單樁靜載荷試驗(yàn)曲線

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

建藝分院建筑工程系1目錄任務(wù)1樁的分類與管樁施工任務(wù)2灌注樁施工與特點(diǎn)任務(wù)3

單樁承載力與樁基檢測(cè)任務(wù)4樁基礎(chǔ)驗(yàn)算26.3單樁承載力與樁基檢測(cè)3樁的分類與管樁施工單樁承載力分析；單樁承載力的確定；基樁承載力檢測(cè)；4（一）、單樁在軸向荷載作用下，樁身的截面位移、樁側(cè)的摩阻力分布以及軸力分布見(jiàn)下圖。一、單樁的承載力分析5（二）、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力

樁側(cè)摩阻力是樁截面對(duì)樁周土的相對(duì)位移的函數(shù)[qs=f(s)]，可用下圖中的曲線OCD表示，且常簡(jiǎn)化為折線OAB。AB段表示一旦樁土界面相對(duì)滑移超過(guò)某一極限值，側(cè)摩阻力將保持極限值不變。樁截面位移樁側(cè)摩阻力OCDAB6則側(cè)阻將隨深度線性增大。然而砂土中的模型樁試驗(yàn)表明，當(dāng)樁入土深度達(dá)到某一臨界值后，側(cè)阻就不隨深度增加了，這個(gè)現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)。

綜上所述，樁側(cè)極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質(zhì)、成樁方法等許多因素有關(guān)。7

但是，樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限值所需的樁土滑移極限值則與土的類別有關(guān)、而與樁徑大小無(wú)關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)資料約為4~6mm（對(duì)粘性土）或6~10mm（對(duì)砂類土）。8

單樁受荷過(guò)程中樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側(cè)阻力，而且其充分發(fā)揮所需的樁底位移值比樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限所需的樁身截面位移值大的多。根據(jù)小型樁試驗(yàn)所得的樁底極限位移值，對(duì)砂類土約為d/12~d/10，對(duì)粘性土約為d/10~d/4（d為樁徑）。因此，對(duì)工作狀態(tài)下的單樁，其樁端阻力的安全儲(chǔ)備一般大于樁側(cè)摩阻力的安全儲(chǔ)備。9

單樁靜載荷試驗(yàn)所得的荷載—沉降（Q~s）關(guān)系曲線可大體分為陡降型（A）和緩變型（B）兩類形態(tài)。單樁的荷載—沉降曲線10

對(duì)樁底持力層不堅(jiān)實(shí)、樁徑不大、破壞時(shí)樁端刺入持力層的樁，其曲線多呈“急進(jìn)破壞”的陡降型，相應(yīng)于破壞時(shí)的特征點(diǎn)明顯，據(jù)之可確定單樁極限承載力。

對(duì)樁底為非密實(shí)砂類土或粉土、清孔不凈殘留虛土、樁底面積大、樁底塑性區(qū)隨荷載增長(zhǎng)逐漸擴(kuò)展的樁，則呈“漸進(jìn)破壞”11的緩變型，其曲線不具有表示變形性質(zhì)突變的明顯特征點(diǎn)，因而較難確定極限承載力。為了發(fā)揮這類樁的潛力，其極限承載力宜按建筑物所能承受的最大沉降確定。換句話說(shuō)，這類樁的承載力極限狀態(tài)是受“不適于繼續(xù)承載的變形”制約的。12單樁豎向承載力（bearingcapacityofasinglepile）：指單樁在豎向外荷載作用下，不喪失穩(wěn)定、不產(chǎn)生過(guò)大沉降時(shí)的最大荷載?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）規(guī)定：?jiǎn)螛敦Q向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以安全系數(shù)后的承載力值為單樁豎向承載力特征值。二、單樁豎向承載力的確定13

單樁極限承載力Ru由總極限側(cè)阻力Rsa和總極限端阻力Rpa組成，若忽略二者間的相互影響，可表示為：式中l(wèi)i

、up——樁周第i層土厚度和相應(yīng)的樁身周長(zhǎng)；單樁豎向承載力的確定14由于土體因打樁擾動(dòng)而降低的強(qiáng)度有待隨時(shí)間而恢復(fù)，在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，樁設(shè)置后開(kāi)始載荷試驗(yàn)所需的間歇時(shí)間：對(duì)于砂類土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，飽和軟粘土不得少于25天。

15

在同一條件下，進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)的樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1%，工程樁總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根，其他情況不應(yīng)少于3根。

關(guān)于單樁豎向靜載（抗壓）試驗(yàn)的方法、終止加載條件以及單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定詳見(jiàn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—94。16（一）單樁豎向極限承載力（靜載荷試驗(yàn)法）靜載荷試驗(yàn)法

錨樁橫梁反力裝置

17單樁豎向極限承載力（靜載荷試驗(yàn)法）靜載荷試驗(yàn)法堆載反力裝置

18堆載反力裝置

單樁豎向極限承載力（靜載荷試驗(yàn)法）19試驗(yàn)時(shí)加載方式通常有慢速維持荷載法、快速維持荷載法、等貫入速率法、等時(shí)間間隔加載法以及循環(huán)加載法等。工程中最常用的是慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載值為預(yù)估極限荷載的l／10～1／15，第一級(jí)荷載可雙倍施加。每級(jí)加荷后間隔5，10，l5，15，15，30，30，30min…測(cè)讀樁頂沉降。當(dāng)每小時(shí)的沉降不超過(guò)0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可施加下一級(jí)荷載。單樁豎向極限承載力（靜載荷試驗(yàn)法）20試驗(yàn)結(jié)果與承載力的確定單樁靜載荷試驗(yàn)曲線

單樁豎向極限承載力（靜載荷試驗(yàn)法）21（1）、原型試驗(yàn)法

通過(guò)埋設(shè)各類測(cè)試元件可獲得樁身軸力、樁側(cè)阻力、樁端阻力、荷載—沉降關(guān)系等諸多資料。對(duì)地基土進(jìn)行原位測(cè)試，利用樁的靜載荷試驗(yàn)與原位測(cè)試參數(shù)間的關(guān)系，確定樁的側(cè)阻力和端阻力。常用的原位測(cè)試法有靜力觸探法(CPT)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法(SPT)、旁壓試驗(yàn)法(PMT)。

Ra、qsai

、qpa的確定通常采用下列幾種方法：22靜力觸探試驗(yàn)探頭電測(cè)裝置靜力加壓裝置qcfsiQuk

=u∑Liβifsi+αqcApfsi

—樁側(cè)摩阻力平均值；qc—樁端阻力平均值；α—樁端阻力修正系數(shù)；βi

—第i層土摩阻力修正系數(shù)；u—樁身周長(zhǎng)；Li—第i層土內(nèi)樁身長(zhǎng)度。（二）靜力觸探法23單樁豎向極限承載力（靜力觸探法）單橋探頭雙橋探頭當(dāng)根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，若無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)可按下式計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+

psk

Ap

當(dāng)根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對(duì)于粘性土、粉土和砂土，如無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可按下式計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk=u∑liβfsi+αqc

Ap

24根據(jù)樁的工作原理，樁的承載力包括樁端土對(duì)樁端支承作用和樁四周土對(duì)樁端摩擦作用?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）規(guī)定，當(dāng)根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式估算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpk

Ap

（三）按經(jīng)驗(yàn)公式估算25（三）按經(jīng)驗(yàn)公式估算用于初估單樁承載力特征值及樁數(shù)：Quk

=Qsk+Qpk=up∑liqsik+qpkApqsik

—樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk—樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁承載力特征值：Ra=Qu/21.按單樁極限承載力確定單樁承載力特征值2.按土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)確定單樁承載力特征值Ra=up∑liqsia+qpaAp26（四）單樁水平承載力單樁水平承載力取決于樁的材料與斷面尺寸、入土深度、土質(zhì)條件及樁頂約束條件等因素。樁水平承載力一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定，也可用理論方法確定。水平靜載荷試驗(yàn)確定（設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑樁基）公式計(jì)算確定27（五）單樁抗拔承載力高聳建（構(gòu)）筑物、受地下水浮力作用的地下結(jié)構(gòu)物等樁基受上拔力作用。單樁抗拔承載力由抗拔靜載荷試驗(yàn)確定。注：?jiǎn)螛犊拱纬休d力特征值取極限承載力的1/2。28（五）樁身材料驗(yàn)算1.鋼筋混凝土樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)值Q=φ（fcAp+fyAs)fc—樁身混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fy—主受力鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Ap

、As—樁身及樁縱向鋼筋斷面積；φ—樁縱向彎曲系數(shù)，一般φ=1.0，高承臺(tái)樁φ=0.25~1.0。2.混凝土樁豎向抗壓承載力設(shè)計(jì)值Q≤ψcfcApψc—工作條件系數(shù)，預(yù)制取0.75，灌注取0.6~0.7。29（一）、樁基檢測(cè)目的：三、基樁檢測(cè)30（二）、樁基檢測(cè)技術(shù)分類31（三）、樁基檢測(cè)特點(diǎn)：靜力試樁法：（靜載荷試樁法）32動(dòng)力試樁法：低應(yīng)變法：（三）、樁基檢測(cè)特點(diǎn)：33動(dòng)力試樁法：高應(yīng)變法（三）、樁基檢測(cè)特點(diǎn)：34（四）、靜力試樁法：基本概念：目前，國(guó)內(nèi)外使用較普遍的樁基檢測(cè)技術(shù)主要有：（一）靜載荷試驗(yàn)法這是最傳統(tǒng)的樁基檢測(cè)方法，但目前仍是最基本、最可靠的方法。發(fā)展：大噸位試驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)不少單位可以從事30000KN以上噸位的加載。35靜力試樁法（靜載荷試樁法）堆載法錨樁反力梁法分類：按載荷方式分：堆載法、錨樁反力梁法；按加載方向分：豎向抗壓、豎向抗拔、水平靜載試驗(yàn)。36檢測(cè)目的：確定單樁豎向抗壓極限承載力，判斷豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)樁身內(nèi)力及變形測(cè)試，測(cè)定樁側(cè)、樁端阻力，驗(yàn)證高應(yīng)變法的單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)時(shí)間：樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。休止期：砂土——7d;粉土——10d；非飽和粘土——15d；飽和粘土——25d；單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)靜力試樁法（靜載荷試樁法）3738靜力試樁法——單樁豎向抗拔檢測(cè)目的：確定單樁豎向抗拔極限承載力，判斷豎向抗拔承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)樁身內(nèi)力及變形測(cè)試，測(cè)定樁的抗拔摩擦力。檢測(cè)時(shí)間：樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。休止期：砂土——7d;粉土——10d；非飽和粘土——15d；飽和粘土——25d；單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)39管樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)40檢測(cè)目的：確定單樁水平臨界極限承載力，推定土抗力參數(shù)，判斷水平承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)樁身內(nèi)力及變形測(cè)試，測(cè)定樁身彎矩和撓曲。檢測(cè)時(shí)間：樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。休止期：砂土——7d;粉土——10d；非飽和粘土——15d；飽和粘土——25d；靜力試樁法（靜載荷試樁法）單樁水平靜載試驗(yàn)41靜力試樁法（鉆樁取芯試驗(yàn)法）檢測(cè)目的：樁身完整性及樁端持力層情況為檢測(cè)目的；檢測(cè)灌注樁樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度，判定或鑒別樁端巖土性狀，判定樁身完整性類別（見(jiàn)下圖）42（五）、動(dòng)力試樁法（高應(yīng)變法）原理與分類：43在動(dòng)態(tài)的沖擊荷載作用下,由于樁身瞬時(shí)的動(dòng)應(yīng)變峰值和靜載試驗(yàn)至極限承載力時(shí)的靜應(yīng)變大體相當(dāng)，采集樁頂附近有代表性的樁身軸向應(yīng)變（或內(nèi)力）和樁身運(yùn)動(dòng)速度（或加速度）的時(shí)程曲線，再用一維波動(dòng)方程進(jìn)行分析，可推算樁四周對(duì)樁的阻力分布和土的其它力學(xué)參數(shù)；在充分的沖擊作業(yè)下，可獲得巖土對(duì)樁的極限阻力。

（五）、動(dòng)力試樁法（高應(yīng)變法）4445（五）、動(dòng)力試樁法（低應(yīng)變法）雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)于這種方法的研究未見(jiàn)本質(zhì)性的進(jìn)展，但在實(shí)用和普及方面國(guó)內(nèi)卻有較大提高。主要的是表現(xiàn)在許多管理部門已開(kāi)始認(rèn)真總結(jié)應(yīng)力波反射法完整性檢測(cè)的得與失，開(kāi)始使這種方法的應(yīng)用回歸到一種正常的位置。如廣東省正在將這種方法定位于為后續(xù)檢測(cè)提供前期技術(shù)準(zhǔn)備，這種定位已與該方法的解決問(wèn)題的真實(shí)能力完全對(duì)應(yīng)。4647反射波法及其實(shí)例完整樁波形示意圖48反射波法及其實(shí)例縮頸樁波形示意圖49反射波法及其實(shí)例擴(kuò)頸樁波形示意圖50反射波法及其實(shí)例夾泥或離析樁波形示意圖51反射波法及其實(shí)例斷裂樁波形示意圖52（六）、動(dòng)靜法（擬靜力法）鑒于高應(yīng)變動(dòng)力試樁法力的作用時(shí)間過(guò)短（小于10ms），樁只能被視為彈性體進(jìn)行分析，國(guó)外有人提出了一種動(dòng)靜法，采用技術(shù)將力的作用時(shí)間延長(zhǎng)（大于100ms），使沿樁身傳播的應(yīng)力波波長(zhǎng)大于實(shí)際樁長(zhǎng)，進(jìn)而將樁視為剛體，回避了應(yīng)力波的傳播問(wèn)題。應(yīng)該說(shuō)這種方法既克