基桩静载荷试验介绍及基桩竖向抗压静载试验

基桩静载荷试验

桩基础是一种重要的基础结构。和别的基础结构型式相比，桩基础具有承载力高、沉降小而均匀、用料较省、机械化程度高而且能够广泛适用于各类地层条件的突出优点。因为如此，桩基础在各类建筑工程中得到了极为广泛的应用，特别是当上部结构的荷载复杂而巨大，而浅部土层状态不佳时，桩基础更成为设计师的首要考虑对象。

桩基础的使用有着悠久的历史。早在有文字记载之前，人们为了防止猛兽和洪水的侵袭，就懂得在地质条件不良的湖沼等低洼地带栽木桩搭平台来修建居住点，成为所谓的‘湖上住所’。1982年在智利发掘的文化遗址所见到的桩大约距今有12000年至14000年。1973年，考古工作者在浙江余姚的河姆渡发现了7000年前的文化遗址，在其中较深的第四文化层发现的木桩，其截面形式有圆、方和板状，入土深度在30 50cm之间，最深者达115cm。令人惊奇的是该批桩的下端都是削尖的，可以认为这就是现代打入桩桩尖的雏形。这也说明当时的制桩技术已有相当水平。在文物古迹中，保存至今的上海市龙华镇的龙华塔和山西太原的晋祠圣母殿都是建于北宋年间以桩作为基础的著名古建筑。

随着科学技术的发展，成桩工艺在近代和现代有了巨大的进步。灌注桩是最能体现现代成桩技术水平及其发展的一种桩型。但钻孔桩的材料消耗与其所能提供的承载力不匹配的问题一直困扰着工程界。为提高灌注桩的承载力，出现了桩端和桩身局部扩大的各种形式的扩孔桩以及对灌注桩进行各种处理的新工艺。伴随着各种新工艺和新技术的引入，桩基础这种古老的基础结构型式又焕发了新的生命活力，并以前所未有的速度发展和变化着，在工程建设中充当着越来越重要的角色。

和其他工程问题一样，在桩基工程中对于工程对象（桩）的原位测试也占据了重要地位，它是获取桩土体系的力学参数（承载力、侧摩阻、端阻）、变形特征和检验设计的正确性以及施工质量的重要手段。

桩的原位测试包含静载试验和动力测试两大类方法，试验目的主要是为了测试桩的承载能力和检验桩身的完整性。迄今为止，静载试验仍被认为是最直接、最权威的检测方法，也是评判其它检测方法和理论研究结果的试金石。

静载试验的最大问题是试验周期长、费用高、加载设备复杂，其结果是难以大比例抽样，于是其样本的代表性便成了问题。

静载试验目前的发展趋势在于试验设备、试验方法和分析理论上。在试验设备和测试方法上，已出现了一种在桩的下部放置荷载箱，用液压进行加载的所谓自平衡法。该法不需要复杂庞大的现场试验设备，不需设置锚桩，且可以施加巨大的荷载。国内东南大学等对该法作了较多的研究，目前已进入到实用阶段。2001年下半年，中国建筑科学研究院、西南交通大学等单位在郑州黄河二桥进行了桩基础压力灌浆的新工艺试验，东南大学用自平衡法进行了单桩荷载试验以检验压力灌浆的效果，试验的最大加载量接近50MN。但对该法的作用机理、加载部位对摩阻力沿桩身的分布形式及数值的影响、正负摩阻力之间的联系与转化、端承桩的测试方法等问题还需进行深入的研究。在试验结果的分析方法上，如果试验已经或接近达到极限，对极限承载力的判定比较容易，但如果试验结果离极限状态相去尚远，则桩的极限承载力预测就十分困难，现有的各种方法所得的结果差别很大，还有待于研究更有效的计算模型。

桩的静载试验包含竖向抗压试验、竖向抗拔试验和横向推力试验，下面分别进行介绍。

基桩竖向抗压静载试验

一. 试验设备和方法

（一）试验设备

试验设备包含加载系统、反力系统和量测系统。

加载系统一般采用油压千斤顶和油泵。千斤顶有各种规格，可以根据需要选用一台或多台同型号的千斤顶并联使用。油泵一般使用电动的，但当总的加载量较小时也可选用手动油泵，在对试验要求较高时还可配上饲服式稳压系统。

反力系统的任务是为加载系统提供反力，其基本形式有三种，其一是堆载平台式；其二是锚桩反力梁方式；其三是利用既有结构物提供反力的方式。设计反力系统时应充分考虑各部件的最不利受力情况，使其能提供的最大反力大于设计的最大加载量并留有一定富余。

量测系统包括位移量测系统、力的量测系统和桩身应力量测系统。

设置位移量测系统的目的是获取桩顶位移随荷载和时间发展的数据，同时也为了监测锚桩和反力梁等的变形情况，以保证试验过程的安全。特别是在使用工程桩作锚桩时一定要监控锚桩的上拔量，以防止工程桩的破坏。工程桩作为锚桩使用时的最大上拔量一般不应超过10mm。

位移量测系统一般采用在基准桩上架设基准梁的方式。基准桩和基准梁原则上应该是不动的，但是，由于试桩与锚桩的变位、气象、日照、潮汐以及附近施工与交通引起的振动等影响，都会使基准桩或基准梁产生一定的变位或变形。如果对此掉以轻心或熟视无睹，那末测得的试桩下沉量将是不可靠的。一般地，基准桩应埋入地下一定深度，以不受人为扰动和气候等外界条件影响为度；基准梁宜采用型钢，以保证其截面具有足够的刚度并且能够安装磁性表座。基准梁的一端可设为固定，另一端则必须保证其在长度方向上能够自由移动，以避免因温度的影响而产生附加弯曲。位移的量测宜采用机械式百分表或电测式位移计，其最小读数为0.01mm。百分表以磁性表座固定于基准梁上。试验过程中要严防对基准梁的扰动。

力的量测在于测读千斤顶出力的大小，其方式可采用在千斤顶上设置力传感器的方法，也可采用利用油泵上的油压表进行监控的方法。采用这两种方法均需在试验前对传感器（或油压系统，包含千斤顶、油泵和油表）在标准压力机上进行标定。

桩身应力量测系统仅在需要时设置，其目的是为了获取在荷载作用下的桩身应力以推求桩身内力和桩侧摩阻力沿桩身的分布。关于此方面的详细内容请参阅相关文献。

常用的几种型式的加载系统的布置如图6-1~图6-3。

为了保证测试数据的准确性，试桩、锚桩（或堆载平台支墩的内边缘）和基准桩之间应满足一定的间距要求，见图6-4和表6-1~表6-3。

图6-2 锚桩-反力梁荷载装置

图6-4 试桩、锚桩和基准桩的平面布置

反力系统A（或压重平

台支墩边）

B

C（或压重平台支墩

边）

锚桩横梁反力装置压重平台反力装置 4d且

≮2.0m

4d且

≮2.0m

4d且

≮2.0m

注：d——试桩或锚桩的设计直径，取其较大者（如试桩或锚桩为扩底桩时，A不应小于2倍扩大端直径）。

反力系统A（或压重平

台支承边）

B

C（或压重平

台支承边）

锚桩横梁反力装置 5d 4d 4d

压重平台反力装置 5d 2.0m 2.0m 注：表中为试桩的直径或边长d≤800mm的情况；若试桩直径d 800mm时，间距A（或试桩中心至压重平台支承边的距离）不得小于4m，基准桩中心至试桩中心（或压重平台支承边）的距离不宜小于4m。

反力系统A B C

锚桩横梁反力装置≮6d≮6d-- 注：d——试桩直径。

值得研究的是，随着对单桩承载力的期望值的要求越来越高，桩的直径有愈来愈大的趋势，当桩径大于1.5m以后，要完全满足上述间距方面的要求是十分困难的。

（二）试验方法

试验方法主要有慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法和循环加载卸载试验法等。我国目前一般使用慢速维持荷载法，简称慢速法。

1. 慢速维持荷载法

此法是国内外己沿用很久的方法，具体做法是按一定要求将荷载分级加到试桩上，每级荷载维持不变直至桩顶下沉量增量达到某一规定的相对稳定标准，然后继续加下一级荷载，当达到规定的终止加载条件时，便停止加荷，再分级卸荷至零，试验周期在砂性土中通常需要2~3天，在软粘土中通常需3~7天。

2. 快速维持荷载法（简称快速法）

试验加载不要求观测的下沉量的相对稳定，而以等时间间隔连续加载。采用快速法的根