单桩水平静载试验

2024-10-22

单桩水平静载试验（通用3篇）

单桩水平静载试验篇1

0 前言

对某些重要的建筑物桩基，必须考虑桩基在水平荷载作用下的承载力性能。桩在水平荷载作用下的桩土共同作用性状比在竖向荷载作用下要复杂得多[1]。桩基础在水平荷载作用下，其承载性能因桩的形式、几何尺寸、桩顶约束条件、桩身材料强度和地基工程地质特性等差异而不同。目前，根据地基反力假定的不同，对水平受荷桩的分析方法大致有三类[2]：一是用极限平衡法计算刚性短桩，假定承载力极限状态完全由桩侧土的屈服引起;二是弹性地基梁法，将横向受荷桩视为竖向的弹性地基梁，包括单一参数法，如张有龄法、m法、C法、K法和双参数法等;三是复合地基反力法，包括长尚法、竹下法、斯奈特科法和P-y法等。随着我国学者研究的进一步深入，目前的设计规范中，关于水平荷载作用下桩基的计算已呈现单一参数法向多参数法、线弹性法向非线性法发展的趋势。由于桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程，并且伴随工程地质条件复杂性及计算模型参数选取困难性等原因，采用上述方法计算结果的可靠性有时仍难以预计。

一般而言，对于安全等级要求较高的工程，设计人员一般采用原位测试方法确定桩基水平承载力[3,4]。但由于荷载装置、试桩费用、工程施工速度以及试验终止条件等制约，实际试桩往往不能达到破坏状态，所得的曲线是不完整的，不能直接得到单桩极限承载力。并且，很多情况下试桩是在桩基设计完成后进行，仅作为单桩承载力的验算与校核。从前人收集的数百根各种桩型试桩资料统计，绝大多数的试验结果达不到有关规范要求的极限承载力[4]。如何根据已获得的实测数据，合理地判定单桩的极限承载力是桩基工程设计中的重要问题，具有重大意义。因此，在实际应用和理论分析中，需要对曲线进行数学描述。例如当试桩未能加载至破坏状态时，可以利用曲线的数学描述公式预测极限荷载。若能较好地模拟静载试验的曲线，将有利于分析桩基在水平荷载作用下的工作机理和合理确定桩基的极限承载力，特别是能根据未加载至破坏的静载试验结果预估桩基的极限承载力和更深入地探讨桩土体系的荷载传递机理。

鉴于此，基于福州盆地3根PHC管桩和2根冲孔灌注桩水平静载试验结果，首先探讨两种不同形式桩基水平承载特性，然后应用直线模型、双曲线模型、幂函数模型、多项式模型，对试验数据进行曲线拟合分析，并根据拟合结果分析上述数学模型的优劣性。研究成果可以为今后同类地区水平受荷桩的设计与理论研究提供参考依据。

1 试验概况

基于福州盆地某具有代表性同一工程场地的3根PHC管桩和2根冲孔灌注桩水平静载试验数据和地质勘察报告，该工程场地地基土层自上而下分为：

(1) 素填土：灰黄色，松散，干～稍湿，厚度2.0～2.7m;

(2) 粉质粘土：灰黄色、灰色，稍湿，软塑～可塑，厚度5.6～9.2m;

(2) -1淤泥质粘土：灰色、深灰色，软塑状，厚度0.5～1.8m;

(3) 中粗砂：褐黄色，灰黄色，饱和，中密状～密实状，厚度0.8～2.5m;

(4) 残积砂质粘性土：浅红、灰黄等色，可塑～硬塑状态，湿，最大厚度9.9m;

(5) 全风化花岗岩：灰黄、灰白色，湿，厚度0～7.5m;

(6) 强风化花岗岩：灰黄色、灰白色，稍湿～湿，揭露厚度0～9.2m。

表1给出了上述5根试验桩基本资料，图1为试验桩P2剖面示意图。

2 水平承载性状

众所周知，单桩水平荷载位移关系取决于桩的材料与断面尺寸、入土深度、土质条件与桩顶约束及试验条件等因素。由图2可知，冲孔灌注桩和PHC管桩的单桩水平荷载位移既有相似之处，也有明显差异。相似之处是均为缓变递增型，差异之处是： (1) 冲孔灌注桩单桩水平荷载位移曲线呈双曲线和幂级数形态，PHC管桩呈直线形态; (2) 与PHC管桩相比，冲孔灌注桩单桩水平荷载位移曲线离散性较大，这可能与施工方式有关，PHC管桩是预制桩，材料及物理性能离散小，冲孔灌注桩是现场施工桩，材料及物理性能离散相对大。

诚然，尽管除了桩的材料与断面尺寸不同外，其它因素如土质条件、桩顶约束、入土深度及试验条件均接近的两种桩，其单桩水平荷载位移曲线也有着明显的差异。

3 数学模型描述

目前描述桩的荷载-位移关系曲线的数学模型较多[4,5,6,7]，主要有双曲线模型、指数模型、抛物线模型、幂函数模型、双曲线幂函数组合模型、Richards模型、多项式模型等。依据图2曲线所呈现出来的特性，本文仅选取直线模型、双曲线模型、幂函数模型、多项式模型进行拟合。

直线模型的方程式一般为：

式中，Q—桩顶水平荷载，kN;

s—桩顶水平位移，mm;

a1、a2—参数。

双曲线模型是应用最广泛的一类模型，它的方程式一般为：

式中，c1、c2为参数，其余参数意义同上。

幂函数模型也得到了一定的应用，它的方程：

式中，f1、f2、f3为参数，其余参数意义同上。

多项式模型的方程：

式中，p1、p2、p3为参数，其余参数意义同上。

4 拟合分析

桩现场试验资料是耗费大量人力、财力和时间获得的，是很难得的资料。目前缺乏对这些资料进行系统地再分析和挖掘。因此，充分利用已有的这些现场试验桩资料并建立数据库，研究桩基承载力和沉降性状，能克服桩基础理论与实际相脱离，在科学合理地进行桩基础设计方面起重要作用。

因此，本文利用3根PHC管桩和2根冲孔灌注桩现场试验资料，将它们的拟合结果和拟合图全部展示出来，见表2和图3。

从表2和图3可发现，对于PHC管桩，四种模型均能较好的拟合，且拟合精度都很高，直线模型拟合相关系数达0.994以上，双曲线模型拟合相关系数达0.992以上，幂函数模型拟合相关系数达0.993以上，多项式模型拟合相关系数达0.997以上。假如仅以拟合精度作为判断依据，显然多项式模型最优，但是其拟合趋势出现严重问题，即曲线的尾部出现上翘，这与工程上认为随着位移增大水平抵抗力趋于变缓的认识相悖。其余三种数学模型拟合精度接近，为了更好的区分其优越，以桩P2为例，比较拟合计算值与实测值之间误差，结果见表3。表3显示，对直线模型，桩P2水平荷载拟合值的相对误差为-7.53%～20.74%;对双曲线模型，相对误差为-5.63%～41.96%;对幂函数模型，相对误差为-6.39%～37.64%。由此可得出，对于PHC管桩水平荷载位移曲线，直线模型最优。

注：R1、R2、R3、R4分别为直线模型、双曲线模型、幂函数模型、多项式模型拟合的相关系数。

对于冲孔灌注桩，相对于双曲线模型和幂函数模型，直线模型和多项式模型具有较大的局限性。就拟合精度而言，双曲线模型拟合相关系数达0.982以上，幂函数模型拟合相关系数达0.997以上。为了进一步分析双曲线模型和幂函数模型的适用性，以桩C2为例，比较拟合计算值与实测值之间误差，结果见表4。表4显示，对双曲线模型，相对误差为-10.99%～18.91%;对幂函数模型，相对误差为-16.03%～9.96%。由此可得出，对于冲孔灌注桩水平荷载位移曲线，双曲线模型和幂函数模型最优。

5 结语

(1)冲孔灌注桩单桩水平荷载位移曲线呈双曲线和幂级数形态，PHC管桩呈直线形态。

(2)对PHC管桩单桩水平荷载位移曲线采用直线模型拟合效果最优，基于该数学模型的桩顶水平荷载计算值与实测值的误差一般为-7.53%～20.74%，说明用直线模型针对PHC管桩水平荷载位移曲线的拟合是较为精确和可靠的。

(3)双曲线模型和幂函数模型均能对冲孔灌注桩单桩水平荷载位移曲线进行合理拟合，基于双曲线模型的桩顶水平荷载计算值与实测值的误差一般为-10.99%～18.91%，基于幂函数模型的桩顶水平荷载计算值与实测值的误差一般为-16.03%～9.96%。

上述研究结果可供同类地区单桩水平极限承载力预测参考使用，但我们更应该看到，充分利用已有的现场试验桩资料，研究桩基承载性状并建立数据库，是克服桩基础理论与实际相脱离，科学合理地进行桩基础设计的关键。

参考文献

[1]江学良, 曹平, 付军.大直径嵌岩灌注桩水平荷载试验研究[J].工程勘察, 2009 (3) :16-20.

[2]马志涛.水平荷载下桩基受力特性研究综述[J].河海大学学报, 2006, 34 (5) :546-551.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[4]蒋建平, 高广运, 刘文白.扩底桩上拔荷载-位移曲线的Richards模型拟合研究[J].工程力学, 2009, 26 (5) :189-201.

[5]刘俊龙.双曲线法预测单桩极限承载力的讨论[J].岩土工程技术, 2001 (4) :206-217.

[6]许宏发, 钱七虎, 金丰年.描述抗拔桩荷载-位移曲线的幂函数模型[J].岩土工程学报, 2000, 22 (5) :549-554.

[7]党发宁, 刘娜, 何文安.西安地区单桩荷载传递双曲线模型与工程应用[J].岩土工程学报, 2007, 29 (9) :1428-1432.

CFG桩单桩复合地基静载试验篇2

1工程项目基本概况

北京某住宅区C3楼, 拟建建筑物地上32层, 地下2层, 框架剪力墙结构, 筏板基础, 设计要求采用CFG桩进行地基处理, 处理后复合地基承载力特征值600kPa, 其它参数如下:桩径为410mm, 桩间距为1.35m, 有效桩长为22m, 桩体砼强度等级为C20。

2场地工程地质情况简述

第四纪沉积层

粘质粉土、粉质粘土 (2) 层:承载力标准值为160kPa;

粉质粘土、粘质粉土 (2) 1层:承载力标准值为120kPa;

粉质粘土、粘质粉土 (3) 层:承载力标准值为140kPa;

粘质粉土、粉质粘土 (3) 1层:承载力标准值为190kPa;

细砂、粉砂 (4) 层:承载力标准值为250kPa;

粉质粘土、粘质粉土 (5) 层:承载力标准值为180kPa;

粘土、重粉质粘土 (5) 1层:承载力标准值为170kPa;

粘质粉土、砂质粉土 (5) 2层:承载力标准值为220kPa;

细砂、中砂 (6) 层:承载力标准值为300kPa;

圆砾 (6) 1层:承载力标准值为350kPa;

粉砂、砂质粉土 (6) 2层:承载力标准值为280kPa;

重粉质粘土、粉质粘土 (7) 层:承载力标准值为210kPa;

粉砂、砂质粉土 (7) 1层:承载力标准值为280kPa;

粘质粉土、粉质粘土 (7) 2层:承载力标准值为240kPa;

细砂、中砂 (8) 层:承载力标准值为350kPa;

粘土、重粉质粘土 (8) 1层:承载力标准值为220kPa;

重粉质粘土、粘土 (9) 层:承载力标准值为230kPa;

粘质粉土、砂质粉土 (9) 2层:承载力标准值为250kPa;

细砂、中砂 (10) 层:承载力标准值为380kPa;

重粉质粘土、粉质粘土 (10) 1层:承载力标准值为260kPa。

3场地工程地质情况简述

桩管垂直对准桩位 (活瓣桩靴闭合) ;

启动振动锤将桩管振动入土中, 达到设计深度, 使桩管周围的土进行挤密或挤压;

沉管过程中做好记录, 每沉1m记录电流表上电流一次, 对土层变化处予以说明;

从桩管上端的投料漏斗加入料, 数量根据试桩确定;

逐步拨管边振边拨管, 每拨管1.0m~1.5m停止拨管而继续振动, 停拨时间5~10s, 直至将管拨出地面。

4复合地基承载力的确定

在复合地基设计阶段, 地基规范规定:复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定, 或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定;地基处理规范规定:复合地基承载力特征值, 应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时, 也可按下式估算:

fspk=mRa/Ap+β (1-m) fsk (1)

式中:fspk为复合地基承载力特征值 (kpa) ;

m为面积置换率;

Ra为单桩竖向承载力特征值 (kN) ;

Ap为桩的截面积 (m2) ;

β为桩间土承载力折减系数, 宜按地区经验取值, 如无经验时可取0.75~0.95, 天然地基承载力较高时取大值;

fsk为桩间土承载力特征值 (kPa) , 宜按当地经验取值, 如无经验时, 可取天然地基承载力特征值。

在复合地基设计阶段, 确定复合地基设计参数时, 用公式 (1) 估算复合地基承载力是符合规范要求的。实际工程中, 有条件时先在拟建场地做现场载荷试验, 可为设计提供可靠的设计参数。而很多情况是在无试验资料条件下按 (1) 式估算复合地基承载力, 但要结合工程实践经验, 合理确定Ra、fsk、β等参数的取值。希望公式计算值接近但不大于载荷试验结果, 而大量试验结果表明, 公式计算结果一般不大于载荷试验结果。因此, 地基处理规范用强制性条文规定复合地基竣工验收时, 承载力检验应采用复合地基载荷试验确定。

5单桩复合地基静载荷试验

5.1目的

选取3个CFG桩单桩复合地基点, 试验目的是通过静载荷试验, 确定处理后的复合地基承载力能否满足设计要求。CFG

根据设计的桩间距, 试验采用1.82m2的圆形承压板。1.82m2

5.2试验装置

本次试验采用压重平台反力载荷装置, 堆载材料为砂袋。用钢梁搭设平台, 将配重均匀稳固地放置于平台上。平台中心位置下的桩顶上放置承压板。千斤顶稳固的放置于承压板上, 其活塞与主梁相连。平台中心、承压板中心、千斤顶底面中心与桩中心在同一铅垂线上。以此构成压重平台装置, 并保证试验时受力均匀及加载时的垂直度。

加载时, 通过压重平台装置提供反力, 用千斤顶在承压板上逐级加压, 用位移百分表测读每级荷载的沉降量。加载、补压、控载、判稳和测读记录沉降量均由仪器自动控制。

5.3试验方法

试验采用慢速维持荷载法。试验的最大荷载为1 200 kPa (2184kN) , 加载分9级, 首级加载量为最大荷载的2/10, 以后每级加载量为最大荷载的1/10。

每加一级荷载P, 在加荷前后各读计承压板沉降量s一次, 以后每半小时读记一次。当一小时内沉降量小于0.1mm时, 即可加下一级荷载。

卸载级数为加载级数的一半, 等量进行, 每卸一级荷载, 间隔半小时, 读记回弹量, 待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。

5.4终止加载条件

当出现下列现象之一时, 可终止试验:

1) 沉降急剧增大、土被挤出或压板周围出现明显的隆起;

2) 承压板的累积沉降量已大于其宽度或直径的6%;

3) 最大加载量已为设计要求压力值的两倍以上。

5.5资料整理及分析

根据静载荷实测资料, 本次参加试验的单桩复合地基测点的P~S和S~lgt关系曲线形态分析, 各试验点加荷至设计最大试验载荷值时, 均未出现破坏, 且未出现明显拐点和陡降段, 为一条完整连续的平缓光滑曲线, 每级沉降量基本均匀。根据本地基处理工程的类型和工程地质特点, 依据《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) 中有关确定单桩复合地基承载力特征值的规定:取沉降值s=0.01d (d为荷载板直径或边长) 所对应的荷载值作为该检测点的单桩复合地基承载力特征值, 同时特征值不应大于最大加载值的一半。因此, 确定3根桩的单桩复合地基承载力特征值均不小于600kPa。

参加试验的单桩复合地基承载力特征值的极差不超过平均值的30%, 根据《建筑地基处理技术规范》, 取其平均值600kPa为复合地基承载力特征值;通过静载荷试验, 桩土复合地基承载力特征值已达到600kPa的设计要求。600kPa

6结论

复合地基静载试验前, 首先做桩的低应变检测, 静载试验后再做低应变检测和桩顶部开挖探查, 这样对分析判断复合地基承载力能否满足要求也很有意义。

参考文献

[1]建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002) .北京:中国建筑工业出版社, 2002.