影响单桩竖向抗压静载试验基本原理

l 概述

静载试验是指在桩基或地基基础逐级或者循环施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩基或地基基础顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的桩基或地基基础的竖向抗压承载力、竖向抗拔承载力、水平承载力的试验方法。

静载试验是目前获得地基和桩基的承载力的直接方法。

l 静载试验目的

试桩静载——为确定承载力设计值提供依据。

加载值桩侧及桩端的岩土阻力达到极限状态；当桩的承载力由桩身强度控制时，可按设计要求的加载量进行加载。

工程桩静载——为检测工程桩承载力是否达到设计要求。

通过现场试验的方法，检测地基基础在预估（设计）荷载作用下达到破坏状态前或者出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。

l 单桩竖向抗压静载试验

基本原理

单桩竖向抗压静载试验：是指在桩基上逐级或者循环施加竖向压力，观测桩基或地基基础顶部随时间产生的沉降以确定相应的桩基竖向抗压承载力试验方法。

单桩竖向抗压静载试验

适用范围

单桩竖向抗压静载试验采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压承载力，是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的试验方法。

单桩竖向抗压静载试验的主要目的是解决基桩竖向抗压承载力，虽然试验中也能得到与承载力相对应的沉降，但必须指出的是，静载试验中的沉降量s与建筑（构）物的后期沉降量s＇是不一样的。影响单桩竖向抗压静载试验中的桩顶沉降量s的因素主要是桩（包括桩型、桩长、桩径、成桩工艺等）和桩周桩端岩土性状，而对建（构）筑物的后期沉降量s＇的影响，除了这些因素外，还有群桩效应、建（构）筑物的结构形式等诸多因素。建（构）筑物的后期沉降量s＇明显大于单桩竖向抗压静载试验中的桩顶沉降量s。对于非嵌岩桩，如北京地区，二者有的相差4～5倍，上海地区，二者有的相差达10倍。国外有的静载试验采用24h或72h终极维持荷载法，目的是试图根据单桩竖向抗压静载试验中的桩顶沉降量来分析计算建（构）筑物的后期沉降，但是，有关这方面的研究尚不成熟，仍有许多工作要做。

检测系统

单桩竖向抗压静载试验检测系统主要由加载反力系统、荷载测试系统、位移测试系统、仪器控制采集系统四个部分组成。

1、 反力装置

静载试验加载反力装置可根据现场条件选择锚桩橫梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置、岩锚反力装置等。选择加载反力装置应注意：加载反力装置能提供的反力不得小于最大加载量的1.2倍，在最大试验荷载作用下，加载反力装置的全部构件不应产生过大的变形，应有足够的安全储备。应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算，当采用锚桩横梁反力装置时，还应对锚桩抗拔力（地基土、抗拔钢筋、桩的接头混凝土抗拉能力）进行验算，并应监测锚桩上拔量。

静载荷反力装置主要是由钢梁（主要是主梁、次梁等及配重）组成。静载荷试验加载反力装置可根据现场条件选择压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置等。

加载反力系统

2、加载装置

静载试验均采用千斤顶与油泵相连的形式，由千斤顶施加荷载。荷载测量可采用以下两种形式：一是通过放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定；二是通过并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。用荷重传感器测力，不需考虑千斤顶活塞摩擦对出力的影响；用油压表（或压力传感器）间接测量荷载需对千斤顶出力进行率定，受千斤顶活塞摩擦的影响，不能简单地根据油压乘活塞面积计算荷载，同型号千斤顶在保养正常状态下，相同油压时的出力相对误差约为1%～2%，非正常时高达5%,现场试验应该按照千斤顶的率定曲线换算千斤顶的出力。采用传感器测量荷重或油压，容易实现加卸荷与稳压自动化控制，且测量准确度较高。准确度等级一般是指仪器仪表测量值的最大允许误差，如采用惯用的弹簧管式精密压力表测定油压时，符合准确度等级要求的为0.4级，不得使用大于0.5级的压力表控制加载。当油路工作压力较高时，有时出现油管爆裂、接头漏油、油泵加压不足造成千斤顶出力受限，压力表在超过其3/4满量程时的示值误差增大。所以，应适当控制最大加荷时的油压，选用耐压高、工作压力大和量程大的油管、油泵和压力表。另外，也应避免将大吨位级别的千斤顶用于小荷载（相对千斤顶最大出力）的静载试验中。

位移量测装置

3、荷载量测装置

常规的荷载量测装置为油压表，目前市场上用于静载试验的油压表的量程主要有25MPa、40MPa、60MPa、，应根据千斤顶的配置和最大试验荷载要求，合理选择油压表。最大试验荷载对应的油压不宜小于压力表量程的1/4，避免“大秤称轻物”；同时为了延长压力表的使用寿命，最大试验荷载对应的油压不宜大于压力表量程的2/3。

采用荷重传感器和压力传感器同样存在量程和精度问题，一般要求传感器的测量准确度应优于的0.5%。

荷载测试系统

4、 位移量测装置

位移量测装置主要由基准桩、基准梁和百分表或位移传感器组成。

位移测试系统

仪器控制采集系统

基桩加载检测，由于检测时间周期较长，现场测试环境较恶劣，测试的危险性较高，并且测试中加载卸载方式规范中提出明确的要求，现场检测时建议使用静载荷自动采集仪进行控制采集。

仪器控制采集系统一般由显示单元、数据读取单元和控制单元组成，配备位移传感器、压力传感器或荷重传感器使用。

单桩竖向抗拔静载试验

基本原理

单桩竖向抗拔静载试验：是指在桩基上逐级或者循环施加竖向上拔力，观测桩基顶部随时间产生的上拔量以确定相应的桩基竖向抗拔承载力试验方法。

单桩竖向抗拔静载试验

适用范围

单桩竖向抗拔静载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、可靠的方法。

单桩竖向抗拔静载试验一般按设计要求确定最大加载量，为设计提供依据的试验桩，应加载至桩侧岩土阻力达到极限状态或桩身材料达到设计强度；工程桩验收检测时，施加的上拔荷载不得小于单桩竖向抗拔承载力特征值的2.0倍或使桩顶产生的上拔量达到设计要求的限值。

检测系统

单桩竖向抗拔静载试验检测系统主要由加载反力系统、荷载测试系统、位移测试系统、仪器控制采集系统四个部分组成。

1、加载反力装置

单桩竖向抗拔静载荷装置常采用工程桩反力装置、地基反力装置。

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稳定性。

2、荷载测试装置

荷载测试装置

3、位移测试装置

安装位置：桩顶上拔量测量平面必须在桩顶或桩身位置，上拔量测量点宜设置在桩顶以下不小于1倍桩径的桩身上，不得设置在受拉钢筋上；对于大直径灌注桩，可设置在钢筋笼内侧的桩顶面混凝土上。避免因钢筋变形导致上拔量观测数据失实。

测量系统：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。

4、测试仪器

测试仪器

单桩水平静载试验：

基本原理

单桩水平静载荷试验：是指在桩基上逐级或者循环施加水平推力，观测桩基或地基基础顶部随时间产生的水平位移以确定相应的水平承载力试验方法。

单桩水平静载试验

适用范围

单桩水平静荷载试验一般以桩顶自由的单桩为对象，采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试桩方法来达到以下目的：

1、确定试桩的水平承载力，检验和确定试桩的水平承载能力是单桩水平静荷载试验的主要目的；

2、确定试桩在各级水平荷载作用下桩身弯矩的分配规律；

3、确定弹性地基系数，在进行水平荷载作用下单桩的受力分析时，弹性地基系数的选取至关重要；

4、推求桩侧土的水平抗力（q）和桩身挠度（y）之间的关系曲线。通过试验可直接获得不同深度处地基土的抗力和挠度之间的关系，绘制桩身不同深度处的q-y曲线，并用它来分析工程桩在水平荷载作用下的受力情况更符合实际。

仪器设备

单桩水平静载荷试验检测系统主要由加载反力系统、荷载测试系统、位移测试系统、仪器控制采集系统四个部分组成。

1、反力装置

反力装置的选用应考虑充分利用试桩周围的现有条件，但必须满足其承载力应大于最大预估荷载的1.2倍的要求，其作用力方向上的刚度不应小于试桩本身的刚度。

常用的方法是利用试桩周围的工程桩或垂直静荷载试验用的锚桩作为反力墩，也可根据需要把两根或更多根桩连成一体作为反力墩，条件许可时也可利用周围现有结构物作反力墩。必要时，也可浇筑专门支墩来作反力墩。

2、加载装置

试桩时一般都采用卧式千斤顶加载，加载能力不小于最大试验荷载的1.2倍，用测力环或测力传感器测定施加的荷载值，对往复式循环试验可采用双向往复式油压千斤顶，水平力作用线应通过地面标高处（地面标高处应与实际工程桩基承台地面标高一致），若水平力作用点位置高于基桩承台底标高，试验时在相对承台底面处产生附加弯矩，影响测试结果，也不利于将试验成果根据实际桩顶的约束予以修正。

千斤顶和试验桩接触处应安置球形铰支座，千斤顶作用力应水平通过桩身轴线；球形铰支座的作用是在试验过程中，保持作用力的方向始终水平和通过桩轴线，不随桩的倾斜或扭转而改变。

当千斤顶与试桩接触面的混凝土不密实或不平整时，应对其进行补强或补平处理，为了防止桩身荷载作用点处局部的挤压破坏，一般可用钢块对荷载作用点进行局部加强或对千斤顶与试桩接触处进行补强。

3、荷载量测装置

荷载量测可用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，或采用并联与千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压；根据千斤顶率定曲线换算成荷载；荷载传感器在使用的过程中，注意传感器的计量等问题。

4、位移量测装置

（1）基准桩

（2）基准梁

（3）百分表和位移传感器架设