地基基础工程施工：静载试验确定单桩竖向极限承载力

我国确定桩的承载力的依据有两种：《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和桩的水平承载力。下面依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）进行介绍。

一、单桩竖向极限承载力标准值

（一）对各级建筑物的规定

（1）对于一级建筑桩基，单桩竖向极限承载力标准值应通过现场静载荷试验确定。在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1％，并不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。《建筑桩基技术规范》还要求结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。

（2）对于二级建筑桩基，也可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定。《建筑桩基技术规范》规定，应根据静力触探，标准贯入、经验参数等估算。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定。

（3）对于三级建筑桩基，可利用承载力经验参数估算。

（二）按静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值

1．轴向受压静载试验

（1）试验目的：在建筑工程现场实际工程地质和实际工作条件下，采用与工程规格尺寸完全相同的试桩，进行竖向抗压静载荷试验，直至加载破坏，由此确定单桩竖向极限承载力作为桩基设计的依据。这是确定单桩竖向极限承载力最可靠的方法。

（2）试验设备：测量系统和加载系统，加载系统主要有千斤顶加载和直接堆载加载。如图6－11、图6－12所示。

（3）试验方法及要点：

①加载方式：慢速维持荷载法，即逐级加载；

②加载原则：每级荷载为预估极限荷载1／15～1／10；

③桩顶沉降观测：每级加载后间隔一定时间测量一次沉降；

④沉降相对稳定标准：沉降不超过0．1mm／h时，认为沉降稳定，进行下一级加载；

⑤终止加载条件：

a．当荷载沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段；

b．某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；

c．某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24小时尚未稳定；

d．已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量；

图6－11 千斤顶加载装置示意图

图6－12 某工程桩试验

e．桩底支撑在坚硬岩土层上，桩的沉降量很小时，最大加载量已达到设计荷载的2倍；

f．卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为加载值的2倍。

2．单桩竖向极限承载力实测值

（1）P－s曲线有明显的陡降段，取陡降段起点相应的荷载值，如图6－13所示。

（2）桩径或桩宽在550mm以下的预制桩，在某级荷载Pi作用下，其沉降增量与相应荷载增量的比值大于0．1mm／k N时，取前一级荷载Pi－1值为极限荷载Pu。

（3）当P－s曲线为缓变型，无陡降段时，根据桩顶沉降量确定极限承载力：

一般桩可取s＝40～60mm对应的荷载；

大直径桩可取s＝（0．03～0．06）D对应的荷载值；

对于细长桩（L／D＞80），可取s＝60～80mm对应荷载。

根据沉降随时间变化特征确定极限承载力：取s－lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

图6－13 荷载－沉降（P－s）曲线

3．单桩竖向极限承载力标准值Quk

（1）计算n根试桩实测极限承载力平均值Qum；

（2）计算每根试桩的极限承载力实测值Qui与平均值Qum之比（αi＝Qui／Qum）下标i根据Qui值按由小到大的顺序确定。

（3）计算的标准差Sn：

（4）Quk的计算：当的标准差Sn≤0．15时，Quk＝Qum；当Sn＞0．15时，Quk＝λQum。式中：Quk——单桩竖向极限承载力标准值；

Qum——单桩竖向极限承载力实测值；

单桩竖向极限承载力标准值折减系数。

（三）按土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩竖向极限承载力标准值（物理指标法）

（1）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定单桩竖向极限承载力标准值。

Quk＝Qsk＋Qpk＝u∑qsikli＋qpkAp（6－1）

式中：Qsk——单桩总极限侧阻力标准值；

Qpk——单桩总极限端阻力标准值；

u——桩身的周边长度；

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；可以查《建筑桩基技术规范》；

qpk——极限端阻力标准值，可以查《建筑桩基技术规范》。(https://www.xing528.com)

（2）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩（d≥800mm）单桩竖向极限承载力标准值。

Quk＝Qsk＋Qpk＝u∑ψsiqsikli＋ψpqpkAp（6－2）

式中：ψsi，ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，可以查《建筑桩基技术规范》。

对于砼护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，设计桩径取护壁外直径。

二、单桩竖向承载力特征值

（1）对于桩数小于3的桩基，基桩的竖向承载力设计值为

（2）根据静载试验确定单桩竖向承载力标准值时，基桩的竖向承载力设计值为

式中：桩侧阻抗力分项系数；

桩端阻抗力分项系数；

桩侧端阻综合阻抗力分项系数；可以查表6－2。

表6－2 桩基竖向承载力抗力分项系数

【例1】某工程采用预应力管桩基础，桩径0．55m，桩长16m，桩端持力层为泥质岩，其中一根工程桩进行静载荷试验，其竖向荷载和桩顶沉降数据见表6－3和图6－14，试分析该桩单桩极限承载力值，并计算单轴承载力特征值。

表6－3 静载荷试验数据

【解】从Q－s曲线看出，无陡降段，属缓变型，可根据沉降量确定极限承载力，桩长16m，可取s＝40mm所对应的荷载为单桩极限承载力。Qu＝4150k N，单桩承载力特征值Ra＝4150／2＝2075（k N）。

【例2】某工程采用截面0．4m×0．4m预制桩，桩长20m，抽取4根桩进行单桩静载荷试验，其单桩极限承载力分别为850k N，900k N，1000k N和1100k N，试确定单桩极限承载力标准值（《建筑地基基础设计规范（2002）》。

【解】4根桩实测极限承载力平均值：Qum＝（850＋900＋1000＋1100）／4＝962．5（k N）；Qum＝962．5k N的极差1100－850＝250k N＜30％Qum＝288．8k N，所以其单桩极限承载力标准值为Quk＝962．5k N。

图6－14 静载试验沉降线

三、单桩抗拔承载力

1．单桩抗拔承载力标准值

（1）一级建筑物应通过现场单桩抗拔静载荷试验确定；

（2）二、三级建筑物可用当地经验或按下式计算：

Uk＝∑λiqsikuili（6－5）

式中：Uk——基桩抗拔极限承载力标准值。

2．单桩抗拔承载力设计值

（1）经验公式：

式中：K——安全系数，取2～3；

qsi——桩周土摩擦力标准值，可查《建筑桩基技术规范》。

λi——抗拔与抗压极限侧阻力之比；

W——桩身有效自重，扣除水的浮力。

（2）《建筑桩基技术规范》公式：

式中：γ0——桩基重要性系数，一、二、三级分别取1．1、1．0、0．9；对于柱下单桩，按提高一级考虑；对于柱下单桩的一级建筑桩基取1．2；

N——基桩抗拔力设计值；

Uk——基桩抗拔力标准值；

γs——桩侧阻力分项系数，一般按勘察报告提供。

四、单桩水平承载力

单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素。对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定。实际工程中，通过设置斜桩来承受水平荷载，如对于上海宝钢在长江中深水栈桥桩基承受长江风浪水平荷载，采用斜桩来解决。

五、桩身材料验算

除按上述方法确定单桩承载力外，还应对桩身材料进行强度或抗裂度验算。

桩身材料强度验算：

γ0N≤φ（ψcfcA＋f′yA′s）（6－8）

式中：fc——砼轴心抗压强度设计值，按砼强度等级取；

A——桩的横截面积；

f′y——钢筋抗压强度设计值；

A′s——桩的全部纵向钢筋横截面积，按桩的纵向受力主筋计算；

ψc——基桩施工工艺系数，砼预制桩φc＝1．0，干作业非挤土灌注桩ψc＝0．9等。

对于预制桩，还应进行运输、起吊和锤击等过程中的强度验算。