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教你做单桩竖向抗拔静载荷试验

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 一、适用范围

单桩竖向抗拔静载荷试验就是采用接近于竖向抗拔桩实际工作条件的试验方法,确定单桩的竖向抗拔极限承载能力,是最直观、最可靠的方法。迄今为止,桩基础上拔承载力的计算还是一个没有从理论上解决的问题,在这种情况下,现场原位试验在确定单桩竖向抗拔承载力中的作用就更为重要。

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基础承受上拔力的建(构)筑物主要有以下几种类型:

(1)高压送电线路塔;

(2)电视塔等高耸构筑物;

(3)承受浮托力为主的地下工程和人防工程,如深水泵房、(防空)地下室或其他工业建筑、深坑;

(4)在水平力作用下出现上拔力的建(构)筑物。

(5)膨胀土地基上的建筑物;

(6)海上石油钻井平台;

(7)索拉桥和斜拉桥中所用的锚桩基础;

(8)修建船舶的船坞底板。

二、破坏模式

在上拔荷载作用下,桩身首先将荷载以摩阻力的形式传递到周围土中,其规律与承受竖向下压荷载时一样,只不过方向相反。初始阶段,上拔阻力主要由浅部土层提供,桩身的拉应力主要分布在桩的上部,随着桩身上拔位移量的增加,桩身应力逐渐向下扩展,桩的中、下部的上拔土阻力逐渐发挥。当桩端位移量超过某一数值(通常为6~10mm)时,就可以认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限,其后抗拔阻力就会下降。此时,如果继续增加上拔荷载,就会产生破坏。

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影响单桩坚向抗拔承载力的因素很多,归纳起来有以下几个方面:

(1)桩周土体的影响:

桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖向抗拔承载力产生一定的影响。一般说来,在粘土中,桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近;在砂土中,桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计,砂土的抗剪强度越大,桩侧单位面积的极限抗拔侧阻力也就越大。

(2)桩自身因素的影响:

桩侧表面的粗糙程度越大,则桩的抗拔承载力就越大,且这种影响在砂土中比在粘土中更明显;此外,桩截面形状、桩长、桩的刚度和桩材的泊松比等都会对单桩竖向抗拔承载力产生不同程度的影响。

(3)施工因素的影响:在施工过程中,桩周土体的扰动、打人桩中的残余应力、桩身完整性、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。

(4)休止时间的影响:从成桩到开始试验之间的休止时间长短对单桩竖向抗拔承载力影响是明显的;另外、桩顶的加载方式、荷载维持时间、加载卸载过程等对单桩竖向抗拔承载力也有影响。

三、仪器设备

单桩竖向抗拔静载荷试验的设备装置基本上与单桩竖向抗压静载试验装置相同,但是其使用及安装方式不尽一样。

1.反力装置

抗拔试验反力装置宜采用反力桩(或工程桩)提供支座反力,也可根据现场情况采用天然地基提供支座反力;反力架系统应具有不小于1.2倍的安全系数。

采用反力桩(或工程桩)提供支座反力时,反力桩顶面应平整并具有一定的强度。为保证反力梁的稳定性,应注意反力桩顶面直径(或边长)不宜小于反力梁的梁宽,否则,应加垫钢板以确保试验设备安装的稳定性。

采用天然地基提供反力时,两边支座处的地基强度应相近,且两边支座与地面的接触面积宜相同,施加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的1.5倍,避免加载过程中两边沉降不均造成试桩偏心受拉,反力梁的支点重心应与支座中心重合。

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2.加载装置

加载装置采用油压千斤顶。千斤顶的安装有两种方式:一种是千斤顶放在试桩的上方、主梁的上面,因拔桩试验时千斤顶安放在反力架上面,比较适用于一个千斤顶的情况,特别是穿心张拉千斤顶,当采用两台以上千斤顶加载时,应采取一定的安全措施,防止千斤顶倾倒或其他意外事故发生。如对预应力管桩进行抗拔试验时,可采用穿心张拉千斤顶,将管桩的主筋直接穿过穿心张拉千斤顶的各个孔,然后锁定,进行试验。另一种是将两个千斤顶分别放在反力桩成支承墩的上面、主梁的下面,千斤顶顶主梁,如下图所示,通过“抬”的形式对试桩施加上拔荷载。对于大直径、高承载力的桩,宜采用后一种形式。

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3.荷载量测装置

荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定,也可采用连接于千斤顶上的标准压力表测定油压,根据千斤顶荷载—油压串定曲线换算出实际荷载值。一般说来,桩的抗拔承载力远低于抗压承载力,在选择千斤顶和压力表时,应注意量程问题,特别是试验荷载较小的试验桩,采用“抬”的形式时.应选择相适应的小吨位千斤顶。对于大直径、高承载力的试桩,可采用两台或四台千斤顶对其加载。当采用两台及两台以上千斤顶加载时,为了避免受检桩偏心受载,千斤顶型号、规格应相同且应并联同步工作。

4.位移量测装置

1)基准桩

基准桩的安装按照单桩竖向抗压的要求执行,要注意安装距离。

2)基准梁

基准梁的一端应固定在基准桩上,另一端应简支于基准桩上,并采取有效遮挡措施。

3)百分表或位移传感器

桩顶上拔量测量平面必须在桩顶或桩身位置,安装在桩顶时应尽可能远离主筋,严禁在混凝土桩的受拉钢筋上设置位移观测点,避免因钢筋变形导致上拔量观测数据失实。

试桩、反力支座和基准桩之间的中心距离的规定与单桩抗压静载试验相同。在采用天然地基提供支座反力时,拔桩试验加载相当于给支座处地面加载,支座附近的地面也因此会出现不同程度的沉陷。荷载越大,这种变形越明显。为防止支座处地基沉降对基推梁的影响,一是应使基准桩与反力支座、试桩各自之间的间距满足JGJ106-2014规范中的表4.2.6的规定,二是基准桩需打入试坑地面以下一定深度(一般不小于1m)。

JGJ106-2014规范对现场检测的规定条文:

5.3.1 对混凝土灌注桩、有接头的预制桩,宜在拔桩试验前采用低应变法检测受检桩的桩身完整性。为设计提供依据的抗拔灌注桩施工时应进行成孔质量检测,发现桩身中、下部位有明显扩径的桩不宜作为抗拔试验桩;对有接头的预制桩,应验算接头强度。

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5.3.2 单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。设计有要求时,也可采用多循环加、卸载方法或恒载法。慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准应按JGJ106-2014规范第4.3.3条和4.3.5条规定执行。

5.3.3 当出现下列情况之一时,可终止加载:

(1)在某级荷载作用下,桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。

(2)按桩顶上拔量控制,当累计桩顶上拔量超过100mm时。

(3)按钢筋抗拉强度控制,钢筋应力达到钢筋强度设计值,或某根钢筋拉断。

(4)对于验收抽样检测的工程桩,达到设计要求的最大上拔荷载值。

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