地基及桩基础检测

第8章地基及桩基础检测Chapter8InspectionofGroundBaseandPileFoundation-PAGE224--PAGE225-地基及桩基础检测Chapter8InspectionofGroundBaseandPileFoundation目录ContentsTOC\o"1-4"\h\z\u8.1地基承载力的检测（inspectionofGroundsbearingcapacity） 2038.1.1地基土的载荷试验（groundsstaticloadingtest） 2031．加载装置与量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice） 2032．现场试验（fieldtesting） 2043．数据分析（datainterpretation） 2058.1.2复合地基载荷试验（compositegroundsstaticloadingtest） 2071．加载装置（loadingequipment） 2073．数据分析（datainterpretation） 2088.2桩基静载试验（staticloadingtestofpilefoundation） 2088.2.1单桩静压试验（singlepilestaticpressuretesting） 2081．加载装置与量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice） 2082．现场试验（fieldtesting） 2103．数据分析（datainterpretation） 2118.2.2单桩静拔试验（singlepilestaticpull-outtesting） 2121．加载装置及测试仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice） 2122．现场试验（fieldtesting） 2133．数据分析（datainterpretation） 2138.2.3单桩水平荷载试验（singlepilehorizontalloadtesting） 2131．加载装置和量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice） 2132．现场试验（fieldtesting） 2143．数据分析（datainterpretation） 2148.3桩基动力检测（dynamicinspectionofpilefoundation） 2168.3.1低应变法（lowstraintestinging） 2161．量测仪器与装置(measuringsetup) 2162．现场试验（fieldtesting） 2173．数据分析（datainterpretation） 2188.3.2高应变法（highstraindynamictesting） 220本章小结（summary） 224思考题（problems） 224

建筑地基基础的检测是建筑结构可靠性鉴定的重要环节，检测结果是进行建筑结构可靠性评定的重要指标之一。地基基础的检测内容非常广泛，凡是影响建筑物可靠性的因素都可能成为检测的内容。地基基础的检测是一项技术性很强的工作，是土木工程建设质量控制的必要手段，是贯穿于工程建设勘察、设计、施工和既有建筑可靠性鉴定全过程的一项重要工作。本章将系统介绍地基承载力检测、桩基静载试验和桩基动力检测。8.1地基承载力的检测（inspectionofGroundsbearingcapacity）8.1.1地基土的载荷试验（groundsstaticloadingtest）地基土的载荷试验是确定岩土承载能力的主要方法，载荷试验主要包括浅层平叛载荷试验和深层平叛载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层地基，适用于确定浅层地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。深层平板载荷试验可适用于确定深层地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。载荷试验的方法就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量，分析研究地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。可见，静载试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似，而且直接对天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验。所以，对于建筑物地基承载力的确定，此方法比用其他测试方法更接近实际。当试验影响深度范围内土质均匀时，用此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。1．加载装置与量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice）目前常用的静载试验设备如图8.1图8.1.1（a图8.1.1（a图8.1.1（b）、（c）、（d）中油压千斤顶的反力均由旋入土中的地锚来承担。千斤顶的加荷通过钢梁或桁架或拉杆传给地锚。地锚的数量按每只地锚的锚固力来确定。这种装置，尤其是图8.1.1（d载荷试验承压板一般用刚性的方形板或圆形板，其面积应为0.25m2或0.5m2，目前工程上常用的是0.707m×0.707m和0.50m×0.50m。对于均质密实的土如Q3老粘性土，也可用0.1m2的承压板。但对于饱和软土层，考虑到在承压板边缘的塑性变形影响，承压板的面积不应小于0.5m2。如果地表为厚度不大的硬壳层，其下为软弱下卧层，而且建筑物基础以硬壳层为持力层，此时，承压板应当选用尽量大的尺寸，使受压土层厚度与实际压缩层厚度相当，条件许可时，最好在现场浇筑实体基础供试验用。为了排除承压板周围超载的影响，试验标高处的坑底宽度不应小于承压板直径（或宽度）的3倍，并应尽可能减小坑底开挖和整平对土层的扰动，缩短开挖与试验的间隔时间。而且，在试验开始前应保持土层的天然湿度和原状结构。当被试土层为软粘土或饱和松散砂土时，承压板周围应预留200~300mm厚的原状土作为保护层。当试验标高低于地下水位时，应先将地下水位降低至试验标高以下，并在试坑底部铺设50mm的砂垫层，待水位恢复后进行试验。承压板与土层接触处，一般应铺设厚度不超过20mm的中砂或粗砂层，以保证底板水平，并与土层均匀接触。对深层平板载荷试验的承压板应采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板外侧的土层高度应不小于80cm。图8.1.1几种常用的静载试验设计结构略图1－图8.1.1几种常用的静载试验设计结构略图1－承压板；2－千斤顶；3－木垛；4－钢梁；5－钢锭；6－百分表；7－地锚；8－桁架；9－立柱；10－分力帽；11－拉杆；（b）（a）（c）（d）试验加荷方法应采用分级维持荷载沉降相对稳定法（慢速法）。浅层平板载荷试验加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。深层平板载荷试验加荷等级可按预估极限承载力的1/10~1/15分级施加。每级加荷后，第一个小时内按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔30min测读一次沉降。当在连续2小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。试验点附近应有取土孔提供土工试验指标，或其他原位测试资料，试验后，应在承压板中心向下开挖取土试验，并描述2.0倍承压板直径（或宽度）范围内土层的结构变化。浅层平板载荷试验在试验过程中出现下列现象之一时，即可认为土体已达到极限状态，应终止试验：（1）承压板周围的土体有明显的侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；（2）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；（3）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；（4）总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06。深层平板载荷试验在试验过程中出现下列现象之一时，即可认为土体已达到极限状态，应终止试验：（1）沉降量急骤增大，荷载~沉降（~)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04(为承压板直径）；（2）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍；（3）在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；（4）当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。3．数据分析（datainterpretation）静载试验的主要成果是p-s曲线及在一定压力p下的s-t关系曲线。试验资料主要有以下应用：（1）确定地基土的承载力图8.1.2p-s曲线拐点法图8.1.3缓变型p-s曲线根据静载试验资料确定地基土的承载力，应根据图8.1.2p-s曲线拐点法图8.1.3缓变型p-s曲线1）拐点法当p-s关系曲线有较明显的直线段时，一般就用这直线段的拐点所对应的压力p0（即临塑压力或比例界限压力）值，作为地基土的承载力特征值，见图8.1图8.1.4lgp-lgs曲线图8.1.5p-曲线在饱和软土地基中，p-s曲线拐点往往不明显（如图8.1.3），此时，可用lgp-1gs曲线（图8.1.4）和图8.1.4lgp-lgs曲线图8.1.5p-曲线2）相对沉降法当p-s曲线无明显拐点时，还可以用相对沉降s/b（b为承压板边长或直径）来确定地基土的承载力特征值。我国《建筑地基基础设计规范》GB50007规定，当承压板面积为0.25~0.5m2时，可取s/b=0.01~0.015所对应的压力3）极限荷载法当p-s曲线上第一拐点p0出现后，土体很快达到破坏状态，即与接近时，可用除以安全系数K作为地基土承载力的特征值；也可取相对沉降s/b＝0.06所对应的荷载作为极限荷载。安全系数K值一般取2。在某些情况下，试验加荷至土体呈破坏状态，p-s曲线上既有，又有，此时，地基土的承载力特征值还可以按下式确定：（8.1.1式中一地基土承载力特征值，kPa；一经验系数，一般选用3～5。由上式确定的地基土承载力特征值要比值大，对于基础与上部结构刚度较好、对沉降要求不很严格的建筑物，是可以采用的。（2）确定地基土的变形模量一般取p-s曲线的直线段（即第I阶段），用下式计算值：（8.1.2式中—承压板直径，m。当为方形板时B=2；—方形板面积，m2；—曲线直线段的斜率，kPa/m；—地基土的泊松比，对于砂土和粉土，＝0.33；对于可塑－硬塑粘性土，＝0.38；对于软塑－流塑粘性土和淤泥质粘性土，＝0.41。当p-s曲线的直线段不明显时，可用前面讲述的确定地基土承载力的方法来确定地基承载力的基本值与相应的沉降量并代入式8.1.2计算，但此时应与其他原位测试资料比较，综合考虑确定值。在应用载荷试验资料确定地基土的承载力和变形模量时，必须注意两个问题：一是载荷试验的受荷面积比较小，加荷后受影响的深度不会超过2倍承压板边长或直径，而且加荷时间也比较短，因此不能通过载荷试验提供建筑物的长期沉降资料；二是在沿海软粘土分布地区，地表往往有一层“硬壳层”，当用小尺寸的承压板时，常常受压范围还在地表“硬壳层”内，其下软弱土层还未受到承压板的影响，而对于实际建筑物的大尺寸基础，下部软弱土层对建筑物沉降起着主要的影响，见图8.1.6。因此，载荷试验资料的应用是有条件的，在进行载荷试验时，要充分估计到试验影响范围的局限性，注意分析试验成果与实际建筑地基之间可能存在的差异。所以，当地基压缩层范围内土层单一而且均匀时，可以直接在基础埋置标高处进行载荷试验；如果地基压缩层范围内土层是成层变化的，或者是不均匀的，则要进行不同尺寸承压板或不同深度的载荷试验。遇到这种情况，可以采用其他原位测试和室内土工试验来确定载荷试验图8.图8.1.6承压板与实际基础尺寸的差异对评价建筑物沉降的影响8.1.2复合地基载荷试验（compositegroundsstaticloadingtest）对于各种不良地基，将部分土体被增强或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同承担荷载的地基称为复合地基，《建筑地基处理技术规范》JGJ79规定：对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级和场地复杂程度，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。复合地基载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数。复合地基的载荷试验包括单桩复合地基载荷试验和多桩复合地基载荷试验。1．加载装置（loadingequipment）（1）单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定，桩的中心（或形心）应与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合。（2）承压板底高程应与基础底面设计高程相同，压板下宜设中粗砂找平层，垫层厚度取50～150mm，桩身强度高时宜取大值。试验标高处的试坑长度和宽度，应不小于承压板尺寸的3倍。基准梁的支点应设在试坑之外。2．现场试验（fieldtesting）（1）加荷等级可分为8～12级，总加载量不宜少于设计要求值的2倍。（2）每加1级荷载前后应各读记承压板沉降1次，以后每半小时读记1次。当1小时内沉降增量小于0.lmm时，即可加下1级荷载；对饱和粘性土地基中的振冲桩或砂石桩，1小时内沉降增量小于0.25mm时即可加下1级荷载。（3）终止加载条件当出现下列现象之一时，可终止试验：1）沉降急骤增大、土被挤出或压板周围出现明显的裂缝；2）累计的沉降量大于压板宽度或直径的6%；3）总加载量已为设计要求值的2倍以上。（4）卸荷要求卸载级数可为加载级数的一半，等量进行，每卸一级，间隔半小时，读记回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时读记总回弹量。3．数据分析（datainterpretation）复合地基承载力特征值按下述要求确定：（1）当p-s曲线上有明显的比例极限时，可取该比例极限所对应的荷载；（2）当极限荷载能确定，而其值又小于对应比例极限荷载值的1.5倍时，可取极限荷载的一半；（3）按相对变形值确定：1）振冲桩和砂石桩复合地基：对以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d和分别为承压板宽度和直径，当其值大于2m时，按2m计算）对以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.012所对应的压力。2）土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.010~0.015所对应的荷载；对灰土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d=0.008所对应的压力。3）深层搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.006所对应的压力。4）对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；当以粘性土。粉上为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30％时，可取其平均值为复合地基承载力特征值。8.2桩基静载试验（staticloadingtestofpilefoundation）桩基静载试验的主要目的是确定桩的承载能力，即确定桩的允许荷载和极限荷载，查明桩基础强度的安全储备，了解桩基础的变位情况，以确保桩基础的安全性与经济性。桩基础静载试验分为竖向荷载试验与水平荷载试验。竖向荷载试验又可分为静压试验和静拔试验。8.2.1单桩静压试验（singlepilestaticpressuretesting）1．加载装置与量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice）一般采用油压千斤顶加载，试验前应对千斤顶进行标定。千斤顶的反力装置可根据现场条件选用。单桩静压试验的加载方法主要有锚桩法和压重法。（a）（b）图8.2.1锚桩法反力装置（a）俯视图；（b）侧面图1（a）（b）图8.2.1锚桩法反力装置（a）俯视图；（b）侧面图1－锚梁；2－试桩；3－横梁；4－锚桩；5－千斤顶；6－百分表压重法，也称为堆载法，是在试桩的两侧设置枕木垛，上面放置型钢或钢轨，将足够重量的钢锭或铅块堆放其上作为压重，在型钢下面安放主梁，千斤顶则放在主梁与桩顶之间，图8.2.2压重法反力装置1图8.21－试桩；2－千斤顶；3－百分表；4－基准桩；5－钢板；6－主梁；7－枕木；8－堆放的荷载；9-次梁测量仪表必须精确，一般使用百分表、水平仪等。支承仪表的基准梁应有足够的刚度和稳定性。基准梁的一端在其支承桩上可以自由移动而不受温度影响引起上拱或下挠。基准桩应埋入地基表面以下一定深度，不受气候条件等影响。基准桩中心与试桩、锚桩中心（或压重平台支承边缘）之间的距离宜符合表8.2表8.2.1基准桩中心至试桩、锚桩中心反力系统基准桩与试桩基准桩与锚桩（或压重平台支承边）锚桩法反力装置≥4d≥4d压重法反力装置≥2.0m≥2.0m注：当试桩直径（或边长）小于或等于800mm时，可为试桩直径（或边长）的5倍；当试桩直径大于800m时，上述距离不得小于4m。试桩受力后，会引起其周围的土体变形，为了能够准确地量测试桩的下沉量，测量装置的固定点，如基准桩，应与试桩、锚桩保持适当的距离，见表8.2表8.2.2锚桩数目测量装置的固定点与试桩、锚桩桩间的最小距离（m）测量装置与试桩测量装置与锚桩42.41.661.71.02．现场试验（fieldtesting）（1）试桩试验时间要求对于砂性土地基的打入式预制桩，沉桩后距静载试验的时间间隔不得少于7d；对于粘性土地基的打入式预制桩，沉桩后距静载试验的时间间隔不得少于14d；对于钻孔灌注桩要满足桩身混凝土养护时间，一般情况下不少于28d。此外，试桩的桩顶应完好无损，桩顶露出地面的长度应满足试桩仪器设备安装的需要，一般不小于600mm（2）试桩的加载、卸载方法加载应分级进行，采用逐级等量加载。分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1／10，其中第1级可取分级荷载的2倍。卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在持荷过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10％。（3）试验步骤1）每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。2）试桩沉降相对稳定标准：每1小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现2次（从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续3次每30min的沉降观测值计算）。3）当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下1级荷载。4）卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下1级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读1次。（4）终止加载条件当出现下列情况之一时，一般认为试桩已达破坏状态，所施加的荷载即为破坏荷载，试桩即可终止加载。1）试桩在某级荷载作用下的沉降量，大于前一级荷载沉降量的5倍。试桩桩顶的总沉降量超过40mm。若桩长大于40m，则控制的总沉降量可放宽，桩长每增加l0m2）试桩在某级荷载作用下的沉降量大于前一级荷载沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定。3）已达到设计要求的最大加载量。4）当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。5）当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。3．数据分析（datainterpretation）确定单桩竖向抗压承载力时，应绘制竖向荷载-沉降（Q-s）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线，需要时也可绘制其他辅助分析所需曲线。当进行桩身应力、应变和桩底反力测定时，应整理出有关数据的记录表。为了比较准确地确定试桩的极限承载力，根据试桩曲线来分析。常用方法有以下几种。（1）Q-s曲线的转折点确定法一般认为在极限荷载下，桩顶下沉量急剧增加，极限荷载就是Q-s曲线的转折点，即Q-s曲线在此点的切线斜率急剧增大，或从此点后的陡降直线段比较明显（8.2.3a）所拐点法的缺点是绘图所用比例尺寸大小以及荷载级大小都会改变Q-s曲线的形状，影响极限荷载Q的选取，并存在一定的人为因素的影响。为克服比例尺寸方面的影响，须有统一的规定，一般可取坐标轴总长s:Q=1:1或1:2。有些时候，Q-s曲线的转折点不够明显，此时极限荷载就难以确定，需借助其它方法辅助判断，例如绘制各级荷载作用下的沉降－时间（s-t）曲线（图8.2.3图中小写“p”均为大写的“Q”b），或采用对数坐标绘制图中小写“p”均为大写的“Q”（a（a）（b）图8.2.3（a）荷载－沉降（p-s）曲线；（b）沉降－时间（s-t）曲线桩的极限荷载往往与桩顶下沉量有关，由规定的桩顶下沉量所对应的荷载作为桩的极限荷载，我国《建筑基桩检测技术规范》JGJ106规定：对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s＝40mm对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于800mm的桩，可取s＝0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。（3）沉降速率法图8.2.4试桩S－lgt曲线沉降速率法是根据沉降-时间对数（s-lgt）曲线来分析单桩抗压承载力，取曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为单桩竖向抗压极限承载力，图8.2.4试桩S－lg图中小写“p”均为大写的“Q”按照沉降随时间变化的特征来确定极限荷载的，根据对以往大量试桩资料的分析，发现桩在破坏荷载之前的每级下沉量（s）与时间（t）的对数成线性关系，用式8.2（8.2.1直线的斜率M在某种程度上反映了桩的沉降速率，斜率不是常数，它随着桩顶荷载增大而增大，斜率越大则桩的沉降速率越大。当桩顶荷载继续增大时，如发现绘制的s-lgt线型不是一条直线而是折线时，则说明该级荷载作用下桩的沉降速率骤增，标志着桩已破坏。因此，可将相应于s-lgt线由直线变为折线的那一级荷载定为试桩的破坏荷载，其前一级荷载即为桩的极限荷载。单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定应符合下列规定：①参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。②当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。③对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。8.2.2单桩静拔试验（singlepilestaticpull-outtesting）单桩竖向抗拔静载试验是检测单桩竖向抗拔承载力最直观、可靠的方法。与抗压静载试验一样，拔桩试验也是采用了国内外惯用的维持荷载法，并规定应采用慢速维持荷载法。1．加载装置及测试仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice）加载装置可采用由油压千斤顶、两根锚桩和承载梁组成的千斤顶反力装置。试桩和承载梁用拉杆连接，将千斤顶置于两根锚桩之上，顶推承载梁，引起试桩上拔，试桩与锚桩间中心距离可按静压试验中的有关规定确定。反力架系统应具有1.2倍的安全系数并符合下列规定：（1）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。（2）采用天然地基提供反力时，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；反力梁的支点重心应与支座中心重合。荷载测量及其仪器的技术要求、桩顶上拔量测量及其仪器的技术要求等按静压试验中的规定进行。2．现场试验（fieldtesting）对混凝土灌注桩、有接头的预制桩，在拔桩试验前宜采用低应变法检测桩身的完整性，为设计提供依据。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。单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法，需要时，也可采用多循环加卸载方法。慢速维持荷载法的加卸载分级、试验方法及稳定标准应按静压试验中的规定进行，并仔细观察桩身混凝土开裂情况。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荷载作用下上拔量的5倍；（2）按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm；（3）按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍；（4）对于工程桩达到设计要求的最大上拔荷载值。3．数据分析（datainterpretation）数据整理应绘制上拔荷载－桩顶上拔量（-）关系曲线和桩顶上拔量－时间对数（-lgt）关系曲线。单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定：（1）根据上拔量随荷载变化的特征确定：对陡变型-曲线，取陡升起始点对应的荷载值。（2）根据上拔量随时间变化的特征确定：取-曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值。（3）当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。单桩竖向抗拔静载试验极限承载力统计值的确定同单桩竖向抗压极限承载力统计值确定的规定。8.2.3单桩水平荷载试验（singlepilehorizontalloadtesting）桩的水平承载力静载试验的目的主要是确定桩的水平承载力、桩侧地基土水平抗力系数的比例系数。单桩水平荷载试验的适用性和试桩的选择条件，原则上与竖向静载试验相同，但在测试方法和步骤上不同。1．加载装置和量测仪器（loadingequipmentandmeasuringdevice）加载方法宜根据工程桩实际受力特性选用单向多循环加载法或慢速维持荷载法，也可按设计要求采用其他加载方法。需要测量桩身应力或应变的试桩宜采用维持荷载法。桩的水平荷载试验的加载方式如图8.2.5所示，主要设备由垫板、导木、滚轴（圆钢）和卧式液压千斤顶等组成，采用千斤顶而逐级施加荷载，反力直接传递给已经施工完毕的桩基，用油压表或力传感器量测荷载的大小，用百分表或位移计量测试桩的水平位移。观测装置、加载装置原则上与竖向静载试验相同，但应注意以下两个方面。其一，反力装置的承载能力及其抗推刚度不应小于试桩，当采用顶推法加载时，反力装置与试桩之间的净间距不小于试桩直径的5倍；采用牵引法加载时，净间距不小于试桩直径的10倍，且不小于6m。其二，基准点应设置在受试桩及反力装置影响的范围以外，其与试桩的净距一般不小于试桩直径的5倍，当设置在与加载轴线垂直方向或与试桩位移相反方向时，间距可适当减小，但不宜小图8.2.5单桩水平荷载试验装置1－百分表；2－桩；3－千斤顶；4图8.2.5单桩水平荷载试验装置1－百分表；2－桩；3－千斤顶；4－导木；5－钢管；6－垫层；7－试桩试验加卸载方式和水平位移测量应符合下列规定：单向多循环加载法的分级荷载应小于预估水平极限承载力或最大试验荷载的1/10。每级荷载施加后，恒载4min后可测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环。如此循环5次，完成一级荷载的位移观测。试验不得中间停顿，直至试桩达到极限荷载为止。根据实测资料，绘制水平静载试验位移-时间（Y0-t）曲线，如图8.2.6图中小写的“u图中小写的“u”均改为大写的“Y0”当出现下列情况之一时，可终止加载。1）桩身折断；2）水平位移超过30～40mm（软土取40mm）；3）水平位移达到设计要求的水平位移允许值。当采用慢速维持荷载法时，加卸载分级、试验方法及稳定标准应按本章第8.2.1节的有关规定执行。3．数据分析（datainterpretation）（1）检测数据整理的一般要求1）采用单向多循环加载法时应绘制水平力－时间－作用点位移（）关系曲线和水平力－位移梯度（）关系曲线。2）采用慢速维持荷载法时应绘制水平力－力作用点位移（）关系曲线、水平力－位移梯度（）关系曲线、力作用点位移－时间对数（）关系曲线和水平力－力作用点位移双对数（）关系曲线。3）绘制水平力、水平力作用点水平位移－地基土水平抗力系数的比例系数的关系曲线（、）。当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时，值可按下列公式确定：（8.2.2（8.2.3式中—地基土水平抗力系数的比例系数，kN/m4；—桩的水平变形系数，m-1；—桩顶水平位移系数，由式8.2.3试算，当≥4.0时（为桩的入土深度），＝2.441；—作用于地面的水平力，kN；—水平力作用点的水平位移，m；EI—桩基抗弯刚度（kN·m2）；其中E为桩身材料弹性模量，I为桩身换算截面惯性矩；—桩身计算宽度（m）；对于圆形桩：当桩径D≤1m时，＝0.9（1.5D＋0.5）；当桩径D＞1m时，＝0.9（D＋1）。对于矩形桩：当边宽B≤1m时，＝1.5B＋0.5；当边宽B＞1m时，＝B＋1。（2）单桩的水平极限承载力确定方法1）取单向多循环加载法时的曲线产生明显陡降的前一级、或慢速维持荷载法时的曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值；2）取慢速维持荷载法时的曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值；3）取曲线或曲线上第二拐点对应的水平荷载值；4）取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。图8.2.6水平试验位移-时间曲线在绘制的水平试验位移－时间（Y0-t）曲线上，将各级荷载反复作用的位移峰值连起来，形成该级荷载作用下的位移包络线图8.2.6所示图8.2.6水平试验位移-时间曲线8.3桩基动力检测（dynamicinspectionofpilefoundation）单桩静载试验接近于桩的实际工作条件，是一种极为准确可靠的试验方法。但是，试验现场所需要的大吨位的反力装置，也使其成为历时最长、费用最高的一种单桩承载力测试方法。为此，多年来国内外在采用动测方法来测试桩的承载能力方面进行了大量试验研究。根据桩基激振后桩土的相对位移或桩身所产生的应变量大小，国内所采用的动测法可分为低应变和高应变两大类。8.3.1低应变法（lowstraintestinging）低应变方法主要用于桩身质量的检测。其原理是：当应力波在一根均匀的杆中传播时，其大小不会发生变化，波的传播方向与压缩波中质点运动方向相同，但与拉伸波中质点的运动方向相反。应力波反射法检验桩的结构完整性就是利用应力波的这种性质，当桩身某截面出现扩、缩颈或有夹泥截面等情况时，就会引起阻抗的变化，从而使一部分波产生反射并到达桩顶，由安装在桩顶的拾振器测试并记录，由此可以判断桩的完整性。1．量测仪器与装置(measuringsetup)应力波反射法检测的试验仪器主要是：加速度传感器、信号调制装置以及记录仪。（1）加速度传感器应力波反射法由铁锤敲击装顶产生振动波，敲击产生的加速度较低，一般采用高灵敏度压电式加速度传感器放置于装顶，并将采集的加速度数据积分成速度后分析。（2）信号调制装置由信号接收、放大、模数转换及模拟积分装置组成。（3）记录装置一般采用便携式计算机进行记录及分析。当采用打桩分析仪或便携式测桩仪时，信号采集、放大、模数转换及加速度积分等均自动完成。检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T3055的有关规定，且应具有信号显示、储存和处理分析功能。瞬态激振设备应包括能激发宽脉冲和窄脉冲的力锤和锤垫；力锤可装有力传感器；稳态激振设备应包括激振力可调、扫频范围为10～2000Hz的电磁式稳态激振器。测量传感器安装和激振操作应符合下列规定：①传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。②实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。③激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。④激振方向应沿桩轴线方向。⑤瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。⑥稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小。2．现场试验（fieldtesting）（1）受检桩应符合下列规定：①当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。②桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。③桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。（2）测试参数设定应符合下列规定：①时域信号记录的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。②设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。③桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。④采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于1024点。⑤传感器的设定值应按计量检定结果设定。（3）信号采集和筛选应符合下列规定：①根据桩径大小，桩心对称布置2～4个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。②检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。③不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。④信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。3．数据分析（datainterpretation）（1）桩身波速平均值的确定当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值按下式计算其平均值，然后根据表8.3（8.3.1）（8.3.式中—波速，m/s；—第根受检桩的桩身波速值，m/s，且；—测点以下的桩长，m；—入射波与反射波之间的时间差，s。—参加波速平均值计算的基桩数量（）。当不能按上述方法确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。表8.3.1应力波速与桩混凝土质量的关系序号桩身混凝土质量应力波波速/（）1极差<19202较差1920～27503可疑2750～33004良好3300～41205优良>4120（2）桩身的完整性判定1）桩身完整性检测的实测信号曲线的分析图8.3.1～8.3.3为典型的桩身完整性检测的实测信号曲线，图8.3.1a可见，在2时间内完好桩无反射波；但由图8.3.1b的缺陷桩实测信号曲线，在2时间内存在有反射波现象，这说明，完好桩与有缺陷桩的波形有着明显的区别。（（a）完好桩（b）缺陷桩图8.3.1桩的反射波曲线图8.3.2为接桩的桩身完整性检测的实测信号曲线，图8.3.2a所示曲线在桩中部略有反射波，说明接桩质量很好。图8.3.2b所示曲线在桩的中部出现了很强的反射波，这种现象说明接桩的质量很差，在接触面之间有较大的空隙。（（a）（b）图8.3.2接桩的反射波曲线（a）接桩好；（b）接桩差图8.3.3所示的为严重缺陷桩的实测信号曲线，桩身浅部使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波。图8.3.3图8.3.3缺陷的反射波曲线（8.3.3）式中—桩身缺陷至传感器安装点的距离，m；—速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差，s；—受检桩的桩身波速，m/s，无法确定时用值替代。桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按表8.3.2的规定和表8.3.3所列实测时域或幅频信号特征进行综合分析判定。表8.3.2桩身完整性分类表桩身完整性分类分类原则Ⅰ类桩桩身完整Ⅱ类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥Ⅲ类桩桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响Ⅳ类桩桩身存在严重缺陷表8.3类别时域信号特征幅频信号特征Ⅰ时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Ⅱ时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差Ⅲ有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间Ⅳ时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波缺陷谐振峰排列基本等间距，其相邻频差，无桩底谐振峰；或因浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰注：对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。8.3.2高应变法（highstraindynamictesting）对于承载力高达数千吨的大直径灌注桩，难以实施常规的静载试验，此时以动荷载代替静荷载进行桩基承载力试验。在应用高应变法测试桩的承载力时，采用重锤锤击贯入激振，使桩顶产生较大贯入度，或使桩身产生较大的应变，因此称为锤击贯入试验法。1．量测仪器与装置(measuringsetup)图8.3.4锤击贯入试验装置示意图1－重锤；2－桩垫；3－力传感器；4－桩帽；5－百分表；6－表架；7－基准桩；8－基准桩；9－加速度传感器；10－试桩锤击贯入法测试装置主要由锤击装置、测量装置、记录仪等组成。测试仪器的安装和连接见图图8.3.4锤击贯入试验装置示意图1－重锤；2－桩垫；3－力传感器；4－桩帽；5－百分表；6－表架；7－基准桩；8－基准桩；9－加速度传感器；10－试桩高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸钢制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限承载力的1.0%～1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。桩的贯入度可采用精密水准仪等仪器测定。测量装置、记录仪等可直接采用高应变打桩分析仪。2．现场试验（fieldtesting）1）分级向桩顶施加锤击荷载，锤的落距按等差级数递增。每一落距锤击一次，每根试桩总锤击数控制在10击左右。一般从100mm开始，每次提高100mm，直至lm。第一次锤击，当落锤提高到l2）记录每次锤击力及由其引起的桩顶贯入度