静载试验课件

1、4.静载试验静载试验 首钢地质勘查院 闫向阳 4.1 概述概述 载荷试验主要分为单桩载荷试验、复合地基载荷试验及天 然地基载荷试验。载荷试验是目前获得承载力特征值的最 直观、最可靠的试验方法。单桩载荷试验又分为单桩竖向 抗压载荷试验、单桩竖向抗拔及单桩水平载荷试验三种， 复合地基载荷试验又分为单桩复合地基载荷试验和多桩复 合地基载荷试验二种。在工程实践中，以承受竖向荷载为 主的桩及复合地基居多。本文仅介绍单桩载荷试验和复合 地基载荷试验。 单桩载荷试验不仅可以确定桩的承载力，而且通过埋设各 种测试元件可以获得荷载传递、桩测阻力、桩端阻力等诸 多资料，但由于试验费用、工期、设备等原因，往往只能

2、对部分工程的少量桩进行试验。 目前涉及到载荷试验的规范比较多，方法大体相同，某些 细节略有差异。本章内容主要以建筑基桩检测技术规范 (jgj 106-2003)和建筑地基处理技术规范（jgj 79- 2002）为主。 4.2 单桩竖向抗压静载试验单桩竖向抗压静载试验 4.2.1试验目的试验目的 单桩竖向抗压静载试验主要用于确定单桩竖向抗 压极限承载力；判定竖向抗压承载力是否满足设 计要求；通过桩身内力及变形测试测定桩侧、桩 端阻力、验证高应变法及其它检测方法的单桩竖 向抗压承载力检测结果。 a 为设计提供依据为设计提供依据 b 为工程验收提供依据为工程验收提供依据 c 验证检测验证检测 d 其

3、他目的其他目的 4.2.1.1 为设计提供依据为设计提供依据 当设计有要求或满足下列条件之一时，施工前应采用静载试验确定单 桩竖向抗压承载力特征值： 设计等级为甲级、乙级的桩基； 地质条件复杂、桩施工质量可靠性低的桩基； 本地区采用的新桩型或新工艺。 一般做法是：在工程桩正式施工前，在地质条件具有代表性的区域， 先施工几根单桩进行静载试验，以确定设计参数的合理性和施工工艺 的可行性。需要时，也可在桩身埋设测量桩身应力、应变、位移、桩 底反力的传感器或位移杆，测定桩分层侧阻力和端阻力。 建筑基桩检测技术规范（jgj106-2003） 规定：为设计提供依据 的静载试验应加载至破坏，即试验应进行到能

4、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型桩，可按设计要求的加载量 进行试验。 检测数量在同一条件下不应少于3根，且不宜少于总桩数的1%；当工 程桩总数在50根以内时，不应少于2根。 4.2.1.2 为工程验收提供依据为工程验收提供依据 目前，绝大多数静载试验是为工程验收提 供依据，可按设计要求确定最大加载量， 不进行破坏试验，一般要求最大加载量为 单桩承载力特征值的2.0倍以上。在实际工 程中，建议最大加载量大于单桩承力特征 值的2.0倍，以保证足够的安全储备。 4.2.1.3 验证检测验证检测 针对其他检测结果，如钻芯法或声波透射 法检测发现桩身质量有问题，或对高应变 承载

5、力试验结果有疑问，需要采用静载试 验进行验证检测，判定桩的竖向抗压承载 力是否满足设计要求。有关验证试验在 建筑基桩检测技术规范各章节中有比 较明确的规定。 4.2.1.4 其他目的其他目的 有些静载试验是为了搜集科研资料、编制 规范、开拓新的桩型和施工工艺、进行静 动对比等而进行的。 4.2.2 试验方法试验方法 单桩竖向抗压静载试验方法分为慢速维持荷载法 和快速维持荷载法。一般情况下采用慢速维持荷 载法，比如为设计提供依据的静载试验、施工后 的工程验收等。当有成熟的地区经验时，对施工 后的工程验收为了缩短试验周期，有时也可采用 快速维持荷载法。快速维持荷载法的每级荷载维 持时间至少为1小时

6、，是否延长维持荷载时间应根 据桩顶沉降收敛情况而定。 在国内外，尚有循环加载法、等变形速率法、终 级荷载长时间维持法等试验方法。 4.2.3 单桩极限承载力和破坏模式单桩极限承载力和破坏模式 单桩极限承载力由二个因素决定：一是基桩本身 的材料强度，二是地基土对桩的支承能力。通常 情况，第二个因素是决定单桩极限承载力的主要 因素。所以当桩顶下沉量达到人们规定的条件 （如破坏状态前）或某一数值时，认为桩侧阻和 端阻已充分发挥，这时的外荷载称为单桩极限承 载力。 单桩静载试验q-s曲线宏观反映了桩的受力状态、 破坏模式，下面介绍工程实践中常见的几种q-s 曲线，见图4.2-1所示。 图4.2-1 单

7、桩静荷载试验的qs曲线 1当桩尖支承在基岩上，而桩周土较差，侧阻占的比例较小，桩在 竖向荷载作用下，可能引起纵向弯曲，破坏为桩本身强度破坏。当出 现桩身破坏时，q-s曲线有明显的拐点，如图4.2-1(1)所示。 2桩穿过较软弱土层，桩尖进入较硬土层，如密实砂层的小直径桩 （d800mm），或有较好持力层，其桩端阻力占总承载力比例较大， 这种桩做静载荷试桩时，每级荷载沉降都能稳定，q-s曲线属缓变型， 第二拐点不明显。见图4.2-1 (3)(4)，一般按桩顶沉降量确定极限承载 力。 4桩底有较厚沉渣或虚土，桩端阻力很小，q-s曲线属陡降型，极 限承载力明确。当沉渣或虚土较少，竖向荷载到达一定值时

8、，桩尖土 被压密，承载力提高，q-s曲线成台阶型，如图4.2-1(5)，这种类型桩， 一般按沉降量控制承载力。 4.2.4 加载装置加载装置 加载反力装置一般分为锚桩横梁反力装置、压重 平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反 力装置四种，可根据现场条件选择。 加载反力装置主要由主梁、次梁、锚梁、千斤顶、 油泵加载装置，压力表、压力传感器或荷重传感 器等荷重测量装置，基准装置、百分表或位移传 感器等位移测量装置组成。 试验加载装置一般使用一台或多台油压千斤顶并 联同步加载，采用两台以上千斤顶加载时，要求 千斤顶型号、规格相同，且合力中心与桩轴线重 合。 不论采用哪种加载反力装置，均应符合下列

9、规定： 1、加载装置能提供的反力不得小于最大加载量的 1.2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（地基土、抗拔钢筋、桩的接 头）进行验算；采用工程桩作锚桩时，锚桩数量 不应少于4根，并应监测锚桩上拔量； 4、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宜大于地基承载力 特征值的1.5倍，有条件时宜利用工程桩作为堆载 支点。 4.2.4.1 锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置 锚桩横梁反力装置（见图4.2-2）俗称锚桩法，是 大直径灌注桩静载试验最常用的加载反力系统， 由锚桩、主梁、次梁、拉杆、锚笼（或挂板）等 组成。

10、当要求加载值较大时，有时需要6根甚至更 多的锚桩。具体锚桩数量要通过验算各锚桩的抗 拔力来确定。 锚桩采用方式可根据现场布桩情况而定，为了节 省费用，尽量采用工程桩作为锚桩，图4.2-3提供 了几种锚桩布置示意图。 图4.2-4为天津某工地的静载装置，试验桩及锚桩 均为工程桩，桩径1.5米，桩长60米，单桩承载力 特征值设计为6000kn。采用4根工程桩作为锚桩， 试验最大荷载为12000kn。 锚担 钢筋 位移传感器 基准梁 钢垫板 导线 承压板 静载荷仪 泵控制器 油压传感器 高压油泵 锚 桩 图4.2-2 锚桩横梁反力装置及仪器测试示意图 图4.2-3 锚桩图例 图4.2-4工程实例 4

11、.2.4.2 压重平台反力装置压重平台反力装置 压重平台反力装置，俗称堆载法，由重物、工字钢（次梁） 等构成，见图4.2-5。常用的堆重重物为沙包、钢筋混凝 土构件、砖和钢（铁）块，少数用水箱等。压重试验开始 前一次加上，并均匀稳固的放置于平台之上。 建筑基桩检测技术规范要求压重施加于地基土的压应 力不宜大于地基土承载力特征值的1.5倍，若压重平台支 墩施加于地基土的压应力大于地基土承载力，将会造成地 基土破坏或明显下沉，导致堆载平台倾斜甚至坍塌，发生 危险（当压重在试验前一次加足可能会造成支墩下地基土 破坏时，少部分压重可在试验过程中加上。这样做存在安 全隐患，如果在较高荷载下桩身脆性破坏，

12、全部压重作用 于支墩下的地基土，使地基土破坏，极有可能造成整个压 重平台坍塌）。 配重 副梁 百分表（位移传感器） 载荷板 基准梁 图4.2-5 压重平台反力装置示意图 4.2.4.3 锚桩压重联合反力装置锚桩压重联合反力装置 当试桩的最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可 在主梁和次梁上堆重或悬挂一定重物，由锚桩和 重物共同承受千斤顶加载反力，以满足试验荷载 要求。采用锚桩压重联合反力装置应注意两个问 题：一是当各锚桩的抗拔力不一样时，重物应相 对集中在抗拔力较小的锚桩附近；二是重物和锚 桩反力的同步性问题，拉杆应予留足够的空隙， 保证试验前期锚桩暂不受力，先用重物作为试验 荷载，试验后期联合反

13、力装置共同起作用。 4.2.4.4 地锚反力装置地锚反力装置 除上述三种主要反力装置外，还有其他形 式，例如地锚反力装置，如图4.2-6所示， 适用于较小桩的静载试验，一般试验最大 荷载不宜超过300kn。采用地锚反力装置应 注意基准桩、地锚锚杆、试验桩之间的间 距应符合规范的规定；对岩面浅的嵌岩桩， 可利用岩锚提供反力。 图4.2-6 伞形地锚装置示意图 4.2.5 荷载测量装置荷载测量装置 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，根据千斤顶率定曲线换 算荷载。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

14、压力表、油泵、油管在最大加载时的压力不应超过规 定工作压力的80%。目前市场上用于静载试验的油压表的量程主要有 25mpa、40 mpa、60 mpa、100 mpa，应根据千斤顶的配置和最大 试验荷载要求，合理选择油压表。最大试验荷载对应的油压不宜小于 压力表量程的1/4，避免“大称砣轻物”；同时，为了延长压力表使 用寿命，最大试验荷载对应的油压不宜大于压力表量程的2/3。 近几年来，许多单位采用自动化静载试验设备进行试验，采用荷重传 感器测量荷重或采用压力传感器测定油压，实现加卸荷与稳压自动化 控制，不仅减轻检测人员的工作强度，而且测试数据准确可靠。关于 自动化静载试验设备的量值溯源，不仅

15、应对压力传感器进行校准，而 且还应对千斤顶进行校准，或者对压力传感器和千斤顶整个测力系统 进行校准。 4.2.6 沉降测量装置沉降测量装置 4.2.6.1 基准桩基准桩 试桩、锚桩或压重平台支墩边和基准桩之间的中心距应符合表4-1的规定。 表4-1 试桩、锚桩（或压重平台支墩边）和基准桩之间的中心距离 表4-1是国家行业标准建筑基桩检测技术规范（jgj106-2003）的规定要 求。国家标准建筑地基基础设计规范（gb50007-2002）要求试桩、锚 桩（压重平台支墩边）和基准桩之间的中心距离大于4倍试桩和锚桩的设计直 径，且大于2.0m。1985年，国际土力学与基础工程协会（issmfe）根

16、据世 界各国对有关静载试验的规定，提出了静载试验的建议方法并提出：试桩中 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”，小直径桩按3d控制，大直径桩按2.5m控制，这和我国现行规范 规定的“大于等于4d且不小于2.0m”相比更容易满足。高层建筑物下的大直 径桩试验荷载大，桩间净距小，（规定最小中心距为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“大于等于4d”的要求， 加长基准梁又难避免产生显著的气候环境影响。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、试桩的影响一般小于压重平台对它 们的影响，因此，建筑基桩检

17、测技术规范对部分间距的规定放宽为“不 小于3d”，具体见表4-1。 基准桩打入深度不应小于1.0米 表4-1 试桩、锚桩（或压重平台支墩边）和基准桩之间的中心距离 4.2.6.2 基准梁基准梁 宜采用工字梁作基准梁，高跨比不宜小于1/40，尤其是大吨位静载试 验，试验影响范围较大，要求采用较长和刚度较大的基准梁，有时由 于运输和型钢尺寸的限制，需要在现场将两根钢梁组合或焊接成一根 基准梁，如果组合或焊接质量不好，会影响基准梁的稳定性，必要时 可将两根基准梁连接或者焊接成网架结构，以提高其稳定性。另外， 基准梁越长，越容易受外界因素的影响，有时这种影响较难采取有效 措施来预防。 基准梁的一端应固

18、定在基准桩上，另一端应简支于基准桩上，以减少 温度变化引起的基准梁挠曲变形。在满足规范规定的条件下，基准梁 不宜过长，并应采取有效遮挡措施，以减少温度变化和刮风下雨、振 动及其他外界因素的影响，尤其在昼夜温差较大且白天有阳光照射时 更应注意。一般情况下，温度对沉降的影响约为12mm。 实际试验中应避免一些违反规范要求的做法，如简单地将基准梁放置 在地面上，或不打基准桩而架设在砂袋上；基准桩打的不深不稳；基 准梁长度不符合规范要求；基准梁的刚度不够产生较大的挠曲变形； 未采取有效措施防止外界因素对基准梁的影响等。 4.2.6.3 百分表和位移传感器百分表和位移传感器 沉降测量宜采用位移传感器或大

19、量程百分表，并应符合下 列规定： 1.测量误差不大于0.1%fs，分辨率优于或等于0.01mm （常用的百分表量程有50mm、30mm、10mm,量程越大， 周期检定合格率越低，但沉降测量使用的百分表量程过小， 可能造成频繁调表，影响测量精度）。 2. 直径或边宽大于500mm的桩，应在其两个方向对称安 装4个百分表或位移传感器，直径或边宽小于或等于 500mm的桩可对称安置2个百分表或位移传感器。 3. 沉降测定平面宜在桩顶200mm以下位置（最好不小于 0.5倍桩径），测点应牢固地固定于桩身。不得在承压板 上或千斤顶上设置沉降测点，避免因承压板变形导致沉降 观测数据失实。 4.2.7 桩头

20、处理桩头处理 试验过程中，应保证不会因桩头破坏而终止试验，但桩头 部位往往承受较高的竖向荷载和偏心荷载，因此，一般应 对桩头进行处理。 预制方桩和预应力管桩，如果未进行截桩处理，桩头质量 正常，单桩设计承载力合理，可不进行处理。预应力管桩、 尤其是进行了截桩处理的预应力管桩，可采用填芯处理， 填芯高度h一般为12m，可放置钢筋也可不放置钢筋， 填芯用的混凝土宜按c25c30配置，也可用特制夹具箍 住桩头。为了便于两个千斤顶的安装方便，同时进一步保 证桩头不受破损，可针对不同的桩径制作特定的桩帽，套 在试桩桩头上。 混凝土桩桩头处理应先凿掉桩顶部的松散破碎层和低强度 混凝土，露出主筋，冲洗干净桩

21、头后再浇注桩帽，并符合 下列规定： 1.桩帽顶面应水平、平整、桩帽中轴线与原桩身上部的中轴线严格对 中，桩帽面积大于或等于原桩身截面积，桩帽截面形状可为圆形或方 形。 2.桩帽主筋应全部直通至桩帽混凝土保护层之下，如原桩身露出主筋 长度不够时，应通过焊接加长主筋，各主筋应在同一高度上，桩帽主 筋应与原桩身主筋按规定焊接。 3.距桩顶1倍桩径范围内，宜用35mm厚的钢板围裹，或距桩顶1.5 倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于150mm。桩帽应设置钢筋网片 35层，间距80150mm。 4.桩帽混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高12级，且不得低于c30。 图4.2-7是几种桩帽设计图，可供参考。对检

22、验性试验的工程桩的桩头 处理，经常以薄钢板圆筒作成加强箍与桩顶混凝土浇成一体，用高标 号沙浆将桩顶抹平。 试桩桩顶标高最好由检测单位根据自己的试验设备来确定，特别是对 大吨位静载试验更有必要。为便于沉降测量仪表安装，试桩顶部宜高 出试坑地面；为使试验桩受力条件与设计条件相同，试坑地面宜与承 台底标高一致。 图4.2-7 静载试验桩桩帽设计示意图（单位：） 4.2.8 试验方法试验方法 4.2.8.1 系统检查系统检查 4.2.8.2 试验加、卸载试验加、卸载 4.2.8.3 沉降观测沉降观测 4.2.8.4 终止加载终止加载 4.2.8.1 系统检查系统检查 在所有试验设备安装完毕之后，应进行

23、一次系统检查。方 法是对试桩施加一较小的荷载进行预压，其目的是消除整 个量测系统和被检桩本身由于安装、桩头处理等人为因素 造成的间隙而引起的非桩身沉降；排除千斤顶和管路中之 空气；检查管路接头、阀门等是否漏油等。如一切正常， 卸载至零，待百分表或位移传感器显示的读数稳定后，记 录初始读数，即可开始进行正式加载。 4.2.8.2 试验加、卸载方法试验加、卸载方法 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，其中第一级可取分级荷载的2倍。 在工业与民用建筑地基基础设计规范（tj7-74）中规定分级荷载 为单桩允许承载力的1/10，相当于极限承载力的1/

24、20。工业与民用 建筑灌注桩基础设计与施工规程（jgj4-80）规定分级荷载为预估 极限承载力的1/101/15，建筑地基基础设计规范（gb50007- 2002）规定加载分级不应小于8级，分级荷载宜为预估极限承载力的 1/81/10，建筑桩基技术规范（jgj94-94）规定分级荷载为预 估极限承载力的1/101/15。显然，不同规范包括其他行业标准对分 级荷载的取值规定是不完全一样的。一般来说，对工程桩的验收试验， 分级荷载可取大一些，对于指导设计的试桩试验宜取小一些，对于科 研性质的静载试验等，根据需要可以采用非等量加载，如将最后若干 级荷载的分级荷载减半。 2终止加载后开始卸载，卸载也应

25、分级进行，每级卸载量取加载时 分级荷载的2倍，逐级等量卸载。 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%。 4.2.8.3 沉降观测沉降观测 慢速维持荷载法沉降观测步骤应符合以下规定： 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.试桩沉降相对稳定标准：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. 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4.当试验达到

26、终止加载条件时即开始卸载。卸载时，每级荷载维持1h， 按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至 零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为第15、 30min，以后每隔30min测读一次。 快速维持荷载法的每级荷载维持时间至少1h（每级施加后按第5、15、 30min测读沉降量，以后每隔15min测读一次），是否延长维持荷载 时间应根据桩顶收敛情况而定。 4.2.8.4 终止加载条件终止加载条件 当出现下列情况之一时，即可终止加载： 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：当桩顶沉降量能相对稳定且总沉降量小 于40mm时，宜加载

27、至桩顶总沉降量超过40mm。）。 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。 已达到设计要求的最大加载量。 当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。 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。 由于地质条件的差异或成桩工艺的原因（如桩侧 泥皮过厚等），锚桩的实际抗拔力可能会小于计 算值，导致锚桩上拔量过大。公路桥涵地基与 基础设计规范（jtj024-1985）规定桥涵基桩 兼作锚桩时，其上拔量不得大于15mm。建筑行 业标准中未提出锚桩上拔量的允许值是多

28、少，事 实上，用作锚桩的工程桩，不得影响其用作为工 程桩的使用功能，这是验算锚桩拔力和控制锚桩 上拔量的前提条件，因此应考虑试验过程中锚桩 的上拔荷载与上拔量处于弹性工作状态，显然， 锚桩上拔量的允许值与其地质条件、桩长等因素 密切相关。可按短桩5、长桩10来控制，对 抗裂有要求的桩，应按抗裂要求验算锚桩的抗拔 承载力。 4.2.9 试验资料记录试验资料记录 静载试验资料应准确计录。试验前应收集 工程地质资料、设计资料、施工资料等， 填写桩静载试验概况表（见表4-2），概况 表包括三部分信息，一是有关拟建工程资 料，二是试验设备资料，三是受检桩试验 前后表观情况及试验异常情况的记录。试 验过程

29、记录表可按表4-3记录，应及时记录 百分表调表等情况，如果沉降量突然增大， 荷载无法稳定，还应记录桩“破坏”时的 残余油压值。 表4-2 桩静载试验概况表 工程名称 工程地点 建设单 位 委托单位 承建单位 质量监督机 构 设计单 位 勘察单位 监理单位 基桩施工单 位 结构形 式 层数 建筑面积 （） 工程桩总数混凝土设计强度等级 桩型持力层单桩承载力特征值（kn） 桩径（） 设计桩长 （m） 试验最大荷载（kn） 千斤顶编号及校 准公式 压力表编号 百分表编号 试验序 号 工程 桩号 试验前桩头观察情况试验后桩头观察情况 试验 异常 情况 1 2 3 4 其他情况说明： 表4-3 桩静载试

30、验记录表 工程名称： 试验日期： 桩号： 试验序号： 油压表 读数 （mpa） 荷 载 （ kn ） 读数时 间 时间间 隔 （min ） 读数（）沉降（） 备 表 1 表 2 表 3 表 4 表 5 本 累 计 4.2.10 试验数据分析试验数据分析 确定单桩竖向抗压承载力时，应整理荷载 沉降汇总表（参考表4-4），绘制竖向荷载- 沉降（q-s）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线， 需要时还应绘制s-lgq、 lgs-lgq 等其他辅 助分析所需曲线。 表4-4 桩静载试验结果汇总表 工程名称： 试验日期： 桩号： 试验序号： 序号 荷载（kn） 历时（min）沉降（mm） 本级累计本级累计

31、 4.2.10.1 单桩竖向抗压极限承载力的确定单桩竖向抗压极限承载力的确定 单桩竖向抗压极限承载力qu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， 单桩竖向抗压极限承载力取其发生明显陡降的起始点所对 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。 3.如果在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作 用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准，在这种情 况下，单桩竖向抗压极限承载力取前一级荷载值。 4.对于缓变型q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s=40mm 对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考

32、虑桩身弹性压缩 量；对直径大于或等于800mm的桩，可取s=0.05d对应的 荷载值。 桩身弹性压缩量可根据最大试验荷载时的桩身平均轴力、桩长l、横 截面积a、桩身弹性模量e，按l/ae来近似计算。桩身轴力一般按梯 形分布考虑（桩端轴力应根据实践经验估计），对于摩擦桩，桩身轴 力可按三角形分布计算（近似假设桩端轴力为零），对于端承桩，桩 身轴力可按矩形分布计算（近似假设桩端轴力等于桩顶轴力）。 对大直径桩，按q-s曲线沉降量确定，直径大于等于800mm的桩极限 承载力，取s=0.05d对应的荷载值。因为d800mm时定义为大直径 桩，当d=800mm，0.05d=40mm，这样正好与中、小直径

33、桩的沉降 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、特别是上部结构对桩基沉 降的要求有关。因此当按桩顶沉降量确定极限承载力时，尚应考虑上 部结构对桩基沉降的具体要求。 对于缓变型q-s曲线，根据沉降量确定极限承载力，各国标准和国内 不同规范规程有不同的规定，基本原则是尽可能挖掘桩的极限承载力 而又保证有足够的安全储备。 4.2.10.2 单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定 根据建筑基桩检测技术规范（jqj106-2003） 有关规定，单桩竖向抗压极限承载力统计值按以 下方法确定： 1.参加统计的试桩结果

34、，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。 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.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。 4.2.10.3 单桩竖向抗压承载力特征值的确单桩竖向抗压承载力特征值的确 定定 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。建筑地基基础设计 规范规定的单桩竖向抗压承载力特征值 是按单桩竖向抗压极限承载力统计值除以 安全系数2得到的。 4.2.11 桩的侧阻和端阻测试分析桩的侧

35、阻和端阻测试分析 当埋设有测量桩身应力、应变、桩底反力的传感 器或位移杆时，可测定桩周土分层侧阻力和桩端 土端阻力或桩身截面的位移量。由于试验成本较 高，主要用于大型、重点工程指导设计和进行科 研试验。随着现代化仪器的不断创新和发展，测 试水平的提高，使基桩的现场静载试验逐步完善。 试验时若埋设有桩底反力和桩身应力、应变、位 移等测量元件，可分析测定桩侧土的分层和抗压 磨阻力和桩底端阻。对竖向抗拔静荷载试验桩， 可得到桩侧土的分层抗拔摩阻力。对水平静荷载 试验桩，可求得桩身弯矩分布，最大弯矩位置等。 4.2.11.1 桩身内力测试桩身内力测试 基桩内力测试可采用电阻式应变计测量应变，弦式钢筋计

36、测量力，沉降杆测量位移， 也可采用滑动测微计。需要检测桩身某断面或桩底位移时，可在需要检测断面设置沉 降杆。各元件选用时，应使其量程、灵敏度、测量误差均能满足试验要求，这些元件 的使用、安装、埋设都有很严格的技术标准，试验时一定要认真对待。 当在桩身埋设电阻应变计或钢弦式传感器时，传感器宜放在两种不同性质土层的界面 处，以测量桩在不同土层中的分层摩阻力。在地面处（或以上）应设置一个测量断面 作为传感器标定断面。最上面和最下面的传感器埋设断面分别距桩顶和桩底的距离不 应小于1倍桩径。在同一断面处可对称设置24个传感器，当桩径较大或试验要求较高 时取高值。 1. 电阻式应变计 电阻式应变计是由电阻

37、应变片组合而成，可按全桥或半桥方式制作，宜优先采用全桥 方式。应变计的测量片和补偿片应选用同一规格同一批号的产品，按轴向、横向准确 地粘贴在钢筋同一断面上。测点的连接应采用屏蔽电缆，导线的对地绝缘电阻值应在 500m以上。使用前应将整卷电缆除两端外全部浸入水中1h，测量芯线与水的绝缘， 电缆屏蔽线应与钢筋绝缘，测量和补偿所用连接电缆的长度和线径应相同。 电阻应变片及其连接电缆均应有可靠的防潮绝缘防护措施，正式试验前，电阻应变片 及电缆的系统绝缘电阻不应低于200m。 电阻应变片主要是用来测量桩身的应变，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，桩身发生变形，粘贴在桩上应

38、变片的电阻也随之发生变 化，通过测量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。 电阻应变测量所用的电阻式应变仪宜具有多点自动测量功能，仪器的分辨力应优于或 等于1，并有存储和打印功能。 2. 混凝土预制桩和灌注桩中电阻应变计的制作方法 对混凝土预制桩和灌注桩中电阻应变计的制作和埋设可视具体情况采用以下 三种方法之一。 （1）在6001000mm长的钢筋上，轴向、横向粘贴四个（两个）应变片组 成全桥（半桥），经防水绝缘处理后，到材料试验机上进行应力应变关系 标定。标定时的最大拉力宜控制在钢筋抗拉强度设计值的60以内，经三次 重复标定，应力应变曲线的线性、滞后和重复性满足要求

39、后，方可采用。 应变计应在浇注混凝土前按指定位置焊接和绑扎（泥浆护壁灌注桩应焊接） 在主筋上，并满足规范对钢筋锚固长度的要求。固定后带应变片的钢筋不得 弯曲变形或有附加应力产生。 （2）直接将电阻应变片粘贴在桩身指定断面的主筋上，其制作方法及要求与 上面相同。 （3）将应变砖或埋入式混凝土应变测量传感器按产品使用要求预埋在预制桩 的桩身指定位置。 3. 弦式钢筋计 弦式钢筋计应按主筋直径大小选择，带有接长杆弦式钢筋计可直接焊接在桩 身的主筋上（不宜采用螺纹连接），并代替这一段钢筋的工作。仪器的可测 频率范围应大于桩在最大加载时的频率的1.2倍。使用前应对钢筋计逐个标定， 得出压力（推力）与频率

40、之间的关系。弦式钢筋计通过与之匹配的频率仪进 行测量，频率仪的分辨力优于或等于1hz。 4.2.11.2 桩身内力测试数据分析桩身内力测试数据分析 在各级荷载作用下进行桩顶沉降测读的同时，对桩身内力进行测试记录。 测试数据整理应符合下列规定： 1. 采用电阻应变计测量时，按下列公式对实测应变值进行导线电阻修正， 采用半桥测量时： （4-1） 采用全桥测量时： （4-2） 式中 修正后的应变值； 修正前的应变值； 导线电阻（）； 应变计电阻（）。 2. 采用弦式钢筋计测量时，将钢筋计实测频率通过率定系数换算成实测钢筋应力，由式4-3计算钢筋的应变。 （4-3） 式中 桩身第断面处的钢筋应力（kp

41、a）； 钢筋的弹性模量（kpa）； 桩身第断面处的钢筋应变。 3. 在数据整理过程中，应将零漂大、变化无规律的测点删除，求出同一断面有效测点的应变平均值。由于混凝土与钢筋笼是紧密地浇注在一起，他们同步变形，位移是连续 的，因此钢筋的应变即为桩身混凝土的应变，可按下式计算该断面处桩身轴力： （4-4） 式中 qi桩身第断面处轴力（kn）； 第断面处应变平均值； ai第断面处桩身截面面积（m2）； ei第断面处桩身材料弹性模量（kpa），当桩身断面、配筋一致时，宜按标定断面处的应力与应变的比值确定。 4. 按每级试验荷载下桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。再由桩顶极限荷载下对应的各

42、断面轴力值计算桩侧土的分层极限摩阻力和极限端阻力： （4-5） （4-6） 式中 qsi桩第断面与第+1断面间侧摩阻力（kpa）； qp桩的端阻力（kpa）； i桩检测断面序号，自桩顶以下从小到大排列； u桩身周长（m）； li第断面与第+1断面之间的桩段长（m）； qn桩端的轴力（kn）； a0桩端面积（m2）。 r r 1 r r 1 r r 1 r r 1 r r 1 r r 1 r r 1 4.2.11.3 滑动测微计测量桩身应变滑动测微计测量桩身应变 20世纪80年代初，瑞士联邦苏黎世科技大学 k.kovari教授等提出了线法监测原理，可以连续 监测相邻两点间的信息，如应变。 滑动测

43、微计主要由探头内含电感位移计和温 度传感器，电缆，用于数据采集、处理、存储的 控制器组成，探头的基准长度为1000mm，量程 为10mm，灵敏度为0.001，精度为0.003。与滑 动测微计配套的是pvc专用测管，需在成桩前预 埋，孔底密封，孔口加保护盖。pvc专用测管每 间距10001mm设置一个测环，测量时通过操作 杆将探头卡在两个相邻测环上，即可测量相邻两 点测环之间的应变，如图4.2-8。 图4.2-8滑动位移传感器测试示意图 图4.2-9 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 4.2.11.4 沉降杆

44、测量桩身（端）位移沉降杆测量桩身（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，如图4.2-9所示。外管固定在桩身，内管（测 杆）顶端高出外管100200mm，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。 4.3 单桩竖向抗拔静载试验单桩竖

45、向抗拔静载试验 4.3.1 试验目的试验目的 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。 4.3.2 破坏模式、极限状态破坏模式、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

46、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。 承受上拔荷载单桩的破坏形态可归纳为图4.3-1所 示的几种形态。 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： 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。

47、 桩自身因素的影响： 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，粗糙侧表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的1.7倍。 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。 图4.3-1 竖向抗拔荷载

48、作用下单桩的破坏形态 4.3.3 试验装置及其布置试验装置及其布置 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： 1.反力装置 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。反力架系 统应具有不小于1.2倍的安全系数，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，施加于地基的压应力不 宜超过地基承载力特征值的1.5倍；反力梁的支点重心应 与支座中心重合。 试验装置布置示意图如图4.3-2所示。 图4.3-2反力桩

49、（或工程桩）提供支座示意 图 a a 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 aa视图 力传感器 2.加载装置 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。 3.荷载测量装置 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

50、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。 4.上拔量测量装置 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

51、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4-1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。 4.3.4试验方法试验方法 4.3.4.1系统检查系统检查 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。 4.3.4.2

52、试验加、卸载方法试验加、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。 4.3.4.3 终止加载条件终止加载条件 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 0.9倍。 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。 4.3.5 试验资料记录试验资料记录 试验资料应准确记录。试验前应收集工程

53、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4-2和 表4-3的格式记录。 4.3.6 试验数据分析试验数据分析 4.3.6.1 单桩竖向抗拔极限承载力的确定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（u-）关系曲线和桩顶上 拔量-时间对数曲线（lgt）曲线。当上述 两种曲线难以判别时，可辅以 lgu曲线 或lgu lg 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： 1.根据上拔量随荷载变化

54、的特征确定：对陡变型u 曲线，取陡升起始点对应的荷载值（如图4.3- 3所示）。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 对位移的增大，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 即为桩的竖向抗拔极限承载力。 图4.3-3 陡变型u 曲线确定单桩竖向抗拔极限承载 力 2.根据上拔量随时间变化的特征确定 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

55、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，不能外推。 4.3.6.2 单桩竖向抗拔极限承载力统计值及单桩竖向抗拔极限承载力统计值及 特征值的确定特征值的确定 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。 4.4 单桩水平静

56、载试验单桩水平静载试验 4.4.1 试验目的试验目的 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

57、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。 4.4.2 试验装置及安装试验装置及安装 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。 4.4.2.1 加载装置加载装置 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，见图4.4-1，加载能力不得小于最大试验荷载 的1.2倍。用荷重传感器直接测定荷载大小，或用 并联油路

58、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 图4.4-1 锚桩反力装置及仪器测试示意图 4.4.2.2 反力装置反力装置 反力装置应根据现场条件选用，当专门设 置反力结构时，其承载能力和刚度应大于 试

59、验桩预估荷载的1.2倍。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。 图4.4-2 试桩影响区 4.4.2.3 水平位移测量装置水平位移测量装置 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。影响区见图4.4-2所示。在陆上试桩时可用入土1.5m 以上

60、的钢钎或型钢作为基准点，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10，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