樁承載力自平衡測(cè)試技術(shù)
1 總 則
1.1 自平衡試樁法是接近于豎向抗壓（拔）樁的實(shí)際工作條件的一種試驗(yàn)方法，可確定單樁豎向抗壓（拔）極限承載力和樁周土層的極限側(cè)摩阻力、樁端土極限端阻力。為使自平衡試樁法的測(cè)試做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合、安全可靠、確保質(zhì)量，特制定本規(guī)程。
1.2 自平衡試樁法適用于粘性土、粉土、砂土、巖層中的鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、沉管灌注樁等，特別適用于傳統(tǒng)靜載試樁相當(dāng)困難的水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場(chǎng)地試樁等情況。
對(duì)直徑D≥1.5m試樁檢測(cè)可采用小直徑樁模擬測(cè)試以確定單位面積的摩阻力、端阻力極限值，模擬樁的直徑不應(yīng)小于800mm，最后根據(jù)實(shí)際尺寸通過換算確定單樁極限承載力。當(dāng)埋設(shè)有樁身應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量元件時(shí)，尚可直接測(cè)定樁周各土層的極限側(cè)阻力。
1.3 用于工程樁承載力評(píng)價(jià)時(shí)，在同一條件下的試樁數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的1%，工程總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根，其它條件下不應(yīng)少于3根。
1.4 從成樁到開始試驗(yàn)的間歇時(shí)間：在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)于砂類土，不應(yīng)小于10d；對(duì)于粉土和粘性土，不應(yīng)少于15d。
1.5 試樁的成樁工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與工程樁一致。為縮短試樁養(yǎng)護(hù)時(shí)間，混凝土可適當(dāng)提高強(qiáng)度等級(jí)，或摻入早強(qiáng)劑。
2 測(cè)試設(shè)備
2.1 試驗(yàn)加載采用專用的荷載箱，必須經(jīng)法定檢測(cè)單位標(biāo)定。荷載箱平放于試樁中心；荷載箱位移方向與樁身軸線夾角≤50，荷載箱極限加載能力應(yīng)大于預(yù)估極限承載力的1.2倍。
2.2 荷載與位移的量測(cè)儀表：采用聯(lián)于荷載箱的壓力表測(cè)定油壓，根據(jù)荷載箱率定曲線換算荷載。試樁位移一般采用百分表或電子位移計(jì)測(cè)量。采用專用裝置分別測(cè)定向上位移和向下位移。對(duì)于直徑很大及有特殊要求的樁型，可對(duì)稱增加各一組位移測(cè)試儀表。固定和支承百分表的夾具和基準(zhǔn)梁在構(gòu)造上應(yīng)確保不受氣溫、振動(dòng)及其他外界因素的影響以防止發(fā)生豎向變位。
2.3 試樁和基準(zhǔn)樁之間的中心距離應(yīng)大于等于3D且不小于2.0m。
2.4 荷載箱宜在成孔以后，混凝土澆搗前設(shè)置。護(hù)管與鋼筋籠焊接成整體，荷載箱與鋼筋籠焊接在一起，護(hù)管還應(yīng)與荷載箱頂蓋焊接，焊縫應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，并確保護(hù)管不滲漏水泥漿。荷載箱擺放處一般宜有加強(qiáng)措施，可配置加密鋼筋網(wǎng)2層。在人工挖孔樁底用高強(qiáng)度等級(jí)的砂漿或高強(qiáng)度等級(jí)混凝土將樁底抹平。
2.5 荷載箱擺設(shè)位置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行估算。當(dāng)端阻力小于側(cè)阻力時(shí)，荷載箱放在樁身平衡點(diǎn)處，使上、下段樁的承載力相等以維持加載。當(dāng)端阻力大于側(cè)阻力時(shí)，可根據(jù)樁長(zhǎng)徑比、地質(zhì)情況采取以下措施：
（a）允許情況下適當(dāng)增加樁長(zhǎng)；
（b）樁頂提供一定量的配重；
（c）加載至摩阻力充分發(fā)揮，而端部采用1.2條方法測(cè)試單位面積極限值，再根據(jù)實(shí)際尺寸經(jīng)換算后確定端阻力值。
3 試驗(yàn)方法
3.1 試驗(yàn)加載方式：采用慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后方可加下一級(jí)荷載，直到試樁破壞，然后分級(jí)卸載到零。當(dāng)考慮結(jié)合實(shí)際工程樁的荷載特征，可采用多循環(huán)加、卸載法（每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后卸載到零）。當(dāng)考慮縮短試驗(yàn)時(shí)間，對(duì)于工程樁作檢驗(yàn)性試驗(yàn)，可采用快速維持荷載法，即一般每隔一小時(shí)加一級(jí)荷載。
3.2 加卸載與位移觀測(cè)：
3.2.1 加載分級(jí)：每級(jí)加載為預(yù)估極限荷載的1/10~1/15，第一級(jí)可按2倍分級(jí)荷載加荷。
3.2.2 位移觀測(cè)：每級(jí)加載后在第1h內(nèi)應(yīng)在5、15、30、45、60（min）測(cè)讀一次，以后每隔30min測(cè)讀一次，每次測(cè)讀值記入試驗(yàn)記錄表（h、min分別表示小時(shí)及分鐘）。
3.2.3 位移相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每一小時(shí)的位移不超過0.1mm并連續(xù)出現(xiàn)兩次（由1.5h內(nèi)連續(xù)三次觀測(cè)值計(jì)算），認(rèn)為已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。
3.2.4 終止加載條件：當(dāng)出現(xiàn)下載情況之一時(shí)，即可終止加載。
（a）已達(dá)到極限加載值；
（b）某級(jí)荷載作用下，樁的位移量為前一級(jí)荷載作用下位移量的5倍；
（c）某級(jí)荷載作用下，樁的位移量大于前一級(jí)荷載作用下位移量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；
（d）累計(jì)上拔量超過100mm。
3.2.5 卸載與卸載位移觀測(cè)：每級(jí)卸載值為每級(jí)加載值的2倍。每級(jí)卸載后隔15min測(cè)讀一次殘余沉降，讀兩次后，隔30min再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載，全部卸載后，隔3~4h再讀一次。
4 資料整理
4.1 試驗(yàn)概況：整理成表格形式（見表4.1-1、表4.1-2、表4.1-3），并應(yīng)對(duì)成樁和試驗(yàn)過程出現(xiàn)的異常現(xiàn)象作補(bǔ)充說明。
單樁緊向靜載試驗(yàn)概況表 表4.1-1
工程名稱 | | 地址 | | 試驗(yàn)單位 | |
試樁編號(hào) | | 樁型 | | 試驗(yàn)起止時(shí)間 | |
成樁工藝 | | 樁斷面尺寸（mm） | | 樁長(zhǎng) | |
混凝土 強(qiáng)度等級(jí) | 設(shè)計(jì) | | 灌注樁虛土厚度（m） | | 配筋 | 規(guī)格 | | 配筋率（%） | |
實(shí)際 | | 灌注充盈系數(shù)（%） | | 長(zhǎng)度 | |
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綜合柱狀圖 表4.1-2
層 次 | 土層名稱 | 描 述 | 地質(zhì)符號(hào) | 相對(duì)標(biāo)高 | 荷載箱位置 | 試樁平面布置示意圖 |
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3 | | | | | | |
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土的物理力學(xué)指標(biāo) 表4.1-3
層次 | 深度（m） | γ （kN/m3） | ω(%) | e | Sr | Wp(%) | Ip | Il | a1-2 (a2-3) | Es (Mpa) | φ(o) | fk(kPa) |
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2 | | | | | | | | | | | | |
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試驗(yàn)： 資料整理： 校核：
4.2 單樁豎向靜載試驗(yàn)記錄見表4.2。
單樁豎向靜載試驗(yàn)記錄表 表4.2
荷載 （kN） | 觀測(cè)時(shí)間 日/月時(shí)分 | 間隔時(shí)間 （min） | 向上位移（mm） | 向下位移（mm） |
表1 | 表2 | 平均 | 累計(jì) | 表1 | 表2 | 平均 | 累計(jì) |
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試驗(yàn)： 資料整理： 校核：
4.3 單樁豎向靜載試驗(yàn)荷載—沉降匯總表4.3。
單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表4.3
序號(hào) | 荷載 （kN） | 歷時(shí)(min) | 向上位移(mm) | 向下位移(mm) |
本級(jí) | 累計(jì) | 本級(jí) | 累計(jì) | 本級(jí) | 累計(jì) |
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試驗(yàn)： 資料整理： 校核：
4.4 確定單位豎向極限承載力：一般應(yīng)繪制Q-S上、Q-S下，S上-lgt、S下-lgt、S上-lgQ、S下-lgQ曲線。
4.5 當(dāng)進(jìn)行樁身應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)定時(shí)，應(yīng)整理出有關(guān)數(shù)據(jù)的記錄表和繪制樁身軸力分布、側(cè)阻力分布，樁端阻力-荷載、樁端阻力-沉降關(guān)系等曲線。
5 單樁豎向極限承載力的確定
5.1 根據(jù)位移隨荷載的變化特征確定極限承載力，對(duì)于陡變型Q-S曲線取Q-S曲線發(fā)生明顯陡變的起始點(diǎn)。
5.2 對(duì)緩變形Q-S曲線，按位移值確定極限值，極限側(cè)阻取對(duì)應(yīng)于向上位移S上=40~60mm對(duì)應(yīng)的荷載；極限端阻取S下=40~60mm對(duì)應(yīng)荷載，或大直徑樁的S下=（0.03~0.06）D(D為樁端直徑，大樁徑取低值，小樁徑取高值)的對(duì)應(yīng)荷載。
5.3 根據(jù)位移隨時(shí)間的變化特征確定極限承載力，下段樁取S-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載值，上段樁取S-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向上彎曲的前一級(jí)荷載值。
分別求得上、下段樁的極限承載力Qu上、Qu下，然后考慮樁自重影響，得出單樁豎向抗壓極限承載力為
（1） 式中：W——荷載箱上部樁自重；
對(duì)于粘性土、粉土γ=0.8；對(duì)于砂土γ=0.7。
單樁豎向抗拔極限承載力為
Qu=Qu上 （2）
5.4 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)試樁位置、實(shí)際地質(zhì)條件、施工情況等綜合確定，當(dāng)各試樁條件基本相同時(shí)，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按下列步驟與方法確定。
5.4.1 計(jì)算試樁結(jié)果統(tǒng)計(jì)特征值。
（a）按上述方法，確定n根正常條件試樁的極限承載力實(shí)測(cè)值Qui；
（b）按下式計(jì)算n根試樁實(shí)測(cè)極限承載力平均值Qum
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