《桩基勘察》PPT课件.ppt

1,第2章桩基勘察教学目的：掌握桩基工程勘察的目的、岩土工程勘察的分级及相应的勘察方法等；工程勘察报告的编写、阅读及桩基设计时应考虑的因素、桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议等。教学重点：1.桩基工程勘察的目的(弄清场地工程地质和水文地质条件，查明场地各层岩土的类型、深度、分布特征和变化规律,选择桩端持力层，查明不良地质条件，提供桩侧及桩端阻力特征值)；2.岩土工程勘察的分级(由工程重要性、场地复杂程度及地基复杂程度三个方面确定)及相应的勘察方法；3.勘探点平面和深度的设置原则；4.岩土的工程分类;5.岩土工程勘察报告的编写及内容；6.岩土工程勘察报告的阅读方法；7.桩型选择和桩基优化方法及基坑开挖建议。,2,2.1 概 述,工程建设的基本顺序可归纳为勘察设计施工监理反馈设计（信息化施工）。所以桩基工程勘察是桩基工程设计施工的前提条件。设计施工人员必须详细阅读勘察报告，了解场地工程地质条件。工程建设采用桩基，必须首先根据上部结构的荷载要求和桩基的受力性状做好桩基岩土工程勘察工作。桩基工程勘察应围绕解决合理选择持力层，正确提供桩侧摩阻力和桩端阻力特征值，正确估计沉桩可能性，提出桩型选择和桩基设计施工建议等主要问题来制定方案和进行勘察工作。本章将重点介绍桩基工程勘察的目的、岩土工程勘察分级及相应的勘察方法、勘探点平面和深度设置原则、岩土的工程分类、岩土参数的物理意义、工程勘察报告编写及内容、勘察报告的阅读及桩基设计应考虑的因素、桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议等方面的内容。,3,2.2 桩基勘察目的,桩基勘察在按常规要求弄清场地工程地质和水文地质条件的同时，要着重注意解决以下主要问题：1.查明场地各层岩土的类型、深度、分布特征和变化规律 查清各土层的深度分布有利于桩型的比较、软弱下卧层的变形验算及持力层选择。2.合理选择桩端持力层并画出持力层等高线变化图 桩端持力层指地层剖面中能对桩起主要支承作用的土(岩)层。无论何类桩型，都有合理选择桩端持力层的问题，即便是摩擦桩，亦有将桩端选择在桩侧阻力相对较大的地层上的问题。设计上经济合理除了要选择好持力层，要求勘察人员除按成因类型和岩性分层外，还要求细致地作好力学分层。当采用基岩做桩持力层时，应查明岩性、构造、岩面变化、风化程度、碎石带、洞穴等。桩端持力层应根据地质条件，上部结构荷载特点和施工工艺并依据安全性、经济性来综合确定。,4,3.查明水文地质条件，评价地下水对桩基影响以及对混凝土的侵蚀性 地下水是否丰富、是否有为承压水对桩基的施工影响很大，地下水水质情况对钢筋混凝土的腐蚀性需要进行综合评价，并在设计中采取相应措施。4.查明不良地质条件（如滑坡、崩塌、泥石流及液化等）和防治措施 当地下土层具有软弱夹层等滑坡条件或桩端持力层高差起伏很大时，还需要在设计时考虑桩基的稳定性。5.正确提供单位面积桩侧阻力和桩端阻力特征值 桩侧阻力和桩端阻力是桩基设计的关键参数。目前，国内主要是根据土的状态(黏性土)和密度(砂土、碎石土)按有关规范(国家规范和地区性规范)查表确定，这些表格来源于大量桩的载荷试验和工程实践经验，是可信和合理的，但在实际选用中要注意避免过于机械、简单化的倾向。理论和工程实践表明，桩侧阻力和桩端阻力不仅决定于土的状态和密度，它们与桩的长径比Ld、侧阻力、端阻力的发挥过程有密切的关系，桩的嵌入深度、施工方法、残渣厚度对桩承载力亦有很大影响。岩土工程师在提供单位面积桩侧摩阻力和桩端阻力标准值建议时应充分认识、考虑这些因素。设计和施工人员在使用时也要综合应用。,5,6.正确估计沉桩可能性 当根据地质条件、土层情况和上部结构荷载特点选用了某层作为桩端持力层时，还要充分考虑桩是否能顺利地达到所选择的持力层。对于预制桩，当选择了下部适宜的持力层，若上部分布有比较厚且较密实的砂层时，必须充分研究和判断打入或压入桩的可能性。一般是根据土的标贯击数、静力触探比贯入阻力和已有地区经验进行判断，必要时还需进行试打或试压。对于钻孔灌注桩，当持力层上有很差的淤泥层时，应充分估计和研究钻孔灌注桩钻进和水下浇灌混凝土过程中，有无缩颈和断桩的可能性。当上部土层有可液化的砂土层时一般应避免采用锤击式的夯扩灌注桩等桩型。7.提出单桩竖向承载力特征值和桩型选择的建议 在充分研究上述问题之后，岩土工程勘察报告除提供各岩土层物理力学性质等参数，以及摩阻力、端阻力的建议值外，最后应提供本场地宜选桩基的类型及各种规格的单桩竖向承载力特征值供设计使用。设计单位在选定桩型时要充分考虑上部结构的荷载特点、建（构）筑物的沉降要求、平面布桩形式、施工难易程度、经济性、安全性及发挥桩土力学性能等诸方面综合平衡，并至少选择三种方案相互比较，优化确定最终方案。,6,2.3 岩土工程勘察分级及相应的勘察方法,岩土工程勘察分级 岩土工程勘察等级的划分是根据工程重要性、场地复杂程度及地基复杂程度三个方面确定的，因此首先来看一下这三个方面的等级划分。,7,8,9,10,11,2.3.2 岩土工程勘察点线距布置方法,12,13,2.4 勘探点平面和深度设置原则,14,15,16,17,2.5 岩土的工程分类建筑物大多是建造在岩土层上的，地基岩土的好坏直接影响到建筑物的安全性和处理方式，因此对岩土的工程性状必须要有全面的了解。在工程建设中有必要对岩石和土进行工程分类，以便在工程建设和理论研究中对不同土进行合理安全地处理和基础设计。我国岩土工程勘察规范和建筑地基基础设计规范对岩石与土的工程分类如下：,18,19,20,21,2.5.2 土按堆积年代分类 土按堆积年代分类可以分为老黏性土、一般黏性土和新近堆积的黏性土。1.老黏性土 老黏性土是指第四纪晚更新世(Q3)及其以前堆积的土。它是一种堆积年代久、工程性质较好的土，一般具有较高强度和较低压缩性。主要指广泛分布于长江中下游的晚更新世下属系黏土(Q3)、湖南湘江两岸的网纹状黏性土(Q3)和内蒙古包头地区的下亚层土(Q3)。2.一般黏性土 一般黏性土是指第四纪全新世(Q4文化期以前)堆积的黏性土。其分布面积广，工程性质变化很大，是经常遇见的岩土工程勘察对象。其压缩模量一般小于15MPa；标准贯入锤击数N多小于15击；多属于中等压缩性。其他物理力学性质指标则变化较大。黏粒(d0.005mm)含量一般达15以上，透水性低，而灵敏度高，作为建筑物的天然地基应注意其可能会产生不均匀沉降。3.新近堆积的黏性土 新近堆积的黏性土（是指文化期以来堆积的黏性土，一般为欠固结，强度低。,22,2.5.3 土按地质成因分类 土按地质成因分类可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。2.5.4 土按颗粒级配或塑性指数分类 岩土工程勘察规范(GB500212001)、建筑地基基础设计规范(GB50072002)中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。,23,24,25,26,27,2.6 岩土参数的物理意义 在一份地质勘察报告中，各层土通常有以下一些岩土参数。,28,2.6.1 土的基本物理性质指标表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。,29,30,31,2.6.2 黏性土的塑性指数和液性指数,32,33,2.6.3 压缩系数与压缩模量,34,2.6.4 黏聚力与内摩擦角土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗剪应力的潜在能力剪阻力，它随着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就达到了极限。这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏。随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。决定无黏性土强度的主要因素是其颗粒间的紧密状态，决定黏性土强度的主要因素是其软硬程度。,35,36,2.6.5 单位面积桩侧摩阻力特征值与端阻力特征值,37,38,39,40,3.现场原状地基土载荷试验法，包括浅层载荷试验，深层载荷试验及桩端岩基载荷试验等。平板荷载试验发生整体剪切破坏的地基，从开始承受荷载到破坏，其变形发展的过程可分成三个阶段：,41,42,2.7 工程勘察报告编写及内容,工程勘察报告必须配合相应的勘察阶段，针对建筑场地的地质条件、建筑物的规模、性质及设计和施工要求，对场地的适宜性、稳定性进行定性和定量的评价，提出选择建筑物地基基础方案的依据和设计计算的参数，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。工程勘察报告包括文字报告和图表。,43,2.7.1 文字报告基本要求1.工程勘察报告所依据的原始资料，应进行整理、检查、分析，确认无误后方可使用。2.工程勘察报告应资料完整、真实准确、数据无误、图表清晰、结论有据、建议合理、便于使用和适宜长期保存，并应因地制宜，重点突出，有明确的工程针对性。3.岩土工程勘察报告应根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况编写，并应包括下列内容：1）勘察目的、任务要求和依据的技术标准；2）拟建工程概况；3）勘察方法和勘察工作布置；4）场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；,44,5）各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；6）地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；7）土和水对建筑材料的腐蚀性；8）可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价；9）场地稳定性和适宜性的评价。4.岩土工程勘察报告应对岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证，提出建议；对工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题进行预测，提出监控和预防措施的建议。5.对岩土的利用、整治和改造的建议，宜进行不同方案的技术经济论证，并提出对设计、施工和现场监测要求的建议。,45,6.任务需要时，可提交下列专题报告：1）岩土工程测试报告；2）岩土工程检验或监测报告；3）岩土工程事故调查与分析报告；4）岩土利用、整治或改造方案报告；5）专门岩土工程问题的技术咨询报告。7.勘察报告的文字、术语、代号、符号、数字、计量单位、标点，应符合国家有关标准规定。8.对丙级岩土工程勘察的成果报告内容适当简化，采用以图表为主，辅以必要的文字说明；对甲级岩土工程勘察的成果报告除应符合本节规定外，尚可对专门性的岩土工程问题提交专门的试验报告、研究报告或监测报告。,46,2.7.2 图表要求根据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）,成果报告应附下列图件：1）勘探点平面布置图；2）工程地质柱状图；3）工程地质剖面图；4）原位测试成果图表；5）室内试验成果图表；6）桩持力层等高线图。当需要时，尚可附综合工程地质图、综合地质柱状图、地下水等水位线图、素描、照片、综台分析的图表以及岩土利用、整治和改造方案的有关图表、岩土工程计算简图及计算成果图表等。,47,2.7.3 工程勘察报告提供的参数,48,2.8 勘察报告的阅读及桩基设计应考虑的因素,为了充分发挥勘察报告在设计和施工中的作用，必须重视对勘察报告的阅读和使用。阅读时应先熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和计算指标的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，做到正确使用勘察报告。需要把场地的工程地质条件与拟建建筑物具体情况和要求联系起来进行综合分析。工程设计与施工，既要从场地和地基的工程地质条件出发，也要充分利用有利的工程地质条件。,49,2.8.1 场地稳定性评价 地质条件复杂的地区，综合分析的首要任务是评价场地的稳定性，其次才是地基的强度和变形问题。场地的地质构造(断层、褶皱等)、不良地质现象(泥石流、滑坡、崩塌、岩溶、塌陷等)、地层成层条件和地震等都会影响场地的稳定性。在勘察中必须查明其分布规律、具体条件、危害程度。在断层、向斜、背斜等构造地带和地震区修建建筑物，必须慎重对待，对于宜避开的危险场地，不宜进行建筑。但对于已经判明为相对稳定的构造断裂地带，还是可以选作建筑场地的。实际上，有的厂房大直径钻孔桩还直接支承在断层带岩层上。在不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁的地区，如不得不在其中较为稳定的地段进行建筑，也须事先采取有力措施、防范于未然，以免中途改变场地或花费极高的处理费用。对于桩端高差起伏的硬持力层，桩基全断面入持力层必须达到一定的深度后才能防止滑移。总之，桩基设计要考虑稳定性问题。,50,2.8.2 桩基持力层的选择对不存在可能威胁场地稳定性的不良地质现象的地段，地基基础设计应在满足地基承载力和沉降这两个基本要求的前提下，尽量采用比较经济的浅基础，这时，地基持力层的选择应该从地基、基础和上部结构的整体性出发，综合考虑场地的土层分布情况和土层的物理力学性质，以及建筑物的体型、结构类型和荷载的性质与大小等情况。当天然地基承载力不能满足上部结构荷载时，需要采用桩基，通过桩基将上部结构的荷载传递到下部坚硬的地层中，这一地层就是桩基的持力层。桩基持力层的选择要做到安全性、经济性、施工方便性和发挥桩土性能诸方面相结合。桩基持力层选择必须要首先考虑上部结构传递单桩的承载力和变形要求。总之，桩基持力层的选择既要满足房屋安全需要，又要经济合理，施工方便快速。,51,2.8.3 选择桩基的环境因素一般情况下，桩基础在成桩过程中将对周围环境产生影响，不同桩型、不同桩长、不同施工工艺对环境的影响大小不同。1.一般打入式桩和振动桩在施工时会产生较大的震动，容易影响周围建筑物的安全，造成邻近的浅基础的建筑物发生裂缝、倾斜等，或影响精密仪器的使用。2.在预应力管桩和预制方桩施工中，如施工方法不当或未采取有效措施会造成不同程度的挤土，从而引起地面隆起和侧移，威胁其他建筑物的安全。同时后打的桩也会影响已经沉入土中的桩，使其上浮、脱节或偏位倾斜。所以在打桩施工前应根据土质条件、场地情况和布桩方式选取合适的桩型、沉桩方法和打桩顺序，以尽量减少此类影响。如采取取土植桩、重锤轻击、预钻应力释放孔、合理调整打桩顺序和打桩节奏，同时加强监测反馈指导打桩。3.钻孔桩施工中泥浆是护壁的重要手段。但泥浆对环境影响很大，选择桩型时必须要有泥浆循环通道和排放的空间，最好选用箱式内循环装置以防止泥浆外溢。4.城市场地地下往往有老基础、老堤坝、老管线、老桩基等障碍物，在选择桩型时必须要考虑如何排除避开这些障碍物。5.选择桩型前必须了解场地周边环境条件，包括周边的老房子的结构基础形式和安全性、周边道路管线特点及埋深、周边河道情况、周边地下水位情况、设计桩顶标高情况及地下室的开挖深度等，这样才能有针对性地选择对本场地施工最优的桩型。总之，所选桩型要在满足房屋安全需要条件下，尽可能减少对周边环境的影响。,52,2.9 桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议,根据所设计的上部结构类型、荷载特点、地质情况和周边的环境条件及施工可行性选择最优的桩型并做经济合理性优化分析。桩端持力层确定原则桩基础设计的第一步，就是根据场地勘察报告中地质土层剖面情况，结合建筑物结构类型、荷载情况、施工方便等因素，选择桩端持力层。应尽可能使桩支承在承载力相对较高的坚实土层上。1.钻孔灌注桩一般直径比较大且单桩竖向承载力较高，上部结构荷载相对较大，所以桩端持力层一般应至少选择在砂性土，并以粗颗粒的砾石、卵石、漂石做持力层且采用桩端后注浆为好。如荷载很大，一般应将桩端持力层选在中风化基岩中（如强风化基岩特别厚且性能好也可以选择强风化岩做为桩持力层）。钻孔灌注桩一般不宜选择软弱土层做桩端持力层。人工挖孔桩一般为短桩且一般只计算端承力，所以桩端持力层应选择在较硬的基岩中。,53,2.预应力管桩（预制方桩）属于挤土型桩，施工方式有锤击打入式和压入式（顶压、抱压）两种。桩端持力层一般根据上部结构的荷载特点、分配到各桩的单桩竖向承载力和地质条件及施工难易程度来确定。对荷载不大时可以采用本地区的第一层持力层（至少为黏土层）做桩的持力层同时做下卧层的变形验算，一般不应采用软弱土层做桩持力层。对于高层建筑一般应至少采用砂性土地层做桩端持力层，当然能选择砾石层或全风化、强风化岩层做为持力层更好。对于选择桩端很硬的岩层做持力层时，要控制单桩的总锤击数和最后贯入度，以免造成桩身被打碎。对于挤土型的桩，在打桩时要预先采取防挤土的措施。,54,3.沉管灌注桩属于挤土桩，施工方式有锤击打入式、振动打入式和静压振入式三种。挤土问题和混凝土灌注质量问题是主要的问题，但由于沉管灌注桩桩径较小，单桩竖向承载力不高，桩长不长，所以桩基持力层往往根据地质条件来确定。有好的持力层更好，若没有好的持力层则只能采用摩擦桩，设计时要注意控制整体沉降量。4.一般地，桩端持力层下有软弱下卧层时，必须验算群桩基础的沉降量。5.当桩端持力层起伏时，要画出桩持力层顶板等高线图并以此作为设计桩长控制。,55,2.9.2 用地质资料估算单桩竖向极限承载力,56,全国桩基技术规范的推荐数据，是统计平均数据。我国幅员辽阔，各地地质条件相差很大，各种土的岩土力学参数也不一样，在提供参数和使用参数时必须结合当地的地区经验综合确定桩基的设计参数。同时通过桩基的现场静载试验结果来修正勘察数据。2.9.3 桩基优化建议 根据初选不同的桩型和桩长桩径进行安全性、经济合理性、施工可行性综合分析，提出拟建建筑物在现地质条件下的桩基优选方案及设计参数。2.9.4 基坑开挖建议 桩基础深埋于地下，一般都要进行基坑开挖才能做基础。所以在桩基工程勘察中，要根据本场地地质条件和基础埋置深度合理提出基坑开挖支护设计方案的建议，并提供基坑设计参数和施工注意事项。,57,思考题2-1 桩基勘察的目的是什么？主要用来解决哪些问题？2-2 岩土工程勘察等级如何划分？桩基工程勘察的点线间距如何确定？2-3 桩基工程勘探点平面和深度设置有哪些原则？2-4 岩石如何分类？土按堆积年代、地质成因、颗粒级配、塑性指数以及有机质含量各分为哪几类?2-5 工程勘察报告中，土的基本物理性质指标有哪些？各种指标的物理意义是什么？土的三相比例关系的指标包括哪些？各自的定义是什么？各指标间如何进行换算？常见土的物理力学参数有哪些？2-6 工程勘察报告中极限侧阻力和端阻力标准值如何确定？2-7 工程勘察报告如何编写？报告中包括哪些内容？2-8 怎样阅读工程勘察报告？设计桩基应考虑哪些主要因素？2-9 如何进行桩型选择？桩基优化选择有哪些方法？基坑开挖时有哪些建议？,58,第3章 抗压桩受力性状,教学目的：掌握单桩竖向抗压静荷载试验，了解桩土体系的荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、单桩竖向极限承载力计算、打桩挤土效应、群桩受力性状及群桩效应、群桩极限承载力计算、桩基承载力的时间效应、桩基负摩阻力及桩端后注浆的理论。教学重点：1.单桩竖向抗压静荷载试验；2.桩侧阻力、桩端阻力的影响因素；3.单桩竖向极限承载力的计算方法；4.群桩受力机理及群桩效应；群桩极限承载力计算 方法；桩基承载力的时间效应（本科）；5.桩基负摩阻力发生条件及影响因素及桩端后压浆的机理（本科）。,59,3.1 概 述,对单桩和群桩在竖向荷载作用下受力性状研究是进行桩基设计的基础。虽然有各种不同的桩型、不同的桩基规格、不同的施工方式、不同的地质条件，桩基的受力性状也各不相同。但有一点是共同的，都是基于在桩顶作用竖向荷载，由桩身通过桩侧土和桩端土向下传递荷载，来研究桩身应力和位移的变化规律。研究的结论适用于建筑物桩基础、桥梁桩基础、码头桩基础与海洋构筑物桩基础等。本章从单桩竖向抗压静荷载试验入手，主要介绍桩土体系的荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、单桩竖向极限承载力计算、打桩挤土效应、群桩受力性状及群桩效应、群桩极限承载力计算、桩基承载力的时间效应、桩基负摩阻力、桩端后注浆的理论研究等方面的内容。,60,3.2 单桩竖向抗压静荷载试验,单桩竖向抗压静载试验，就是采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压极限承载力。房屋建筑中桩顶荷载是随着房屋建造层数的逐渐增加而逐渐增大的，所以抗压静载试验也采用分级加载、分级沉降观测的方法来记录荷载沉降关系。试验时荷载逐级作用于桩顶，桩顶沉降慢慢增大，最终可得到单根试桩静载QS曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线，当桩身中埋设应力应变量测元件时，还可以得到桩侧各土层的极限摩阻力和端承力。一个工程中应取多少根桩进行静载试验，各个部门规范大体相同。建筑地基基础设计规范（GB50072002）规定：同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1，并不少于3根；建筑基桩检测技术规范(JGJ 1062003)规定：同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1，且不应少于3根，总桩数在50根以内时，不应少于2根。实际测试时，应根据工程具体情况参考相关的规范进行。,61,3.2.1 静载试验的目的与适用范围 单桩竖向抗压静载试验主要的目的包括以下五个方面：1.确定单桩竖向抗压极限承载力及单桩竖向抗压承载力特征值；2.判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；3.当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，可测定桩周各土层的摩阻力和桩端阻力；4.当埋设桩端沉降测管，测量桩端沉降量和桩身压缩变形时，可了解桩身质量、桩端持力层、桩身摩阻力和桩端阻力等情况；5.评价桩基的施工质量，作为工程桩的验收依据。单桩竖向抗压静载试验适用于所有桩型的单桩竖向极限承载力的确定。,62,63,3.2.2 试桩的制作试桩顶部一般应予加强，可在桩顶配置加密钢筋网23层，或以薄钢板圆筒做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，钻孔灌注桩试桩的桩头制作示意图如图3-1所示。对于预制桩，若桩顶未破损可不另作处理，如因沉桩困难需要在截桩的桩头上做试验，其顶部要外加封闭箍内浇捣高强细石混凝土予以加强。试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。为缩短试桩达到设计强度的时间，混凝土强度等级可适当提高。在水下混凝土浇捣时，不能掺加早强剂。但在试桩头制作时，可添加早强剂，并预留12组试块。对于预制方桩或者预应力管桩，从成桩到开始试验的间歇时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应少于10d；对于粉土和黏性土，不应少于15d；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25d。这是因为打桩施工对土体有扰动，所以试桩必须待桩周土体的强度恢复后才可以进行。对于灌注混凝土桩，原则上应在成桩28d后进行试验。,64,3.2.3 静载试验加载装置 试验加载宜采用油压千斤顶分级加载。当采用两台及两台以上千斤顶加载时应并联同步工作，采用的千斤顶型号、规格应相同，千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、静压桩架反力装置和锚桩压重联合反力装置四种型式。1.锚桩横梁反力装置 利用主梁与次梁组成反力架，该装置将千斤顶的反力传给锚桩。锚桩与反力梁装置有如下要求：1)所有锚桩与反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.21.5倍。2)锚桩要按抗拔桩的有关规定计算确定，在试验过程中对锚桩上拔量进行监测，通常不宜大于15mm。3)试验前对钢梁进行强度和刚度验算，并对锚桩的受拉钢筋进行强度验算，要求钢梁组合刚度大于预估最大试验荷载，锚桩钢筋抗拉承载力应大于预估最大荷载的1.2倍。除了工程桩兼作锚桩外，也可用地锚的办法。采用锚桩横梁反力装置不足之处是进行大吨位试验时无法随机抽样，尤其是对灌注桩。,65,66,67,68,69,3.静压桩架反力架装置对静压预制桩，可采用静压桩机及其配重作反力架，进行静载荷试验，如图3-6。该方案就地取材，具有简便易行、成本低的特点。但最大试验荷载受到静压桩架自重的限制，有可能做不到单桩竖向极限承载力。此时要采取增加配重等相应措施。,70,4.锚桩压重联合反力装置当试桩最大加载重量超过锚桩的抗拔能力时，可在锚桩上或主次梁上预先加配重，由锚桩与堆重共同承受千斤顶的反力。此法优点是千斤顶加载反力由于锚桩上拔受拉，采用适当的堆重，有利于控制桩顶浅部混凝土裂缝的开展。缺点是在桁架或梁上挂重堆重，很不方便，成本高且安全性低，当桩产生突然下沉或压碎时有可能发生堆重不平衡而倒塌。千斤顶应严格进行物理对中，当采用多台千斤顶加载时，应将千斤顶并联同步工作，其上下部尚需设置有足够刚度的钢垫箱，并使千斤顶的合力通过试桩中心。,71,5.各种反力装置的优缺点各种静载反力装置有其各自的特点，在工程实际中可以根据不同的工程情况进行选择，四种反力装置的优缺点见表3-1。,72,73,3.2.4 试验方法1.静载试验方法目前静载试验方法主要有慢速维持荷载法（规范规定方法）、快速维持荷载法、等速率贯入法(CRP法)、多循环加卸载法等，其各自特点见表3-3。,74,75,76,2.慢速维持荷载法 慢速维持荷载法操作标准如下：1）最大试验荷载要求 进行单桩竖向抗压静载试验时，试桩的加载量应满足以下要求：（1）对工程桩抽样检测时，加载量不应小于设计要求的单桩承载力特征值的2倍；（2）对于破坏性试桩，以沉降来控制最大试验荷载，一般要求累计桩顶沉降大于50mm。2）加载和卸载方法（1）加载分级：每级加载值约为预估单桩竖向极限承载力的110112，如极限承载力为10000kN，则每级荷载可取1000kN。每级加载等值，第一级可按2倍每级加载值加载，即2000kN，对于事故桩可适当加密分级。（2）卸载分级：卸载亦应分级等量进行，每级卸载值一般取加载值的2倍。（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。,77,3）沉降观测方法（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：本级荷载下，每一小时内的桩顶沉降增量不超过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）卸载时，每级荷载维持lh，按第15、30、60min测读桩顶沉降量(锚桩上拔量、桩端沉降值、桩身应力值)后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量(锚桩残余上拔量、桩端残余沉降值、桩身残余应力值)，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。4）终止加载条件 根据建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)对终止加载条件的规定，当出现下列情况之一时，可终止加载：（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（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。（3）已达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。,78,3.快速法与慢速法测试结果分析快速法由于每级荷载维持时间为1h，各级荷载下的桩顶沉降相对慢速法要小一些。一般不同桩端持力层中快速法与慢速法有如下特点：1）嵌岩端承桩（rock-socketed pile）：由于嵌岩端承桩桩沉降很小，沉降稳定很快，因此快速法和慢速法所测得承载力基本一致。2）桩端砂性土（sand at pile end）：对于桩端土性较好的端承桩，桩沉降较小，快速法测得的极限承载力比慢速法略大。3）桩端黏性土（clay at pile end）：对于桩端土性较差的摩擦桩，桩沉降较大，快速法测得的极限承载力要比慢速法大。4）纯摩擦桩（pure frictional pile）：对于以桩侧阻力为主的纯摩擦桩，桩沉降很大，快速法测得的极限承载力一般要比慢速法高一级，约10左右。,79,80,同时观测桩顶、桩端及桩身轴力的静载荷试验技术 当竖向荷载施加于桩顶时，桩身混凝土由于受力而产生从上而下的压缩，亦即引起桩土相对位移，从而自上而下地激发桩侧摩阻力。但由于桩顶位移包括桩身压缩量和桩端位移。所以过去常规的只测读桩顶沉降的静载试验无法区分桩身压缩量和桩端位移量，从而无法对桩身压缩量进行单独研究。而桩身压缩量是一个很重要的参数，它直接关系到桩身混凝土的弹塑性变化规律和桩的破坏方式。试验时，按照规范布置独立的基准梁系统。桩顶沉降是在桩顶用千分表或位移传感器测量得到，测点数量与桩径有关。桩端沉降则是预先在打桩时沿钢筋笼内侧埋设2寸水管，然后在2寸水管内下放4分水管，再在桩顶4分水管上设测点来测量得到。在两根2寸水管内还可用声波透射检查桩身质量。而且如果桩身压碎，可用4分水管很方便的定出桩身压碎的深度位置。,81,82,3.2.6 桩身应力应变测试及分析方法 桩侧摩阻力可以通过桩身埋设钢筋应力计得到各级荷载作用下的桩身轴力分布而获得，但由于一般的静荷载试验只测桩顶沉降与荷载的关系，因此很难直接获得桩侧摩阻力和桩端阻力的分配比例。由于桩侧极限摩阻力与高荷载水平下的桩端沉降统计结果较为集中，且在理论上也比较好解释与理解，因此要求所有静载荷试验既测桩顶沉降，又测桩端沉降，下面介绍用钢筋应力计实测应力和应变来确定任一级荷载下的桩侧摩阻力和桩端阻力的方法。桩身的应变还可以采用滑动测微计进行测量。,83,3.2.7 试验成果整理单桩竖向抗压静载试验成果，为了便于应用与统计，宜整理成表格形式，并绘制有关试验成果曲线。除表格外还应对成桩和试验过程中出现的异常现象作补充说明。主要的成果资料包括以下几个方面：1表格如下：1）试桩施工记录表；2）试桩现场静载试验记录表；3)单根试桩在各级荷载作用下的桩顶、桩端沉降及变形数据表；4)单根试桩在各级荷载作用下的锚桩上拔量数据表；5)单根试桩在各级荷载作用下桩身各断面轴力随深度变化数据表；6）单根试桩在各级荷载作用下桩侧摩阻力随深度变化数据表；7）单根试桩在各级荷载作用下桩土相对位移随深度变化数据表；8）单根试桩在各级荷载作用下桩端应力与桩端位移变化数据表；9）工程中多根试桩静载试验成果汇总表。2图件如下：1）试桩平面位置布置图；2）试桩地质剖面图；3）每根试桩桩顶桩端QS曲线；4）每根试桩桩顶桩端SlgQ曲线；5）每根试桩桩顶Slgt曲线；6)每根试桩桩身各断面轴力随深度变化关系图；7）每根试桩桩侧摩阻力随深度变化关系图；8）每根试桩桩土相对位移随深度变化关系图；9）每根试桩桩端应力与桩端位移变化关系图。,84,3.2.8 典型Q-S曲线,85,86,87,3.2.9 单桩竖向极限承载力Qu的确定1.单桩竖向极限承载力 单桩竖向极限承载力为桩土体系在竖向荷载作用下所能长期稳定承受的最大荷载，其定义包含三个方面的含义：1）是桩身混凝土的极限抗压能力；2）是桩周土和桩端土(岩)的支承能力；3）是反映了施工工艺水平，如对泥皮，沉渣的处理质量和对持力层的扰动情况。此定义明确了极限荷载与破坏荷载的区别。鉴于影响单桩的竖向极限承载力的因素很多，单桩竖向极限承载力可以用以下方法来确定。,88,2.单桩竖向极限承载力的确定方法公认的确定单桩竖向极限承载力的方法是慢速维持静荷载试验法。QS曲线有两种形态，一是陡降型（steep drop type），二是缓变型（slow type）。陡降型和缓变型是相对的概念，首先在QS曲线作图时必须注意纵横比例尺寸，一般横坐标为荷载值（单位：kN），横坐标的最大刻度值按最大试验荷载确定；纵坐标为沉降量(单位mm)，纵坐标的最大刻度值当桩顶累计沉降量小于50mm可取60mm来画图，当桩顶累计沉降量大于50mm时按沉降量加10mm作为最大刻度值来画图。这样画图有利于表现QS 曲线的真实性。,89,根据建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003)，单桩竖向抗压极限承载力可按下列方法综合分析确定：l）根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型QS曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。2）根据沉降随时间变化的特征确定：取Slgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。3）对于缓变型QS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，宜考虑桩身弹性压缩量，一般以50mm60mm对应的荷载作为极限承载力值；对直径大于或等于800mm的桩，可取s0.05D(D为桩端直径)对应的荷载值。当按上述方法判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。此时单桩竖向极限承载力大于等于最大试验荷载值，可表述为Qu至少可取最大试验荷载值。单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定应符合下列规定：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。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。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。单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。,90,3.3 桩土体系的荷载传递,3.3.1 荷载传递机理桩侧土层的摩阻力是随着桩顶荷载的增大自上而下逐渐发挥的。当桩侧土层的摩阻力几乎全部发挥出来达到极限后，若继续增加桩顶荷载，那么其新加的荷载增量将全部由桩端阻力来承担。此时桩顶荷载取决于桩端岩土层的极限端承力。当桩端持力层产生破坏时，桩顶位移急剧增大，且往往压力下跌，此时表明桩已破坏。,91,单桩桩顶破坏时的最大荷载称为单桩的破坏承载力。而破坏之前的前一级荷载（亦即桩顶能稳定承受的荷载）称之为单桩竖向极限承载力。也就是说单桩竖向极限承载力是静载试验时单桩桩顶所能稳定承受的最大试验荷载。桩顶在竖向荷载作用下的传递规律是：1.桩侧摩阻力是自上而下逐渐发挥的，而且不同深度土层的桩侧摩阻力是异步发挥的。2.当桩土相对位移大于各种土性的极限位移后，桩土之间要产生滑移，滑移后其抗剪强度将由峰值强度跌落为残余强度，亦即滑移部分的桩侧土产生软化。3.桩端阻力和桩侧阻力是异步发挥的。只有当桩身轴力传递到桩端并对桩端土产生压缩时才会产生桩端阻力，而且一般情况下（当桩端土较坚硬时），桩端阻力随着桩端位移的增大而增大。4.单桩竖向极限承载力是指静载试验时单桩桩顶所能稳定承受的最大试验荷载。,92,93,94,95,3.4 桩侧阻力,3.4.1 桩侧极限摩阻力的定义及确定方法1.桩侧极限摩阻力的定义桩基在竖向荷载作用下，桩身混凝土产生压缩，桩侧土抵抗向下位移而在桩土界面产生向上的摩擦阻力称为桩侧摩阻力，即为正摩阻力。桩侧极限摩阻力是指桩土界面全部桩侧土体发挥到极限所对应的摩阻力。由于桩侧土摩阻力是自上而下逐渐发挥的，因此桩侧极限摩阻力很大程度上取决于中下部土层的摩阻力发挥。上述定义也意味着桩侧极限摩阻力实质上是全部桩侧土所能稳定承受的最大摩阻力（峰值阻力）。,96,97,98,99,100,4.桩土界面性质的影响桩土界面特征就是埋设于土中的桩与桩周土接触面的形态特性，对于预制桩和钢桩，桩土界面特性主要取决于桩表面的粗糙程度，所以出现了孔壁粗糙的竹节预制桩；对于各种类型的灌注桩，桩土界面特征一般表现为孔壁的粗糙程度，而这与桩周土层的性质和施工工艺有关。,101,102,103,104,105,3.5 桩端阻力,106,107,4.加荷速率的影响（influence of loading rate）有试验表明在砂土中加荷速率增快1000倍，桩端阻力增大约20%。在软黏土中，加荷速率对桩端阻力的影响在10%以内，所以快速加荷比慢速加荷得到的桩端阻力要高。,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,3.7 打桩挤土效应,125,126,127,128,129,130,131,132,133,134,3.8 群桩受力性状及群桩效应,135,136,137,138,139,140,141,142,3.9 群桩的极限承载力计算,如前所述，端承型群桩的承台、桩、土相互作用小到可