桑晓农

1 试桩方法

基础工程往往在整个建筑工程投资中占据了很大的比例,因此,如何选择合理的桩基础形式,对于保证结构安全、节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节。试桩的目的就是首先通过科学试验,取得准确数据,使设计方案更加合理、可行和经济。

慢速维持荷载法是基本的习惯方法。具体做法是：按一定要求将荷载分级加到试桩上去,每级荷载维持不变直至桩顶下沉达到某一规定的相对稳定标准,然后继续加下一级荷载,当达到规定的终止试验条件,便停止加载,再分级卸载直至零载,试验周期需 3 d～7 d。加载分级一般为等量的,也有视需要而递减或增大。

1)加载分级：每级加载量为预估极限承载力的 1/10,其中第一级可取分级荷载的 2倍。每级加载后按5min,15m in,30 min, 45min,60min测读桩顶沉降量,以后每隔30min测读一次。

2)稳定标准：在每级荷载作用下,每小时内桩顶沉降量不超过 0.1mm,并连续出现两次,则认为已趋稳定,可加下一级荷载。

3)终止条件：当出现下列情况之一时,可认为基桩已达到破坏状态,即可终止加载。a.某级荷载作用下,桩顶沉降量超过前一级荷载作用下沉降量的5倍。b.某级荷载作用下,桩顶沉降量超过前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经 24 h尚未达到相对稳定标准。c.已达到设计要求的最大加载量。d.当为锚桩时,锚桩上拔量已达到允许值。e.桩的总沉降量超过80mm。

4)卸载规定：每级卸载量取加载时分级荷载的 2倍,逐级等量卸载。每级荷载维持1 h,按15min,30min,60min测读桩顶沉降量后,即可卸下一级荷载。全部卸载后,应测读桩顶残余沉降量,维持时间为3 h,测读时间为15min,30m in,以后每隔30min测读一次。

5)检测数据的分析与判定：a.绘制竖向荷载—沉降(Q—s)曲线,沉降—时间对数(s—lgt)曲线。b.确定竖向抗压极限承载力。

2 桩的类型与选择

桩基础的类型随着桩的材料、构造形式和施工方法的不同,有多种分类：1)按传力及作用性质,可分为端承桩和摩擦桩。再细分还有摩擦端承桩及端承摩擦桩。2)按桩的功能分,有受压桩、横向受荷桩、抗拔桩、锚桩、护坡桩等。3)按桩的制作和施工方法,可分为预制桩和灌注桩。4)按成桩时桩设置到地基土的扰动影响可分为非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩。5)按桩的材料分,有木桩、混凝土桩、钢桩等等。

桩型与成桩工艺应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越持力层、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料、供应条件等,按安全适用、经济合理的原则选择。选择时可按《建筑桩基技术规范》附录A进行。

3 试桩成果分析

3.1 确定摩擦桩极限荷载的方法

1)根据沉降随荷载变化的特征确定,即 Q—s曲线显著陡降起始点对应的荷载值。2)根据沉降随时间变化的特征确定,即当达到破坏荷载时,此级s—lgt曲线的尾部出现明显转折,取其前一级荷载值。

3.2 确定端承桩极限荷载的方法

对于端承桩的极限荷载可以这样取值：当该荷载进一步增加时,下沉量接近于零,而桩身的应力接近于材料的极限强度。

3.3 确定摩擦端承桩极限荷载的方法

在大多数土力学文献中,小桩的极限承载力Qu指桩周摩阻力和桩底端阻力都达到塑性状态,此时无限的荷载增量将引起无限大的下沉量,如用数学方法来表示极限荷载相当于 Δs/ΔQ→∞时的荷载,即相当于Q—s曲线的切线转向垂直时,桩真正达到破坏。

1)根据 Q—s曲线出现显著转折来确定。我国桩基规范在Q—s曲线上取明显的第二拐点处所对应的前一级荷载为极限荷载。

2)根据变换Q—s曲线的坐标来确定。由于 Q—s曲线往往不出现显著转折,因此不同研究者用变换坐标的方法试图解决极限荷载的稳定问题。如百分率法、lgQ—lgs法、拟斜率法、s—lgQ法等。

3)根据Q—s曲线下沉增量与荷载增量的比值来确定。选定Δs/ΔQ某一定量指标来判定 Q—s曲线上极限荷载的位置,这样使用上较为简便。

4)根据桩顶下沉量来确定。极限荷载往往与桩的下沉有关系,因此以规定桩顶下沉量的方法来确定极限荷载,则具有明确而简单的特点。该方法的理论依据是桩的破坏不仅取决于桩身材料和地层土质条件,而且也取决于上部结构及使用条件所允许出现的极限下沉量。

5)根据桩顶残余下沉量和弹性变形的有关指标来确定。当下沉量有足够精度时,可以通过残余下沉量的规定值[sr]画一条卸载曲线的割线的平行线,此直线与实测的 Q—s曲线相交于一点,交点取为极限荷载。

6)根据桩顶下沉随时间发展的规律确定。s—lgt法：试桩加载后下沉s与时间的对数lgt呈线性关系,曲线坡度Δs/Δlgt说明下沉发展速率,当s—lgt曲线出现明显的向下曲折式坡度陡增时,认为桩已达到极限承载力。

3.4 确定单桩竖向承载力特征值的方法

单桩静载试验成果最终用于设计的是单桩竖向承载力特征值。1)由极限荷载除以安全系数 K来确定,我国桩基规范取K=2。2)根据规定的桩顶容许下沉量来确定,我国统计[S]= 4mm～6mm。

3.5 单桩的破坏模式

单桩的荷载—沉降特性是同桩的破坏模式联系在一起的。常见的几种典型破坏模式和极限承载力取值准则如下：

1)桩端无坚硬持力层的摩擦桩：桩端一般呈刺入破坏,桩端阻力所占比例很小,Q—s曲线呈陡降型,极限承载力特征点明显。2)桩端持力层为砂土或粉土的打入桩：由于发挥极限端阻力所需位移大,桩端阻力所占比例也较大,Q—s曲线呈缓变型,极限特征点不明显,因此常以某一极限位移 su的控制确定其极限承载力。3)扩底桩：支承于砾、砂、粘性土上的扩底桩,端阻破坏所需位移量很大,桩端阻力占承载力的比例较大,属于端承桩。Q—s曲线呈缓变型,极限承载力一般以位移控制。4)桩端有较厚沉淤的钻孔桩：由于桩底沉淤强度低,压缩性高,桩端一般呈刺入破坏,接近于纯摩擦桩。Q—s曲线呈陡降型,极限承载力特征点明显。5)干作业桩：桩端置于砂中,孔底有一定厚度虚土的钻孔桩,由于桩端砂性虚土经压缩,承载力提高,此时极限承载力多以位移控制取值。6)嵌岩灌注桩：桩端嵌入坚硬基岩中的挖孔桩,由于清孔好,桩又不太长,桩身压缩和下沉量很小,在侧阻尚未充分发挥的情况下,便由于桩身材料的破坏而破坏,Q—s曲线呈陡降型,极限特征点明显。7)大直径灌注桩：直径不小于800mm的桩,Q—s曲线一般呈缓变型,可取s=0.5D(D为桩端直径)对应的荷载值。

综上所述,从Q—s曲线的形态来看,可分为陡降型和缓变型两大类。

Q—s曲线是桩破坏机理和破坏模式的宏观反映。一般情况下,极限承载力的确定：陡降型 Q—s曲线可根据特征点并结合的分析确定;缓变型Q—s曲线可根据沉降量确定,我国规范为宜取s=40mm对应的荷载值。

4 桩基持力层的选择

正确选择桩基持力层是一个重要环节,是桩基设计的关键一步。不少工程由于持力层选择不当,给施工带来困难,常因此变更设计,调整桩长或施工中接桩、截桩造成浪费。合理选择桩基持力层,关键在于对工程地质条件的认识。可作为桩基持力层的有：硬粘性土、密实砂土、碎石土、软质岩石和风化岩石等等。

[1] JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[2] JGJ 94-2008,建筑桩基础规范[S].