单桩竖向抗压承载力特征值

    单桩竖向抗压承载力特征值是指静载试验测定的单桩压力变形曲线线形变形段内规定的变形所对应的压力值。单桩竖向抗压极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形前所对应的最大荷载。《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）确定单桩竖向承载力特征值的方法为静载荷试验法，对设计等级为丙级的建筑物可采用静力触探及标贯试验参数确定，初步设计时也可按公式估算。

    9.4.1 竖向静载荷试验方法

    1.试验装置

    试验装置主要由加载系统和量测系统组成。

    加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。图9-8所示为锚桩横梁反力装置和压重平台反力装置。加载反力装置应符合下列规定：

    图9-8 单桩静荷载试验的装置

    （1）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。

    （2）应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算。

    （3）应对锚桩抗拔力（地基土、抗拔钢筋、桩的接头）进行验算；采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不应少于4根，并应监测锚桩上拔量。

    （4）压重宜在检测前一次加足，并均匀稳固地放置于平台上。

    （5）压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍，有条件时宜利用工程桩作为堆载支点。

    量测系统主要由千斤顶上的应力环、应变式压力传感器（测荷载大小）及百分表或电子位移计（测试桩沉降）等组成。荷载大小也可采用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，再根据千斤顶率定曲线换算得到。为准确测量桩的沉降，消除相互干扰，要求有基准系统，由基准桩、基准梁组成，且保证在试桩、锚桩（或压重平台支墩）和基准桩相互之间有足够的距离，一般应不小于4倍桩直径，且大于2.0m。

    2.试验方法

    为设计提供依据的竖向抗压静载荷试验应采用慢速维持荷载法。

    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1/8～1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。每级加载后，按5，10，15，30，45，60min测读桩顶沉降，以后每隔30min测读一次。当每小时沉降不超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算），则认为沉降已达到相对稳定，可加下一级荷载。

    当符合下列条件之一时，可终止加载。

    （1）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍（当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm）。

    （2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。

    （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）25m以上的非嵌岩桩当荷载-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100mm。

    终止加载后进行卸载，每级基本卸载量按每级基本加载量的2倍控制，并按15min， 30min，60min测读回弹量，然后进行下一级的卸载。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测读一次。

    当有成熟的地区经验时，也可采用快速维持荷载法（每隔1h加一级荷载）。如果有选择地在桩身某些截面（如土层分界面）的主筋上埋设钢筋应力计，在静载荷试验时，可同时测得这些截面的应变，进而可得到这些截面的轴力、位移，并可算出两个截面之间的平均摩阻力，这是研究基桩在竖向荷载作用下荷载传递特性的试验方法。

    3.试验成果与单桩极限承载力Qu的确定。

    采用以上试验装置与方法进行试验，测试结果一般可整理成荷载-沉降（Q-s）、沉降-时间对数（s-lgt）等曲线，如图9-9所示。

    根据Q-s曲线和s-lgt曲线，按下列方法综合分析确定单桩极限承载力Qu：

    （1）根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-s曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。

    （2）根据沉降随时间变化的特征确定：取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

    图9-9 单桩极限承载力的确定

    （3）出现终止加载第2款情况，取前一级荷载值。

    （4）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。

    当按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。

    4.单桩承载力特征值Ra

    试桩结果统计值：

    （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，取最小值。

    将单桩竖向抗压极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向抗压承载力特征值Ra。

    9.4.2 公式估算

    初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：

    Ra=upΣqsaili+qpaAp（9-3）

    式中 qsai，qpa——分别为桩侧阻力特征值和桩端阻力特征值，k Pa，由当地静载荷试验结果统计分析算得；

    Ap——桩底端横截面面积，m2；

    up——桩身周边长度，m；

    li——第i层岩土的厚度，m。

    当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时，可按下式估算单桩竖向承载力特征值：

    Ra=qpaAp（9-4）

    式中，qpa为桩端岩石承载力特征值，k N。

    [例9-1] 某PHC桩，桩直径0.5m，承台埋深1m，桩长12.5m。从地面起土层分布情况为：淤泥层厚4.0m，桩侧阻力特征值qsa=11k Pa；粉土层厚8.0m，qsa=50k Pa；砾砂层厚5m，qsa=116k Pa，端阻力特征值qpa=6300k Pa。试求初步设计时单桩竖向承载力特征值Ra。

    解 Ra=upΣqsaili+qpaAp

    =3.14×0.5×（3.0×11+8.0×50+1.5×116）+3.14×0.252×6300

    =953.5+1237.0=2190.5k N