桩顶标高274M，试验时桩顶标高201M，有73M的非有效桩长段，对非有效桩长段桩体采用双套筒方式消除侧摩阻力。锚桩桩径1000MM，桩长371M。二、单桩竖向抗压静载试验（一）试验依据1建筑基桩检测技术规范JGJ1062003；2建筑地基基础设计规范GB500072002；3建筑地基基础工程施工质量验收规范GB502022002；4建筑桩基技术规范JGJ942008；5委托方提供的勘察、设计、施工等有关资料。（二）试验目的通过现场单桩竖向抗压静载试验，核验试验桩的单桩竖向抗压承载力，为设计提供依据。（三）试验有关设计、施工参数表表26试验有关设计、施工参数表试验编号桩号桩径MM有效桩长（M成桩日期检测日期421SJ110003000807020808052SJ310003000807060808083SJ21000300080703080813（四）试验方法及测试项目1本试验采用慢速维持荷载法，即单循环慢速加载、卸载方法。2主要测试如下项目1测试桩各级荷载及对应的沉降量，荷载与沉降量、时间关系，判定试桩竖向承载力。2为防止在试桩加载过程中锚桩被拉裂，加载时，同时测试所用锚桩的上拔量。3为掌握锚桩和试桩的桩身完整性，在加载前后，分别对