基桩竖向抗拔静载试验

基桩竖向抗拔静载试验高压输电线塔、海上石油平台、悬索桥的锚碇以及一些特定情况下的桥梁的桥台等结构会受到巨大的上拔荷载的作用，因而需要设置抗拔基础。使用桩来承担基础承受的上拔力是工程界常见的做法，该类桩也就称为抗拔桩。因为桩易于设置，桩土（岩）间的结合面较大，可以较好地利用土岩阻力，特别是在岩层中利用干施工方法成孔时，混凝土与岩石可以很好地结合，使该种桩型具有良好的抗拔性能。虽然用桩做成的抗拔基础具有许多优点，但由于目前对于抗拔桩的研究无论在深度上还是在广度上均未达到令人满意的程度，也未形成完整的体系，其成果远不能满足工程的需要，这又在某种程度上限制了抗拔桩的使用。由于理论研究的不成熟，加上抗拔桩的破坏多具有突然性，因而对于抗拔桩的检验和测试就成为整个工程中必不可少的重要一环。试验设备和方法（一）试验设备进行桩的抗拔试验所使用的设备与抗压试验适用的设备相似，均包含加载系统、反力系统和量测系统。但抗拔试验所需反力的方向是向上的，因而在抗拔试验中除地面过于软弱和有可以利用的工程桩的情况外一般不需设置反力桩，更没有堆载的必要。因为所需的反力方向相反，故抗拔试验与抗压试验的主要不同之处在于加载系统和反力系统的布置上。图6-17为某现场试验中所使用的加载系统与反力系统的布置图。（二）试验方法一般采用慢速法。当需要考虑循环荷载对于工程桩的影响时，也可采用多循环加载卸载法进行试验。从整体上看，除了施加荷载的方向外，抗拔试验的其它方面与桩的竖向抗压试验相同。为说明试验方法，下面列出《建筑桩基技术规范》JGJ94-94附录D中的条文。需要注意的是，不同行业的规范在具体细节上有不同的规定，在具体工作中应按相应规范的规定执行。D.0.1试验目的：采用接近于竖向抗拔桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩抗拔极限承载力。D.0.2试验加载装置：一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的反力装置可根据现场情况确定，应尽量利用工程桩为支座反力，抗拔试桩与支座桩的最小间距可根据表C-1（注：即表6-1）确定。图6-17某抗拔桩现场试验的设备布置反力梁钢铰线反力梁钢铰线C30砼支墩千斤顶组盖帽a）平面单位：cmb）立面单位：cmC30砼支墩反力梁盖帽试桩D.0.4从成桩到开始试验的间歇时间：在确定桩身强度达到要求的前提下，对于砂类土，不应少于10d；对于粉土和粘性土，不应少于15d；对于淤泥或淤泥质土，不应少于25d。D.0.5试验加载方式：一般采用慢速维持荷载法（逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，然后逐级卸载到零）。当考虑结合实际工程桩的荷载特征时，也可采用多循环加卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。D.0.6慢速维持荷载法按下列规定进行加、卸载和竖向变形观测：D.0.6.1加载分级：每级荷载为预估极限荷载的1/10~1/15。D.0.6.2变形观测：每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次。每次测读值记入试验记录表（见表C-3，略），并记录桩身外露部分裂缝开展情况。D.0.6.3变形相对稳定标准：每一小时内的变形值不超过0.lmm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。D.0.6.4终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：（1）桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍时；（2）某级荷载作用下二桩顶变形量为前一级荷载作用下的5倍；（3）累计上拔量超过100mm。D.0.7单桩竖向抗拔静载试验分析报告的资料整理内容：D.0.7.1单桩竖向抗拔静载试验概况：整理成表格形式（宜按表C-2）（略），成桩的试验过程出现的异常现象作补充说明；D.0.7.2单桩竖向抗拔静载试验记录表（宜按表C-3）（略）；D.6.7.3单桩竖向抗拔静载试验变形汇总表（宜按表C-4）（略）；D.0.7.4绘制单桩竖向抗拔试验荷载-变形（U-）曲线图；D.0.7.5当进行桩身应力、应变测试时，应整理出有关数据的记录表及绘制桩身应力变化、桩侧阻力与荷载-变形等关系曲线。D.0.8单桩竖向抗拔极限承载力的判定：D.0.8.1对于陡变形U-曲线，取陡升起始点荷载为极限荷载；D.0.8.2对于缓变形U-曲线，根据上拔量和-lgt曲线变化综合判定，即取-lgt曲线尾部显著弯曲的前二级荷载为极限荷载。基本测试原理抗拔桩的工作机理是：荷载施加于抗拔主筋上，主筋通过其与混凝土的相互作用，包括粘着作用、摩擦作用以及不同材料间的机械咬合作用，将荷载传递到桩身，然后再由桩身混凝土与岩层间的相互作用将荷载传递到周围的岩层中。岩层中抗拔桩的典型破坏模式有：（1）抗拔桩的主筋拉断；（2）抗拔桩的主筋被拔出；（3）沿桩土（岩）交界面剪切破坏；（4）地基内部的剪切破坏；（5）抗拔桩桩身混凝土破坏。上述各种基本破坏模式既可能单独发生，也可能以某种组合的形式发生，总之，抗拔桩的实际破坏模式是比较复杂的。受上拔荷载作用的抗拔桩的荷载传递机理不同于承压桩，如图6-18，其不同之处在于：（1）一般而言，在桩的底端，承压桩为持力层，而抗拔桩则为自由空间。这不但使得承压桩的承载力中多了端承力部分，而且承压桩因压缩将引起桩身侧向膨胀，这使桩土界面间的摩阻力有增大的趋势，因此在设计抗拔桩时，摩阻力的选用自然要比承压桩低。（2）对于嵌岩的抗拔桩，如桩端做成了扩大头，则抗拔桩与一般的承压桩一样具有端承力。抗拔桩的端承力来源于两个方面，一个是在桩端设置扩大头时所产生的端承力，另一个是桩端与岩层有良好粘结作用时所产生的粘结力，这主要发生于在岩层中进行干施工的情况，特别是人工成孔时。此时抗拔桩的承载力决定于桩周摩阻力与端承力之和。但由粘结作用产生的端承力具有脆性破坏的特征，这是一种不可靠的端承力，设计时一般不应纳入计算，但可以将其作为安全储备。（a）轴向受拉桩（抗拔桩）（b）轴向承压桩图6-18抗拔桩与轴向承压桩的工作机理比较（3）岩层中的抗拔桩当岩体完整时还存在一种真空吸力的作用。但人们对此研究尚不充分，没有太大的把握，设计时一般不予考虑。从上述分析可以看出，抗拔桩的破坏基本上可以归结为两种类型：桩身材料破坏和桩周介质破坏（包括桩土界面的破坏）。和抗压桩的破坏不同的是这两种破坏都具有突然性，因而相应的完整的测试曲线都具有陡降型的特征。也正因为如此，在考虑其承载力时，抗拔桩需要比抗压桩更高的安全储备。当然，在实际工作中，由于多方面条件的限制，桩的抗拔试验有时不能做到破坏，其所获得的荷载-位移曲线因缺少后半段而成为缓变型曲线。抗拔桩的静载试验也就是采用类同于抗拔桩的实际工作条件的方式对之进行测试，根据不同荷载作用下桩的反应（位移、应力）确定桩的承载力并研究阻抗沿桩身的分布规律以及阻抗随荷载的发挥规律。资料分析通过抗拔桩的静载试验可以获得桩顶上拔量与荷载之间的关系和每一级荷载作用下的桩顶上拔量与时间的关系，当桩身中埋有测试元件时还可以获得每一级荷载作用下桩身中应力沿深度的分布情况。根据这些测试成果可以绘制成相关的测试曲线，进一步推求桩的抗拔极限承载力、确定桩侧各土层的极限抗拔摩阻力并研究在上拔荷载作用下桩侧摩阻力沿桩身的分布规律和随时间（或荷载）的发挥规律。1.试桩抗拔极限承载力的确定和承压桩的P-s曲线相似，由试验获得的抗拔桩的U-曲线也表现为两大类型，即陡降（升）型和缓变型。相应的确定桩的抗拔极限承载力的方法与承压桩类似。2.确定桩身各测试截面的轴向力和桩侧摩阻力只有在桩身中埋设测试元件，才能确定桩身各测试截面的应变和应力，由此可以推出各截面的轴向力，进一步可以确定各截面的轴力差并算得各测试截面间的平均摩阻力。具体方法请参见相关参考书。出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝