靜載荷實驗裝置圖

Ⅰ 單樁豎向抗拔靜載試驗

單樁豎向抗拔靜載荷試驗是採用接近於豎向抗拔樁來確定單樁的豎向抗拔極限承載力的試驗方法。國內、外樁的抗拔試驗慣用方法是慢速維持荷載法。

在上拔荷載作用下，樁身首先將荷載以摩阻力的形式傳遞到樁周土中，其規律與承受豎向抗壓荷載時一樣，側摩阻力也是從上到下逐步發揮，只不過力的方向剛好相反。初始階段，上拔阻力主要由淺部土層提供，樁身的拉應力主要分布在樁的上部，隨著樁身上拔位移量的增加，樁身應力逐漸向下擴展，樁的中、下部的上拔土阻力逐漸發揮。當樁端位移量超過某一數值(通常為6～10mm)時，就可以認為整個樁身的土層抗拔阻力達到極限，其後抗拔阻力就會下降。此時，如果繼續增加上拔荷載，就會產生破壞。破壞時往往會使樁周土也一起產生剪切破壞，並表現為在樁的周圍產生環狀拉張裂隙、向上隆起的樁周土破壞錐，而且樁的埋深越大，這種現象越明顯，見圖2-22所示。

圖2-22 單樁豎向抗拔荷載作用下，樁和樁周土的基本破壞模式

一、單樁豎向抗拔靜載試驗裝置

單樁豎向抗拔靜載試驗的設備主要由：主梁、次梁、反力樁或反力支墩等的反力裝置；千斤頂等的載入裝置；壓力表、壓力感測器或荷重感測器等的荷載測量裝置；千分表或位移感測器等位移測量裝置等所組成(圖2-23)。

圖2-23 單樁豎向抗拔靜載試驗裝置示意圖

單樁豎向抗拔靜載試驗宜採用反力樁(或工程樁)提供支座反力。反力樁頂面應平整並具有足夠強度，以保證反力梁的穩定性；反力樁頂面直徑(或邊長)不宜小於反力梁的寬度，否則應加墊鋼板，以確保試驗設備安裝穩定性；也可據現場情況採用天然地基提供支座反力；兩邊支座處的地基強度應相近，且兩邊支座與地面的接觸面積宜相同。施加於地基的壓應力，不宜超過地基承載力特徵值的1.5倍。反力架系統應具有至少1.2倍的安全系數。

選用千斤頂、測量儀表、壓力感測器或荷重感測器時，應注意具有足夠的行程和量程。安裝測試系統必須保證其受力的獨立性，考慮到有可能出現樁周土破壞錐而影響量測的准確性，基準梁和千分表的安裝，必須獨立於測量擾動環境之外。

二、單樁豎向抗拔靜載試驗的技術規范

單樁豎向抗拔靜載試驗宜採用慢速維持荷載法。需要時，也可採用多循環載入卸載方法。慢速維持荷載法可按下面要求進行：

1.加、卸載等級

採用逐級等量載入；分級荷載宜為最大載入量或預估極限承載力的1/10，第一級可取分級荷載的2倍，以後逐級載入至破壞或達到試驗要求。終止載入後，開始卸載。卸載也應逐級進行，每級卸載量取載入時分級荷載的2倍。加、卸載時，應使荷載傳遞均勻、連續、無沖擊。每級荷載在維持過程中的變化幅度，不得超過分級荷載的± 10%。

2.樁頂上拔量的測量

載入時，每級荷載施加後按第5min、15min、30min、45min、60min測讀樁頂上拔量，以後每隔30min測讀一次。卸載時，每級荷載維持1h，按第15min、30min、60min測讀樁頂下沉回彈量；卸載至零後，測讀樁頂殘余上拔量，維持時間為3h，其測讀時間為第15min、30min，以後每隔30min測讀一次。試驗時應注意觀察樁身混凝土的開裂情況。

3.變形相對穩定標准

在每級荷載作用下，樁頂的上拔量在每小時內不超過0.1mm，並連續出現兩次，可視為穩定。當樁頂上拔量達到相對穩定時，方可施加下一級荷載。

4.終止載入標准

當出現下列情況之一時，可終止載入：

(1)在某級荷載作用下，樁頂上拔量大於前一級上拔荷載作用下的上拔量的5倍；

(2)按樁頂上拔量控制，當累計樁頂上拔量超過100mm時；

(3)按鋼筋抗拉強度控制，鋼筋應力達到鋼筋強度標准值的0.9倍；

(4)對於驗收抽樣檢測的工程樁，達到設計要求的最大上拔荷載值。

如果在較小荷載下出現某級荷載的樁頂上拔量大於前一級荷載下的5倍時，應分析原因。對試驗樁，必要時可繼續載入，當樁身混凝土出現多條環向拉張裂縫後，樁頂位移會出現小的突變，但此時並非真正達到樁的極限抗拔力。

三、樁的抗拔極限承載力的確定

首先將試驗數據轉換為相關判斷曲線。這類曲線的形式有：上拔荷載U與樁頂上拔量δ之間的關系曲線(U—δ曲線)和樁頂上拔量δ與時間對數之間的曲線(δ—lgt曲線)。但當上述兩種曲線難以判別時，可輔以δ—lgU曲線或lgU—lgδ曲線，以確定拐點位置。拐點的具體確定方法如下：

(1)根據曲線特徵確定樁的抗拔極限承載力對於陡變型的U—δ曲線，可根據U—δ曲線的特徵點，即：與陡升起始點相對應的荷載值為樁的抗拔極限承載力。

典型的單樁豎向抗拔U—δ曲線可分三段：第一段為直線段，U—δ按比例增加；第二段為曲線段，隨著樁土相對位移的增大，上拔位移量比側阻力增加的速率快；第三段呈近似直線段，此時即使上拔荷載增加很小，樁的位移量仍急劇上升，同時樁周地面往往出現環向裂縫；第三段起始點所對應的荷載值，即為樁的豎向抗拔極限承載力值(圖2-24)。

(2)根據上拔量隨時間變化特徵，確定樁的抗拔極限承載力取δ—lgt曲線斜率明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲的前一級荷載值，如圖2-25。

圖2-24 根據U—δ曲線特徵確定樁的抗拔極限承載力

圖2-25 根據δ—lgt曲線特徵確定樁的抗拔極限承載力

(3)當在某級荷載下抗拔鋼筋斷裂時，取其前一級荷載為該樁的抗拔極限承載力值。

(4)根據lgU—lgδ曲線確定單樁豎向抗拔極限承載力時，可取lgU—lgδ雙對數曲線第二拐點所對應的荷載，為樁的豎向極限抗拔承載力值。

四、單樁豎向抗拔承載力特徵值

單樁豎向抗拔極限承載力統計值，按以下方法確定：成樁工藝、樁徑和單樁豎向抗拔承載力設計值相同的受檢樁數不少於3根時，可進行單位工程單樁豎向抗拔極限承載力統計值計算；參加統計的受檢樁試驗結果，當滿足其極差不超過平均值的30%時，取其平均值為單樁豎向抗拔極限承載力；當極差超過平均值的30%時，應分析極差過大的原因並結合工程具體情況綜合確定。必要時可增加受檢樁數量；對樁數為3根或3根以下的柱下承台，應取最小值。

單位工程同一條件下的單樁豎向抗拔承載力特徵值，應按單樁豎向抗拔極限承載力統計值的一半取值。當工程樁不允許帶裂縫工作時，取樁身開裂的前一級荷載作為單樁豎向抗拔承載力特徵值，並與按極限荷載一半取值確定的單樁豎向抗拔承載力特徵值，宜相比後取小值。

Ⅱ 什麼是靜載試驗

靜載試驗英來文翻譯：Static Load Testing。是源指在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。

(2)靜載荷實驗裝置圖擴展閱讀：

靜載試驗-試驗載入方式

採用慢速維持荷載法，即逐級載入，每級荷載達到相對穩定後加下一級荷載，直到試樁破壞，現場圖片然後分級卸載到零。當考慮結合實際工程樁的荷載特徵可採用多循環加、卸載法（每級荷載達到相對穩定後卸載到零）。當考慮縮短試驗時間，對於工程樁的檢驗性試驗，可採用快速維持荷載法，即一般每隔一小時加一級荷載。

Ⅲ 試驗工況設計

6.1.2.1 工況設計遵循的理論依據

本次載荷試驗物理模型有以下幾個特徵：

1）載荷試驗採用中心荷載形式，不考慮偏心荷載；

2）基底粗糙；

3）載荷板位於地基表層，相當於基底以上無填土，不考慮填土自重對基底的超載，不考慮填土的抗剪強度；

4）鑒於風積砂粘粒含量低、分選好、級配差、低壓縮性、整體性好等物理力學特性和模擬地基鋪設過程中對其均一性的嚴格控制，試驗中的模擬地基是一個均質體，在同一種工況中忽略風積砂顆粒組成及物理力學性質的差異。

圖6.1 試驗基坑平面圖及剖面圖

圖6.2 靜力載荷試驗反力載入裝置設計

1943年太沙基（K.Terzaghi）在推導均質地基上的條形基礎受中心荷載作用下的極限承載力時，把土作為有重力的介質，並有如下一些假設：

1）基礎底面完全粗糙，即它與土之間有摩擦力存在；

2）基土是有重力的（γ≠0），但忽略地基土重度對滑移線形狀的影響。因為，根據極限平衡理論，如果考慮土的重度，塑性區內的兩組滑移線形狀就不一定是直線；

3）當基礎埋置深度為D時，則基底以上兩側的土體用當量均布超載q＝γ₀D來代替（γ₀為比重），不考慮兩側土體抗剪強度的影響。

根據以上假定，滑動面的形狀如圖6.3a所示，也可以分成三個區。

Ⅰ區：基礎底面下的土楔aa′d，由於假定基底是粗糙的，具有很大的摩擦力，因此aa′面不會發生剪切位移，該區的土體處於彈性壓密狀態，它與基礎底面一起移動，該部分土體稱為彈性楔體（剛性核），代替了普朗特爾解的朗肯主動區。根據幾何條件，滑動面ad（或a′d）與水平面夾角Ψ＝_φ。

Ⅱ區：假定與普朗特爾假定一樣，滑動面一組是通過a、a′點的輻射線，另一組是對數螺旋曲線de、de′，同時忽略土的重力對滑移線形狀的影響。

Ⅲ區：仍是朗肯被動狀態區，滑動面及a′e′與水平面成 角。

圖6.3 太沙基（K.Terzaghi）極限承載力

當作用在基底壓力為極限承載力P_u時，發生整體剪切破壞，彈性壓密區（Ⅰ區）a′ad將貫入土中，向兩側擠壓土體adef及a′de′f′達到被動破壞。因此，在ad及a′d面上將作用被動力E_p，與作用面的法線方向成_φ角，如圖6.3b所示。取Ⅰ區彈性楔體ada′作為脫離體，考慮單位長基礎，分析其力的平衡條件來推求地基的極限承載力。

本次載荷模擬試驗較好地符合了太沙基極限承載力理論的假定條件，以該理論為基礎設計的試驗工況，在圓形基礎作用下，地基內各點應力狀態在同一水平面上關於地基中心軸對稱。

6.1.2.2 試驗工況設計

在蘇里格天然氣第三處理廠實測地下水位線以上風積砂平均天然密度為1.64g/cm³，平均含水量為4％，計算其對應的干密度為1.58g/cm³。本次試驗針對由單一風積砂構成的地基設計三種試驗類型。

（1）第一種類型

為了研究風積砂干密度對地基承載力的影響及地基中應力分布的影響，保持風積砂天然干密度1.58g/cm³不變，設計2％、4％、6％、8％四個低含水量和12％、16％兩個高含水量，共六種工況。根據基坑尺寸，分10層鋪設，每層厚12cm，具體設計見表6.1 。試驗採用人工夯實法鋪設，在鋪設過程中嚴格控制每層地基的鋪設砂土質量、鋪設後的體積，並及時跟蹤監測砂土含水量，為了避免人為造成的地基分層現象，在每層鋪設完畢將表層砂土體刮花，及時鋪設下一層，以保證模擬地基達到設計要求。

表6.1 同一干密度下不同含水量工況設計

為了研究在上部荷載作用下地基中附加應力大小和分布特徵，在地基內不同位置設置JXY-2型鋼鉉式土壓力盒。壓力盒埋置遵循以下設計原則：

1）承載板下方沿中心軸在不同地基深度水平布置壓力盒，研究上部荷載作用下中心附加應力變化特徵。

2）考慮到壓力盒本身的體積和質量對地基材料屬性和地基附加應力分布的影響，要盡量提高壓力盒的利用效率。鑒於本次載荷在同一水平面上各點應力狀態關於地基中心軸對稱的特點，在同一地基深度平面上只在中心軸一側布置壓力盒，另一側可由對稱性求出，相鄰兩個水平面上壓力盒應交錯布置。

3）參照太沙基理論的假定滑動面，計算出本次模擬試驗中的彈性區、過渡區和被動土壓力區，並在被動土壓力區垂直布設土壓力盒，測其水平附加應力變化特徵。

4）中心點以外水平布置的壓力盒除測定該點處豎向附加應力外還應控制附加應力的影響范圍，根據2004年中國建築工業出版社出版的葉書麟的《地基處理》，當砂墊層厚度z（本次模擬試驗處理深度為1.5m）與地基寬度B（即載荷板直徑0.2m）的比值大於0.5，地基應力擴散角取30°，計算附加應力影響范圍，布置壓力盒。

第一類試驗中壓力盒布置如圖6.4所示。

圖6.4 壓力盒布置示意圖（單位：cm）

圖6.5 標志層染色劑的配製

為監測地基破壞後地基內部的變形破壞特徵，在載荷板以下地基深度12cm范圍內鋪設標志層，標志層深度間隔採取3cm，每層標志層水平鋪設厚度1cm，面積為10×60cm²。為了避免標志層因材料屬性不同而造成的試驗誤差，特採用染色後天然乾燥的風積砂作為標志層（通過使用純度為36％的乙酸配製甲基紅溶液來實現染色，圖6.5）。

（2）第二種類型

為了研究風積砂含水量對地基承載力的影響及地基中應力分布的影響，保持風積砂天然含水量4％不變，設計1.53g/cm³、1.58g/cm³、1.62g/cm³三種干密度工況（表6.2）。鋪設工藝與第一類型相同。

表6.2 同一含水量下不同干密度工況設計

（3）第三種類型

採用毛烏素沙漠地區最常見的地基處理方法———水墜墊層法設計兩種工況。

1）水墜法：根據水墜法試驗結果，每次虛鋪砂土厚度採取30cm，注水至15cm水頭高度，待排水至水頭高度為零，鋪設下一層。

2）水墜加振動密實法（飽和振墜）：每次虛鋪砂土厚度30cm，注水至水頭高於砂層表面15cm後，使用插入式混凝土振動器振搗，振點布局按梅花形布設，振點平面間距為25cm×25cm，完畢後進行下一層施工。

Ⅳ 機械設備中的靜載荷，動載荷應該怎麼計算

動載荷計算：

1、物體一般加速度時的動荷問題

慣性力與動靜法：做加速度運動物體的慣性力大小等於物體的質量m和加速度a的乘積，方向與a相反。假想在每一具有加速度的運動質點上加上慣性力，則物體（質點系）作用的原力系與慣性力系將組成平衡力系。這樣就可以把動力問題形式上作為靜力學問題來處理，這就是達朗伯原理。

2、沖擊問題

工程上採用偏於保守的能量平衡方程來近似估算被沖擊物與受沖擊物所受沖擊載荷與沖擊應力。沖擊系統能量平衡方程：

(4)靜載荷實驗裝置圖擴展閱讀

機械設備可造成碰撞、夾擊、剪切、捲入等多種傷害。其主要危險部位如下：

⑴、旋轉部件和成切線運動部件間的咬合處，如動力傳輸皮帶和皮帶輪、鏈條和鏈輪、齒條和齒輪等。

⑵、旋轉的軸，包括連接器、心軸、卡盤、絲杠和桿等。

⑶、旋轉的凸塊和孔處。含有凸塊或空洞的旋轉部件是很危險的，如風扇葉、凸輪、飛輪等。

⑷、對向旋轉部件的咬合處，如齒輪、混合輥等。

⑸、旋轉部件和固定部件的咬合處，如輻條手輪或飛輪和機床床身、旋轉攪拌機和無防護開口外殼攪拌裝置等。

⑹、接近類型，如鍛錘的錘體、動力壓力機的滑枕等。

⑺、通過類型，如金屬刨床的工作台及其床身、剪切機的刀刃等。

⑻、單向滑動部件，如帶鋸邊緣的齒、砂帶磨光機的研磨顆粒、凸式運動帶等。

⑼、旋轉部件與滑動之間，如某些平板印刷機面上的機構、紡織機床等。

Ⅳ 平板載荷試驗的基本方法

一、試驗儀器設備

載荷測試設備由：①承壓板；②加荷裝置；③沉降觀測裝置等部件組成(圖2-1)。

1.承壓板

承壓板是模擬基礎傳力給地基的設備，為了獲得比較准確的地基測試參數，理論上承壓板的剛度和尺寸應盡量與基礎相近。在實測中，剛度相近比較容易達到，採用剛性大的加筋厚鋼板或鋼筋混凝土板即可；但承壓板尺寸與實際基礎相近則難於達到，由於整個地基土的測試面積太大，其上施加的總荷載勢必加大，既造成試驗設備龐大又使試驗條件難以達到。而承壓板面積太小，則影響地基土沉降量預測和極限荷載值的准確性。

圖2-1 靜力平板載荷試驗系統

1—承壓板；2—量測系統；3—堆載；4—地錨反力系統；5—載荷台；6—混凝土載荷台；7—桁架；8—千斤頂；9—反力拉桿；10—傳力柱

國內外對承壓板尺寸效應作了大量研究，當承壓板面積在一定范圍內時，沉降值S隨承壓板直徑D增加而加大，但當承壓板直徑D過小，則出現沉降值S隨D減小而增加的現象。而當承壓板直徑D大於一定值後，沉降值S隨D值增加而加大的趨勢變得不明顯。處於上述兩個明顯轉折點的承壓板直徑D值分別為30cm和50cm左右，這也是靜力載荷試驗中經常選用直徑30～50cm承壓板的原因。

承壓板是平板載荷試驗系統中的重要部件，一般為鑄鋼件。受現場條件限制，承壓板也有採用現場混凝土澆築和預制兩種，其底面一般用厚鋼板。對承壓板的要求是：要有足夠的剛度；滿足在加荷過程中承壓板本身的變形小；而且其中心和邊緣不能產生彎曲和翹起的要求，故其形狀一般為圓形(也可為方形)。根據經驗，土質松軟(如：軟土、新近沉積土、人工雜填土)或上硬下軟的雙層地基土，宜採用較大尺寸；土質較硬時，承壓板宜選用較小尺寸；對密實粘性土和砂土，承壓板面積一般為1000～2500cm²；對一般土，承壓板面積多採用2500～5000cm²。

為計算方便，我們給出幾種常用不同面積的圓形—方形承壓板直徑和邊長換算值(表2-1)。

2.加荷裝置

加荷裝置包括：壓力源(千斤頂、堆載物)；載荷台架；反力構架等。加荷方式有兩種，即：重物靜力加荷和液壓千斤頂加荷。

重物靜力加荷法：在載荷台上放置重物(如鋼錠、鉛塊、建築砌塊等)，以此向地基土加荷載。此法雖顯笨重，勞動強度大，但其荷載穩定，常在大荷載測試時採用。

表2-1 圓形—方形承壓板直徑和邊長換算表

液壓千斤頂反力加荷法：用液壓千斤頂加荷，用地錨系統提供反力，其加荷控制及搬運方便，勞動強度相對較小，但可提供的反力有限，故適於小荷載測試。採用液壓千斤頂加荷，必須注意兩個問題：①液壓千斤頂的行程必須滿足地基沉降量的要求，必要時，可採用上、下兩個千斤頂重疊放置，以增加液壓千斤頂行程，來滿足特殊地基沉降量要求；②地錨系統反力要大於最大加荷。由於受力後地錨上拔，設備本身變形，千斤頂漏油和承壓板下沉，使試驗過程中千斤頂的壓力不易穩定，會出現壓力減退現象。為保持相對恆壓，一般採用千斤頂液壓自動伺服系統，以保持壓力穩定。

地錨系統、反力構架或載荷台架，其構件和總體組合強度不能過低，應是試驗最大荷載1.5～2倍。

3.沉降量測系統

沉降量測系統由千分表(以前多使用指針式千分表，現在一般使用帶計算機數據介面的電子千分表，既可以觀測，又可以實現數據自動採集)及固定支架或沉降感測器及自動記錄儀組成。其量測精度不應低於±0.01mm。

二、試驗要點和要求

載荷試驗設備重、部件多、試驗周期長，因此，要格外注意人身和設備安全。不同類型的儀器都配有其性能和使用說明書，使用前應仔細閱讀並要配有專人掌握使用。試驗步驟如下：

1.檢查儀器及配套件性能

試驗前檢查儀器設備的性能是否正常；准備好電源、照明和試驗用的各種工具。

2.試驗點選擇

要考慮建築物需要和地基土的特點以及場地條件，進行試驗設計和選用適合的試驗方式及其承壓板面積。載荷試驗宜採用圓形剛性承壓板，根據土的軟硬不同選用合適的尺寸：土的淺層平板載荷試驗承壓板面積不應小於2500cm²；對軟土和粒徑較大的填土不應小於5000cm²；土的深層平板載荷試驗承壓板面積宜選用5000cm²；試驗點一般應布置在有代表性的地點、二級以上工程建築物的重要部位、地基土主要持力層及能夠發揮地基潛力的關鍵土層上。每個場地的試驗點不宜少於3個，當場地內土體不均時，應適當增加。

3.開挖試坑

淺層平板載荷試驗的試坑寬度或直徑不應小於承壓板寬度或直徑的3倍；深層平板載荷試驗的試井直徑應等於承壓板直徑。當試井直徑大於承壓板直徑時，緊靠承壓板周圍土的高度不應小於承壓板直徑；當挖至距試驗深度15～20cm處預留防擾動保護層，停止快速開挖，用平鏟修整至測試深度後，在承壓板下鋪設不超過20mm的砂墊層找平，要求盡快安裝試驗設備，並減少對土的擾動。

4.安裝設備

現以拉錨(桿)式千斤頂加荷靜力平板載荷試驗系統為例，簡要介紹試驗系統的安裝：

(1)確定建築場地中的試驗點位置，標出試驗點的中心位置。要求試驗點以2m為半徑的場地平整，以便操作和保證有足夠和均衡的反力；

(2)按照地錨水平拉桿長度，確定各個地錨安裝位置並組織安裝。安裝地錨時，逐一安裝地錨水平拉桿並緊固之。施工時，切忌雨水流入試坑。一般應先架設防雨、防曬帳篷，並在帳篷外挖好排水溝；

(3)按要求開挖試坑、取樣；平整坑底並在承壓板下鋪設不超過20mm的砂墊層找平；

(4)用拉線法找出試驗中心點，安裝承壓板(應使承壓板輕輕就位，既要水平，又要垂直、居中，最終通過傳力柱把試驗施加的載荷呈中心荷載方式作用在承壓板上)→安裝位移感測器→千斤頂→傳力柱和拉桿帽→在地錨和傳力柱間安裝反力拉桿並使之均勻受力→安裝電子千分表；

(5)進行試驗前的全面檢查，確認沒有問題後，便可開始試驗。

試驗須填寫原始記錄(表2-2)：

表2-2 淺層平板載荷原位試驗記錄表

(1)加荷方式：載荷試驗加荷方式應採用分級維持荷載沉降相對穩定法(常規慢速法)。有地區經驗時，可採用分級加荷沉降非穩定法(快速法)或等沉降速率法。加荷等級宜取10～12級，不應少於8級，荷載量測精度不應低於最大荷載的± 1%；

對慢速法，當試驗對象為土體時，每級荷載施加後，以間隔5min、5min、10min、10min、15min、15min測讀一次沉降，以後每間隔30min測讀一次沉降；當連續兩小時每小時沉降量都小於0.1mm時，可認為沉降已達相對穩定標准，可施加下一級荷載。

按照經驗，各類土的加荷等級增量，可參考表2-3。

(2)最終荷載的確定：應根據試驗目的、設備條件等而定。如：為了確定地基變形參數、比例界限承載力，或因設備條件限制，則在比例界限壓力點出現後，再加壓2～3級即可終止；又如，在設備條件允許情況下，為確定地基土承載力，最好做到破壞階段，以求出地基的極限荷載值。

表2-3 各類土加荷等級增量表

(3)終止試驗條件：當出現下列現象之一者即可認為地基土達到破壞階段，並可終止試驗：①承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊土出現明顯隆起或徑向裂縫持續發展；②本級荷載的沉降量大於前級荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現明顯陡降；③在某級荷載下24h沉降速率不能達到相對穩定標准；④總沉降量與承壓板直徑(或寬度)之比超過0.06。

Ⅵ 淺層平板載荷試驗原理步驟

試驗儀器設備
載荷測試設備由：①承壓板；②加荷裝置；③沉降觀測裝置等部件組成(圖2-1)。
1.承壓板
承壓板是模擬基礎傳力給地基的設備，為了獲得比較准確的地基測試參數，理論上承壓板的剛度和尺寸應盡量與基礎相近。在實測中，剛度相近比較容易達到，採用剛性大的加筋厚鋼板或鋼筋混凝土板即可；但承壓板尺寸與實際基礎相近則難於達到，由於整個地基土的測試面積太大，其上施加的總荷載勢必加大，既造成試驗設備龐大又使試驗條件難以達到。而承壓板面積太小，則影響地基土沉降量預測和極限荷載值的准確性。
圖2-1 靜力平板載荷試驗系統
1—承壓板；2—量測系統；3—堆載；4—地錨反力系統；5—載荷台；6—混凝土載荷台；7—桁架；8—千斤頂；9—反力拉桿；10—傳力柱
國內外對承壓板尺寸效應作了大量研究，當承壓板面積在一定范圍內時，沉降值S隨承壓板直徑D增加而加大，但當承壓板直徑D過小，則出現沉降值S隨D減小而增加的現象。而當承壓板直徑D大於一定值後，沉降值S隨D值增加而加大的趨勢變得不明顯。處於上述兩個明顯轉折點的承壓板直徑D值分別為30cm和50cm左右，這也是靜力載荷試驗中經常選用直徑30～50cm承壓板的原因。
承壓板是平板載荷試驗系統中的重要部件，一般為鑄鋼件。受現場條件限制，承壓板也有採用現場混凝土澆築和預制兩種，其底面一般用厚鋼板。對承壓板的要求是：要有足夠的剛度；滿足在加荷過程中承壓板本身的變形小；而且其中心和邊緣不能產生彎曲和翹起的要求，故其形狀一般為圓形(也可為方形)。

Ⅶ 靜力基樁載荷試驗

樁基工程屬隱蔽工程，樁基質量直接關繫到建築物安全，出現問題後的加固及處理難度大，因而，樁基檢測是樁基工程施工中的一個重要的環節。

基樁檢測大致可分為三種方法：

1.直接法

承載力檢測包括：單樁豎向抗壓(拔)靜載試驗和單樁水平靜載試驗。單樁豎向抗壓(拔)靜載試驗，用來確定單樁豎向抗壓(拔)極限承載力，判定工程樁豎向抗壓(拔)承載力是否滿足設計要求，同時可以在樁身或樁底埋設測量應力(應變)感測器，以測定樁側、樁端阻力；也可以通過埋設位移測量桿，測定樁身各截面位移量。單樁水平靜載試驗，除用來確定單樁水平臨界和極限承載力、判定工程樁水平承載力是否滿足設計要求外，還主要用於淺層地基土，求算其水平抗力系數，以便分析工程樁在水平荷載作用下的受力特性；當樁身埋設有應變測量感測器時，也可測量相應荷載作用下的樁身應力，並由此計算樁身彎矩。

2.半直接法

以樁的動態測量為主，在現場原型試驗基礎上，基於一些理論假設和工程實踐經驗，並加以綜合分析才能最終獲得檢測項目結果的檢測方法。主要包括以下兩種：

(1)低應變法。在樁頂面實施低能量的瞬態或穩態激振，使樁在彈性范圍內做彈性振動，並由此產生應力波的縱向傳播；同時利用波動和振動理論對樁身的完整性做出評價的一種檢測方法。有：反射波法、機械阻抗法、水電效應法等。

(2)高應變法。通過在樁頂實施重錘敲擊，使樁產生的動位移量級接近常規的靜載試樁的沉降量級，以便使樁周土阻力充分發揮，通過測量和計算，判定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求及對樁身完整性做出評價的一種檢測方法。有：錘擊貫入試樁法、波動方程法和靜動法等。其中，波動方程法是我國目前常用的高應變檢測方法。但這些方法在某些方面仍有較大的局限性，尚不能完全代替靜載試驗而作為確定單樁豎向抗壓極限承載力的設計依據。

3.間接法

依據直接法已取得的試驗成果，結合土的物理力學試驗或原位測試數據，通過統計分析，以一定的計算模式給出經驗公式或半理論、半經驗公式的估算方法。如根據地質勘察資料進行單樁承載力與變形的估算。由於地質條件和環境條件的復雜性，及其對邊界條件判斷有很大的不確定性，所以，本法只適用於工程初步設計的估算。

一、基樁在靜力載荷試驗中的典型破壞模式及其標准曲線特徵

在樁的靜力載荷試驗中，在相同的荷載條件下，由於不同的地質條件、施工工藝，可能表現出不同的破壞模式，如：在樁的豎向抗壓靜力載荷試驗中常見到以下幾種典型的荷載—位移(Q—S)曲線(圖2-14)。它們各自有著不同的含義。

圖2-14中的圖b、圖c樁端持力層為密實度和強度都較高的土層(如密實砂層、卵石層等)，而樁周土為相對軟弱土層，此時端阻所佔比例大，Q—S曲線曲線呈緩變型，極限荷載下樁端呈整體剪切破壞或局部剪切破壞；圖a樁端與樁身為同類型的一般土層，端阻力不大，Q—S曲線呈陡降型，樁端呈刺入沖剪破壞；如軟弱土層中的摩擦樁的沖剪破壞，或者端承樁(尤其是長度較大的嵌岩樁)在極限荷載下由於樁身材料強度的破壞或樁身受壓彎曲產生的破壞；圖d、圖e樁端有虛土或沉渣，該部位樁端土的初始強度低，壓縮性高，當樁頂荷載達一定值後，樁底部土被壓密，強度提高，Q—S曲線呈台階狀；樁身特定缺陷也可表現為雙峰型Q—S曲線(如接樁時接頭開裂的預制樁、有水平裂縫的灌注樁等在一定試驗荷載作用下逐漸閉合)。

圖2-14 相同荷載條件、不同的地質條件和施工工藝導致的基樁不同破壞模式和力學特性

Q—單樁樁頂所受豎向荷載值(kN)；S—在豎向荷載作用下，基樁的沉降量(mm)；Z—地表以下深度(m)；Q_su—單樁側阻極限值(kN)；Q_pu—單樁端阻極限值(kN)

典型的Q—S曲線應具有以下4個特徵(圖2-15)：

(1)比例界限Q_p(又稱第一拐點)，是Q—S曲線上起始的近似直線段終點所對應的荷載；

(2)屈服荷載Q_y，是曲線上曲率最大點所對應的荷載；

(3)極限荷載Q_u，是曲線上某一極限位移S_u所對應的荷載，也稱為工程上的極限荷載；

(4)破壞荷載Q_f，是曲線的切線接近平行於S軸時所對應的荷載，是樁基失穩時的荷載。

在豎向拉、拔荷載作用下，常見的單樁破壞形式是沿樁-土界面間的剪切破壞。樁被拔出或者呈復合剪切面破壞，樁的下部沿樁-土界面破壞，而上部靠近地面附近，出現錐形剪切破壞，且錐形土體會同下面土體脫離並與樁身一起上移(圖2-22)。當樁身材料抗拉強度不足(或配筋不足)時，也可能出現樁身被拉斷現象。不同樁型的豎向抗拔力區別較大，如：為提高抗拔樁的豎向抗拔力，可採用人工擴底或機械擴底等施工方法，在樁端形成擴大頭，以發揮樁底部的擴頭抗拔阻力等。

水平荷載作用下的單樁，其工作性能主要體現在樁與土的相互作用上，當樁產生水平位移時，促使樁周土也產生相應的變形，產生的土抗力會阻止樁水平變形的進一步發展。在樁受荷初期，由靠近地面的地基土提供土抗力，土的變形處於彈性階段；隨荷載增大，樁水平變形量增加，表層土變形量隨之增大，地基土開始出現塑性屈服，土抗力逐漸由深部土層提供，且土體塑性區自上而下逐漸擴大，最大彎矩斷面隨之下移；當樁本身的截面抗矩無法承擔外部荷載產生的彎矩或樁側土強度時，樁身截面受拉而產生側開裂(折斷)破壞。

圖2-15 典型的Q—S曲線及其力學特徵點

二、單樁靜載荷試驗的適用范圍

在工程樁正式施工前，在地質條件具有代表性的場地上先施工幾根樁進行靜載試驗，以確定設計參數的合理性和施工工藝的可行性(需要時，也可在樁身埋設測量樁身應力、應變、位移、樁底反力的感測器或位移桿，以測定樁分層側阻力和端阻力)。若試樁直徑和樁長均較大，可採用中、小直徑樁模擬大直徑樁進行靜載荷試驗，以減少試驗成本。國家標准《建築地基基礎設計規范》(GB 50007—2002)規定：為保證樁基設計的可靠性，除地基基礎設計等級為丙級的建築物，可採用靜力觸探及標貫試驗參數來確定單樁豎向承載力特徵值外，其他建築物的單樁豎向承載力特徵值均應通過單樁豎向靜載荷試驗確定，且同一條件下的試樁數量，不宜少於總樁數的1%，且不應少於3根；為設計提供依據的靜載試驗應載入至破壞，試驗應進行到能判定單樁極限承載力為止。對於以樁身強度控制承載力的端承樁，可按設計要求的載入量進行試驗。檢測數量在同一條件下不應少於3根，且不宜少於總樁數的1%；當工程樁總數在50根以內時，不應少於2根。

為確保實際單樁豎向極限承載力標准值達到設計要求，應根據工程重要性、地質條件、設計要求及工程施工情況進行單樁靜載荷試驗。下列情況之一的樁基工程，應在施工前採用靜載試驗對工程樁單樁豎向承載力進行檢測：

(1)設計等級為甲級、乙級的建築樁基；

(2)地質條件復雜、施工質量可靠性低的建築樁基；

(3)本地區採用的新樁型或新工藝。

三、單樁抗壓靜載荷試驗方法

試驗方法主要有：壓重載荷台靜載試驗法；錨樁反力靜載試驗法；Osterberg法(國內稱自平衡法，見第九節)。

載荷台靜載試驗法(圖2-16，圖2-17)的測試裝置主要包括：加荷及反力裝置、樁頂沉降觀測裝置。荷載可由千斤頂、砂包、鋼筋混凝土構件、大型水箱、磚、鋼錠等壓重物提供，千斤頂的反力由錨樁及反力橫梁承擔，量測樁頂沉降的儀表有千分表或精密水準儀，千分表安裝在基準樑上，樁頂則相應設置沉降觀測標點。

錨樁橫梁反力裝置(俗稱錨樁法，圖2-16)是大直徑灌注樁靜載試驗最常用的載入反力系統，由試樁、錨樁、主梁、次梁、拉桿、錨籠(或掛板)、千斤頂等組成。錨樁、反力梁裝置提供的反力不應小於預估最大試驗荷載的1.2～1.5倍。當採用工程樁作錨樁時，錨樁數量不得少於4根；當試驗載入值較大時，有時需要6根甚至更多的錨樁。具體錨樁數量要通過驗算各錨樁的抗拔力來確定。錨樁的具體布置形式既要考慮現有試驗設備能力，也要考慮錨樁的抗拔力。

圖2-16 單樁抗壓靜力載荷試驗

當採用堆載時應遵守以下規定：

(1)堆載加於地基的壓應力，不宜超過地基承載力特徵值；

(2)堆載的限值可根據其對試樁和對基準樁的影響確定；

(3)堆載量大時，宜利用樁(可利用工程樁)作為堆載的支點；

(4)試驗反力裝置的最大抗拔或承重能力，應滿足試驗載入的要求。

當試樁的最大載入量超過錨樁的抗拔能力時，可採用錨樁壓重聯合反力裝置，在主梁和副樑上堆重或懸掛一定重物，由錨樁和重物共同承受千斤頂載入反力，以滿足試驗荷載要求。還可採用其他形式的反力裝置，如適用於較小直徑試樁的地錨反力裝置。採用地錨反力裝置應注意基準樁、錨桿、試驗樁之間的間距應符合規范規定(表2-10)；對岩面淺的嵌岩樁，可利用岩錨提供反力；對於靜壓樁工程，可利用靜力壓樁機的自重作為反力進行靜載試驗，但不能直接利用靜力壓樁機的載入裝置，而應架設合適的主梁，採用千斤頂載入，基準樁的設置應符合規范。

圖2-17 國內、外單樁抗壓靜力載荷試驗現場工作圖

表2-10 試樁、錨樁(或壓重平台支墩邊)和基準樁之間的中心距離

註：1.D為試樁、錨樁或地錨的設計直徑或邊寬，取其較大者；2.如試樁或錨樁為擴底樁或多支盤樁時，試樁與錨樁的中心距不應小於2倍擴大端直徑；3.括弧內數值可用於工程樁驗收檢測時，多排樁設計樁中心距離小於4D的情況；4.軟土場地壓重平台堆載重量較大時，宜增加支墩邊與基準樁中心和試樁中心之間的距離、觀測基準樁的豎向位移。

沉降測量宜採用位移感測器或大量程千分表，對於機械式大量程(50mm)千分表，全程示值誤差和回程誤差分別應不超過40 μm和8 μm，相當於滿量程測量誤差不大於0.1%FS，分辨力優於或等於0.01mm。

試驗過程中，樁頭部位往往承受較高的豎向荷載和偏心荷載，為保證不因樁頭破壞而終止試驗，一般應對樁頭進行處理。其處理方法及解決方法是：

對預制方樁和預應力管樁，如果未進行截樁處理、樁頭質量正常且單樁設計承載力合理時，可不進行處理；對預應力管樁、尤其是進行了截樁處理的預應力管樁，可採用樁頭向下填芯處理，填芯高度一般為1～2m，也可在填芯時放置鋼筋(籠)，以增加樁頭強度；填芯用的混凝土宜按C25～C30配製。

圖2-18 樁帽結構示意圖

還可以製作鋼卡箍或用鋼筋混凝土樁帽，套在樁頭上進行保護。樁帽(圖2-18)製作使用的具體方法如下：

混凝土樁樁頭處理：應先鑿掉樁頂部的鬆散破碎層和低強度混凝土，露出主筋後，沖洗干凈樁頭再澆注樁帽，並應符合下列規定：.

(1)樁帽頂面應水平、平整，樁帽中軸線與原樁身上部的中軸線嚴格對中，樁帽面積應大於或等於原樁身截面積，樁帽截面形狀可為圓形或方形；

(2)樁帽主筋應全部直通至樁帽混凝土保護層之下，如原樁身露出主筋長度不夠時，應通過焊接加長主筋；各主筋應在同一高度上，樁帽主筋應與原樁身主筋按規定焊接；

(3)距樁頂1倍樁徑范圍內，宜用3～5mm厚的鋼板圍裹，或距樁頂1.5倍樁徑范圍內設置箍筋，間距不宜大於150mm。樁帽應設置水平鋼筋網片3～5層，間距80～150mm。以增加其整體強度；

(4)樁帽混凝土強度等級宜比樁身混凝土提高1～2級，且不得低於C30。

單樁靜載荷試驗開始時間的規定：預制樁打入地基後，如為砂土，需7d後進行；如為粘性土，需視土的強度恢復情況而定，一般不得少於15d；對於飽和軟粘性土，不得少於25d；灌注樁應在樁身混凝土達到設計強度後，才能進行。

四、單樁靜力載荷試驗過程及其成果

在所有試驗設備安裝完畢之後，應進行一次全面檢查。先對試樁施加一較小的荷載進行預壓，目的是消除整個量測系統和被檢樁本身由於安裝、樁頭處理等人為因素造成的間隙而引起的非樁身沉降；排除千斤頂和管路中之空氣；檢查管路接頭、閥門等是否漏液等。一切正常後再卸載歸零，待千分表讀數穩定後記錄千分表初始讀數並做記錄，便可開始進行正式載入試驗。

樁的靜載試驗一般採用維持荷載法。我國靜載試驗的傳統做法是採用慢速維持荷載法，但在工程樁驗收檢測中，也允許採用快速維持荷載法。1985年ISSMFE(International Society for Soil Mechanics and Foundation Engineering，國際土壤力學與基礎工程學會)根據世界各國的靜載試驗有關規定，在推薦的試驗方法中，建議快速維持荷載法載入為每小時一級，穩定標准為0.1mm/20min。常用試驗記錄表格見表2-11。根據所進行的測試內容不同(抗壓、抗拉、水平載荷試驗)，規范也對維持荷載法的具體方法作了相應規定。

下面介紹幾種常見的單樁抗壓靜載荷承載力試驗方法。

單樁抗壓靜載荷承載力試驗方法：

(1)慢速維持荷載法：具體做法是，按一定要求將荷載分級加到試樁上，每級荷載維持不變直到樁頂下沉量達到某一規定的相對穩定標准(每小時的沉降不超過0.1mm，並連續出現2次)，然後繼續加下一級荷載。當達到規定的終止試驗條件時，停止加荷，再分級卸荷直到零載，試驗周期3～7d。

表2-11 單樁抗壓靜載荷試驗記錄表

(2)快速維持荷載法：試驗載入不要求每級的下沉量達到相對穩定，而以等時間間隔、連續載入。終止載入條件為：出現可判定極限荷載的陡降段或樁頂產生不停下沉，無法繼續載入。

(3)等貫入速率法：試驗以保持樁頂等速貫入土中，連續載入，按荷載-下沉量曲線確定極限荷載。

(4)循環載入卸載試驗法：有的在慢速維持荷載中，在部分荷載區間進行載入卸載循環，有的在每一級荷載達到穩定後，重復載入卸載循環；也有以快速維持荷載法為基礎對每一級荷載進行重復載入卸載循環。

1.慢速維持荷載法

按下列規定進行載入卸載和豎向變形觀測：

(1)載入分級：載入應該分級進行，採用逐級等量載入。分級荷載量宜為最大載入量或預估極限承載力的1/10，其中第一級可取分級荷載的2倍。修訂後的《建築地基基礎設計規范》(GB 50007—2002)規定載入分級不應小於8級。分級荷載宜為預估極限承載力的1/8～1/10；《建築樁基技術規范》(JGJ 94—94)規定，分級荷載為預估極限承載力的1/10～1/15。顯然，不同規范、不同行業標准對分級荷載的取值規定是不同的。

其他的特殊規定和要求：①樁底支承在堅硬岩(土)層上，樁的沉降量很小時，最大載入量不應小於設計荷載的2倍。②濕陷性黃土地區單樁豎向承載力靜載荷浸水試驗的載入有著特殊要求：

在進行單樁豎向承載力靜載荷浸水試驗加荷前，應確認該地基是否充分浸水。要求載入前和載入至單樁豎向承載力的預估值後，向試坑內晝夜浸水，以使樁身周圍和樁底端持力層內的土均達到飽和狀態。否則，單樁豎向靜載荷試驗測得的承載力偏大，且不安全。

(2)變形觀測：每級載入後，間隔5min、10min、15min各測讀一次，以後每隔15min測讀一次，累計1h後每隔30min測讀一次，並記錄樁身外露部分裂縫開裂情況。

(3)卸載觀測：每級卸載值為載入值的2倍。卸載時，每級荷載維持1h，按第15min、30min、60min測讀樁頂沉降量後，即可卸下一級荷載；卸載至零後，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為3h，測讀時間為第15min、30min，以後每隔30min測讀一次。

(4)變形相對穩定標准：連續2h每小時內的變形值都不超過0.1mm，認為已達到相對穩定，可加下一級荷載。

(5)終止載入條件：當出現下列情況之一時，即可終止載入：①當荷載—沉降(Q—S)曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40mm；②用快速法時，在某級荷載作用下，樁頂沉降量大於前一級荷載作用下沉降量的5倍；③用慢速法時，在某級荷載作用下，樁頂沉降量大於前一級荷載作用下沉降量的2倍(即：ΔS_n+1/ΔS_n≥2；ΔS_n為第n級荷載的沉降增量；ΔS_n+1為第n+1級荷載的沉降增量)且經24h尚未達到穩定；④已達到反力裝置的最大載入量；⑤已達到設計要求的最大載入量；⑥當荷載—沉降曲線呈緩變型時，可載入至樁頂總沉降量60～80mm，特殊情況下可根據具體要求載入至樁頂累計沉降量超過80mm。非嵌岩的長(超長)樁和大直徑(擴底)樁的Q—S曲線，一般呈緩變型。由於非嵌岩的長(超長)樁的長細比大、樁身較柔，彈性壓縮量大，樁頂沉降較大時，樁端位移還很小；而大直徑(擴底)樁雖樁端位移較大，但尚不足以使端阻力充分發揮，在樁頂沉降達到40mm時，樁端阻力一般不能充分發揮。國際上普遍認為：當沉降量達到樁徑的10%時，才可能達到破壞荷載；⑦當工程樁作錨樁時，錨樁上拔量已達到允許值；⑧ 樁頂荷載為樁受拉鋼筋總極限承載力的0.9倍時。

2.快速維持荷載法

按下列規定進行觀測：

(1)每級荷載施加後，按第5min、15min、30min測讀樁頂沉降量，以後每隔15min測讀一次；

(2)試樁沉降相對穩定標准：載入時每級荷載維持時間不少於1h，最後以15min時間間隔的樁頂沉降增量小於相鄰15min時間間隔的樁頂沉降增量；

(3)當樁頂沉降速率達到相對穩定標准時，再施加下一級荷載；

(4)卸載時，每級荷載維持15min，在第5min、15min測讀樁頂沉降量後，即可卸下一級荷載；卸載至零後，應測讀樁頂殘余沉降量，測讀時間為第5min、10min、15min、30min，以後每隔30min測讀一次，總維持時間為2h。

五、單樁豎向極限承載力確定方法

(1)作荷載—沉降(Q—S)曲線、S—lgt曲線和其他輔助分析所需的曲線；

(2)當陡降段明顯時，取相應於陡降段起點的荷載值為單樁豎向極限承載力；

(3)如果在某級荷載作用下，樁頂沉降量大於前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到穩定標准，單樁豎向抗壓極限承載力值取前一級荷載值；

(4)Q—S曲線呈緩變型時，取樁頂總沉降量S=40mm所對應的荷載值為單樁豎向極限承載力，當樁長大於40m時，宜考慮樁身的彈性壓縮。根據沉降量確定極限承載力的基本原則是，盡可能挖掘樁的極限承載力而又保證有足夠的安全儲備。對直徑D大於或等於800mm的樁，可取Q—S曲線上S=0.05 D對應的荷載值；

(5)單樁豎向抗壓極限承載力，取S—lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值；

(6)如果因為已達載入反力裝置或設計要求的最大載入量，或錨樁上拔量已超出允許值而終止載入時，若樁的總沉降量不大，樁的豎向抗壓極限承載力取值為不小於實際最大試驗荷載值；

(7)參加統計的試樁，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值作為單樁豎向極限承載力。極差超過平均值的30%時，宜增加試樁數量並分析離差過大的原因，並結合工程具體情況，確定極限承載力(對樁數為3根及3根以下的柱下樁台，取最小值)；

(8)以外推法求樁的豎向抗壓極限承載力：在許多情況下，樁的靜載試驗載入往往達不到極限荷載而終止試驗；對工程樁的試驗也不允許將樁壓至極限破壞狀態，這給判定樁的極限承載力造成一定困難。根據研究和大量經驗對比，已經建立了一些擬合數學模型和應用實測Q—S曲線的作圖方法，用來推測終止試驗後的Q—S曲線，並確定樁的極限承載力。

1.作圖法

在Q—S曲線段上，選取曲率變化較大的一段曲線，在該曲線段兩側取兩點(如圖2-19中M₁，M₆)，把這2點對應的樁頂沉降等分成若干相等的沉降量ΔS(一般不少於四等分)，過各等分點作Q軸平行線與Q— S曲線相交得點M₂、M₃、M₄……，過上述各交點作S軸的平行線與Q軸相交，得P₁、P₂、P₃、P₄……，過上述各點作與Q軸成45 度的斜線P₁A、P₂B、P₃C、P₄D……，P₁A 與 M₂P₂的上延長線交於A點、P₂B與M₃P₃的上延長線交於B點、P₃C與M₄P₄的上延長線交於C點……，作一條過上述各點的直線AG，上述各點大致落在一條直線上，該直線與Q軸的交點F對應的Q值，即為單樁豎向抗壓極限承載值Q_u，如圖2-19所示。

圖2-19 作圖法求單樁豎向抗壓極限承載值Q_u

2.雙曲線法

雙曲線法又稱斜率倒數法。假設樁的靜載試驗Q—S曲線為一雙曲線，其方程可寫成：

土體原位測試與工程勘察

式中：M，C為待定參數。其確定方法是：在Q—S曲線的已知段選取兩個點(Q₁，S₁)，(Q₂，S₂)，按式(2-32)、式(2-33)求得待定參數M，C為：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

3.最小二乘法

用最小二乘法對實測Q—S數據進行擬合，則有：

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

土體原位測試與工程勘察

式中：S_i為樁測點處樁身沉降量(mm)；Q_i為測點處的樁身軸力(kPa)。

在數學意義上，樁的極限承載力值Q_f為：

土體原位測試與工程勘察

工程中，樁的極限承載力值Q_u為：

土體原位測試與工程勘察

也可取沉降量等於40mm所對應的荷載做為樁的極限承載力值：

土體原位測試與工程勘察

4.指數方乘法

假設Q—S曲線為指數曲線時，則有如下的方程式：Q=Q_u(1-e^-αs)，經數學變換後得：

土體原位測試與工程勘察

式中：Q為樁所受軸向靜荷載(kPa)；Q_u同上；α為擬合系數，取值詳見國家標准 GB/T19496-2004《鑽心檢測離心高強混凝土抗壓強度試驗方法》。

圖2-20 用指數方乘法求樁的極限承載力值

S-lg(1-Q/Q_u)為一直線，根據Q_u可能的大概范圍，可假設若干個Q_u，再根據靜載試驗結果(Q_i，S_i)，計算出lg(1-Q/Q_u)，用S-lg(1 Q/Q_u)法可以繪出若干根指數曲線。若Q_u小於真實值時，曲線向上彎曲；若Q_u大於真實值時，曲線向下彎曲。在上彎與下彎曲線之間必可得一根近似直線，對應於該近似直線的Q_u，即為樁的極限荷載(圖2-20)。

六、單樁豎向抗壓承載力特徵值R_a的確定

無論載入速率的快慢，應按參加統計的試樁數取試驗值的平均值，並要求其極差不得超過平均值的30%。取此平均值的一半作為單樁豎向抗壓承載力特徵值R_a。

《建築地基基礎設計規范》(GB 50007—2002)規定，單樁豎向抗壓承載力特徵值R_a為單樁豎向抗壓極限承載力統計值的1/2(即：單樁豎向抗壓極限承載力統計值除以安全系數2)。

七、多年凍土地基單樁豎向靜載荷試驗

多年凍土中試樁施工後，應待凍土地溫恢復正常後再進行載荷試驗。試驗樁宜經過一個冬期後再進行試驗。試樁時間宜選在夏末、冬初，地溫出現最高值的一段時間內進行。

單樁靜載荷試驗視試驗條件和試驗要求不同，可選用：慢速維持荷載法或快速維持荷載法進行試驗：

A.採用慢速維持荷載法時，應符合下列要求：

載入級數不應少於6級，第一級荷載應為預估極限荷載的1/4倍，以後各級荷載可為極限荷載的0.15倍，累計試驗荷載不得小於設計荷載的2倍；

在某級荷載作用下，樁在最後24h內的下沉量不大於0.5mm時，應視為下沉已穩定，方可施加下一級荷載；在某級荷載作用下，連續10d達不到穩定時，應視為樁-地基系統已遭破壞，可終止載入；

試驗的測讀時間，應符合下列規定：

a)沉降：載入前讀一次，載入後讀一次，此後每2h讀一次。在高載下，當樁下沉加快時，觀測次數應增加，縮短間隔時間；

b)地溫：每24h觀測一次。

卸載時的每級荷載值為載入值的兩倍。卸載後應立即測讀樁的變位，此後每2h測讀一次，每級荷載的延續時間為12h，卸載期間應照常觀測地溫。

B.採用快速維持荷載法時，應符合下列要求：

快速加荷時每級荷載的間隔時間，應視樁周凍土類型和凍土條件確定，一般不得小於24h，且每級荷載的間隔時間應相等；

載入的級數一般不得少於6～7級，荷載級差可採用預估極限荷載的0.15倍。當樁在某級荷載作用下產生迅速下沉時，或樁頭總下沉量超過40mm時，即可終止試驗；

快速載入時，樁頂下沉和地溫的觀測要求，應與上述慢速載入時相同。

C.多年凍土地基單樁豎向極限承載力的確定，應符合下列規定：

慢速載入時，破壞荷載的前一級荷載，即為樁的極限荷載；

快速載入時，找出每級荷載下樁的穩定下沉速度(即穩定蠕變速率)，並繪制樁的流變曲線圖(圖2-21)，曲線延長線與橫坐標的交點F應作為樁的極限長期承載力。

圖2-21 樁的流變曲線示意圖

多年凍土地基單樁豎向靜載荷試驗設計值的取值，應符合下列規定：

慢速載入時，應按參加統計的試樁數，取試驗值的平均值，並要求其極差不得超過平均值的30%，取此平均值的一半作為單樁承載力的設計值。

快速載入時，應按參加統計的試樁數取試驗值的平均值，並要求其極差不得超過平均值的30%，取此平均值的一半作為單樁承載力的設計值。

Ⅷ 靜載試驗是什麼

Static Load Testing。是指在樁頂部逐級施加豎向壓力、豎向上拔力或水平推力，觀測樁頂部隨時間產生的沉降、上拔位移或水平位移，以確定相應的單樁豎向抗壓承載力、單樁豎向抗拔承載力或單樁水平承載力的試驗方法。1 試驗目的
採用接近於豎向抗壓樁的實際工作條件的試驗方法，確定單樁豎向（抗壓）極限承載力，作為設計依據，或對工程樁的承載力進行抽樣檢驗和評價。當埋設有樁底反力和樁身應力、應變測量元件時，尚可直接測定樁周各土層的極限側阻力和極限端阻力。除對於以樁身承載力控制極限承載力的工程樁試驗載入至承載力設計值的1.5-2倍外，其餘試樁均應載入至破壞。編輯本段2 試驗載入裝置
一般採用油壓千斤頂載入，千斤頂的載入反力裝置可根據現場實際條件取。 2.1 錨樁橫梁反力裝置（圖C-1）： 錨樁、反力梁裝置能提供的反力應不小於預估最大試驗荷載的1.2-1.5倍。 採用工程樁作錨樁時，錨樁數量不得少於4根，並應對試驗過程錨樁上拔量進行監測。 2.2 壓重平台反力裝置：壓重量不得少於預估試樁破壞荷載的1.2倍；壓重應在試驗開始前一次加上，並均勻 穩固放置於平台上； 2.3 錨樁壓重聯合反力裝置：當試樁最大載入量超過錨樁的抗拔能力時，可在橫樑上放置或懸掛一定重物，由 錨樁和重物共同承受千斤頂載入反力。 千斤頂平放於試樁中心，當採用2個以上千斤頂載入時，應將千斤頂並聯同步工作，並使千斤頂的合力通過試樁中心。編輯本段3 荷載與沉降的量測儀表
荷載可用放置於千斤頂上的應力環、應變式壓力感測器直接測定，或採用聯於千斤頂的壓力表測定油壓，根據千斤頂率定曲線換算荷載。試樁沉降一般採用百分表或電子位移計測量。對於大直徑樁應在其2個正交直徑方向對稱安置4個位移測試儀表，中等和小直徑樁徑可安置2個或3個位移測試儀表。沉降測定平面離樁頂距離不應小於0.5倍樁徑，固定和支承百分表的夾具和基準梁在構造上應確保不受氣溫、振動及其他外界因素影響而發生豎向變位。編輯本段4 試樁製作要求
4.1 試樁頂部一般應予加強，可在樁頂配置加密鋼筋網2-3層，或以薄鋼板圓筒作成加勁箍與樁頂混凝土澆成 一體，用高標號砂漿將樁頂抹平。對於預制樁，若樁頂未破損可不另作處理。 4.2 為安置沉降測點和儀表，試樁頂部露出試坑地面的高度不宜小於600mm，試坑地面宜與樁承台底設計標 高一致。 4.3 試樁的成樁工藝和質量控制標准應與工程樁一致。為縮短試樁養護時間，混凝土強度等級可適當提高，或 摻入早強劑。 4.4 從成樁到開始試驗的間歇時間：在樁身強度達到設計要求的前提下，對於砂類土，不應少於10d；對於粉 土和粘性土，不應少於15d；對於淤泥或淤泥質土，不應少於25d。編輯本段5 試驗載入方式
採用慢速維持荷載法，即逐級載入，每級荷載達到相對穩定後加下一級荷載，直到試樁破壞，然後分級卸載到零。當考慮結合實際工程樁的荷載特徵可採用多循環加、卸載法（每級荷載達到相對穩定後卸載到零）。當考慮縮短試驗時間，對於工程樁的檢驗性試驗，可採用快速維持荷載法，即一般每隔一小時加一級荷載。編輯本段6 加卸載與沉降觀測
6.1 載入分級：每級載入為預估極限荷載的1/10-1/15，第一級可按2倍分級荷載加荷； 6.2 沉降觀測：每級載入後間隔5、10、15min各測讀一次,以後每隔15min測讀一次,累計1h後每隔30min測讀 一次。每次測讀值記入試驗記錄表； 6.3 沉降相對穩定標准：每一小時的沉降不超過0.1mm,並連續出現兩次（由1.5h內連續三次觀測值計算）， 認為已達到相對穩定，可加下一級荷載。 6.4 終止載入條件：當出現下列情況之一時，即可終止載入： （1）某級荷載作用下，樁的沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍； （2）某級荷載作用下，樁的沉降量大於前一級荷載作用下沉降量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定； （3）已達到錨樁最大抗拔力或壓重平台的最大重量時。 6.5 卸載與卸載沉降觀測：每級卸載值為每級載入值的2倍。每級卸載後隔15min測讀一次殘余沉降，讀兩次 後，隔30min再讀一次,即可卸下一級荷載，全部卸載後隔3-4h再讀一次。編輯本段7 試驗報告內容及資料整理
7.1 確定單樁豎向極限承載力:一般應繪Q-s,s-lgt曲線，以及其他輔助分析所需曲線： 7.2 當進行樁身應力、應變和樁底反力測定時，應整理出有關數據的記錄表和繪制樁身軸力分布、側阻力分 布、樁端-阻力荷載、樁端阻力-沉降關系等曲線； 7.3 按第C.0.10條和第C.0.11條確定單樁豎向極限承載力標准值。編輯本段8 單樁豎向極限承載力的分析確定
8.1 根據沉降隨荷載的變化特徵確定極限承載力：對於陡降型Q-s曲線取Q-s曲線發生明顯陡降的起始點； 8.2根據沉降量確定極限承載力：對於緩變型Q-s曲線一般可取s=40-60mm對應的荷載,對於大直徑樁可取 s=0.03-0.06D(D為樁端直徑,大樁徑取低值,小樁徑取高值)所對應的荷載值；對於細長樁（l/d＞80）可取 s=60-80mm對應的荷載； 8.3 根據沉降隨時間的變化特徵確定極限承載力，取s-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。

Ⅸ 樁基奧氏法靜載荷試驗

(Osterberg Cell Load Test，簡稱為「O-Cell試驗」)

一、奧氏法靜載荷試驗簡介

隨著大直徑、超長樁不斷被許多大型工程所採用，這類樁的荷載試驗所需的費用和周期都急劇增加。對高承載力(＞10000kN)樁，載荷試驗方法，是將千斤頂放置在樁的底部，千斤頂的作用是，在向上頂起樁身的同時，也向下擠壓樁端土，使形成的樁的摩阻力和端阻力互為反力，可測得一條與樁頂施加荷載反方向的荷載—位移曲線，通過適當換算後得到相當於樁頂加荷的承載力和位移關系的Q—S曲線，這樣就解決了大噸位樁豎向承載力現場試驗問題，它既有利於指導設計，還可以解決受場地和設備條件限制無法進行大型、超大型單樁豎向承載力原位試驗問題。

這種方法在國外被冠名為Osterberg試樁法，在國內有叫做自平衡試樁。

Osterberg法已成功地應用到鑽孔樁、壁板樁、打入式鋼管樁及預制混凝土樁等樁型中，最大可提供多達220 MN的試驗載荷，測試深度達100m以上，樁徑可達3m。

二、Osterberg試樁法的試驗裝置

試驗裝置的主要設備是經特別設計的液壓千斤頂式的荷載箱(也稱為壓力單元)。根據測試目的不同，荷載箱既可以安置到樁底，也可安置到樁的中間部位。荷載箱可回收，也可是一次性的。可回收的荷載箱一般放置在空心預制樁離樁底不遠的內部，用一對精細加工的卡口，事先澆築、固定在試驗樁內部樁端。試驗時，將荷載箱放到卡口的位置，順時針旋轉90°將荷載箱鎖住；試驗後，再逆時針旋轉90°將其卸下供重復使用。

現以鋼管打入樁為例，說明Osterberg試樁法的試驗裝置。

圖2-29為荷載箱被焊於鋼管樁的底端，荷載箱由活塞、頂蓋、箱壁三部分組成。箱壁由較厚的鋼板製成，其外徑與樁的外徑相同，活塞底的承壓板外徑略大於樁外徑。頂蓋與活塞均用鋼材製成，頂蓋呈漏斗狀，漏鬥口內有螺紋以安裝輸壓豎管；活塞頂面有錐形孔，孔內有螺紋與測位移的芯棒連接。當荷載箱隨樁打入設計標高後，將輸壓豎管與荷載箱頂蓋擰緊連接，再在輸壓豎管中插入芯棒與千斤頂活塞擰緊連接。芯棒的外徑小於輸壓豎管的內徑，以便從輸壓豎管和芯棒的間隙中為千斤頂輸油。輸壓豎管的頂部裝有密封圈來定位芯棒和密封油路，密封圈應不影響芯棒上下自由位移。試驗時，油壓通過液壓輸入口後經輸壓豎管與芯棒之間的環狀空隙傳至荷載箱內，隨著壓力增大，活塞與頂蓋被推開，推動樁體向上移動和通過承壓板壓縮樁端土；此時，樁側阻力與樁端阻力隨之發揮作用。用輸油壓力表可控制、監測、換算施加的壓力大小。一隻千分表支承在基準樑上，與芯棒相連，測量活塞向下的位移；一隻千分表與輸壓豎管相，連測量頂蓋向上的位移；另一隻千分表與樁頂相連，測量樁頂向上的位移。樁頂向上的位移與樁底向上的位移之差，就是加荷時樁身摩阻力所引起的樁身彈性壓縮。

圖2-29 Osterberg試驗裝置示意圖

圖2-30 灌注樁Osterberg試驗示意圖

圖2-31 Osterberg試驗現場(from LOADTEST International Inc)

對於大直徑鑽孔灌注樁和人工挖孔樁的Osterberg試驗法，應首先清孔底、注混凝土漿、找平、使荷載箱能受力均勻；將Osterberg法的荷載箱焊接於鋼筋籠底部，做好輸壓豎管與頂蓋、芯棒與活塞之間的連接工作；然後下放至孔底後灌注混凝土，待混凝土強度等級達到設計要求後，進行試樁。

對於預制混凝土打入樁，早期的一般做法是：在樁預制時將輸壓豎管預埋於樁身中，並將樁底做成平底，預埋一塊樁底鋼板，然後將樁起吊就位，用4隻大螺栓將荷載箱迅速安裝於樁底鋼板上。近年的做法是：將荷載箱的箱蓋直接澆注在樁身底部。Osterberg靜載試驗現場情況見圖2-30、圖2-31所示。

三、基本原理

如圖2-32所示，常規樁頂載入試驗的樁頂荷載P等於樁側摩阻力F和樁端阻力Q之和，即：P=F+Q(不計試樁前樁身自重W在樁端的反力)。奧氏法通常在樁底端預埋一個荷載箱，試樁時通常採用荷載箱在樁底部產生向上、向下兩個方向的荷載P₀，向上的荷載P₀=W+F，向下的荷載為樁身自重與由載入產生的端部反力增量Q之和，即：P₀=W+Q，受力機理和樁頂載入相同。該兩種試樁方法的荷載換算如下：

P=F+Q=(P₀-W)+(P₀-W)；P=2(P₀-W) (2-43)

式中：荷載箱加荷量P₀=液壓表讀數×荷載箱標定常數。

四、試驗結果分析

確定單樁極限承載力一般應繪制Q—S_上，Q—S_下曲線和S_上—lgt，S_下—lgt，S_上—lgQ，S_下—lgQ等曲線。

根據位移隨荷載的變化特徵確定極限承載力對於陡降型Q—S曲線，取Q—S曲線發生明顯陡降的起始點；對於緩變形Q—S曲線，按位移值確定極限值，即：極限側阻Q_u上取S_上=40～60mm 對應的荷載；極限端阻Q_u下取S_下=40～60mm對應的荷載。當S—lgt尾部有明顯彎曲時，取其前一級荷載為極限荷載。

圖2-32 Osterberg載荷試驗原理

分別求出上、下段樁的極限承載力Q_u上和Q_u下，然後考慮樁自重影響，求出單樁豎向抗壓極限承載力，如式(2-44)所示：

Q_u=(Q_u上-W)/γ+Q_u下 (2-44)

式中：γ為樁端體土的重度(kN/m³)，對於粘性土、粉土取0.8；對於砂土取0.7；W為荷載箱上部樁的自重(kN)。

五、問題探討

現行的設計規范，均需由樁頂載入試驗所確定的極限承載力，因此，需將O-Cell試驗資料進行轉換，才能獲得與現行規范相應的測試指標。轉換建立在下列三個假設基礎之上：

(1)樁體向上產生的土體剪切力和頂部載入時樁體向下產生的土體剪切力是相等的；

(2)O-Cell試驗載入時樁端支承力變化和頂部載入時完全相同；

(3)樁體為剛性，暫不計其壓縮量。

顯然，這些假設肯定會對試驗結果產生影響：

1.首先是樁身自重問題

傳統載荷試驗方法不計樁自重的作用，Osterberg試樁法在計算土向下側摩阻力時，將荷載箱向上頂力減去樁自重W；轉換到樁頂載入模式時，為了不計自重影響，還應再次減去這段樁自重。這對中、小力型樁不會有顯著的誤差，但對自重近千噸的大型樁，顯然是不適宜的。

2.端承力、側摩阻的極限值和變形問題

當側摩阻力進入極限狀態時，土體剪切變形產生的位移量較小——粘性土一般在5～10mm左右，而砂性土則略有增加；而端承力極限狀態時的沉降，則多為50～100mm。在某一極限沉降量時，樁側和樁端承載力不可能同時進入極限狀態。為了解決此問題，必須找准平衡點位置，使O-Cell向上及向下載入都達到極限或至少相近，但要找准它是極其困難的。因此，將樁側和樁端極限承載力之和作為樁頂載入試驗的極限承載力，需要進一步探討。

3.樁身壓縮問題

樁頂載入時樁頂沉降量包含了樁身壓縮。而Osterberg試樁法不計樁身的壓縮量，這是一個較大問題。對大量中、小型樁，樁身壓縮量大都為1～3mm；誤差尚可接受；但對樁直徑2m以上、長達百餘米的大型樁，其樁身壓縮量隨荷載增加而增大，實測的樁身壓縮量常達20～30mm。因此，樁體為剛性、暫不計壓縮量這條假設亟需修正。

國內試樁規范有的取40mm樁頂沉降量作為試樁終止加荷載判據或極限荷載選取標准，這對樁身壓縮量達20～30mm的大型樁是不適合的，應以載入曲線出現拐點作為判斷標准為宜。若在無明顯拐點時，可考慮選用國內現有的規范所建議的3%～5%D(樁徑)的沉降標准。

4.載荷試驗後對試驗樁的補強處理

工程樁在進行承載力自平衡法深層載荷試驗後，試驗將會使樁端載荷箱部位與持力層之間形成一個小的縫隙，該縫隙對樁的承載能力有一定影響。為了消除這種不良影響，應採取如下兩種辦法處理，以使試驗樁的豎向承載力能達到原設計指標：

(1)利用位移棒護管(圖2-32)，直接用M₁₀高強度水泥漿對試樁樁底進行注漿補強處理，使試驗產生的縫隙用高強度水泥漿充實，並對載荷箱起到防止滲水銹蝕作用；

(2)試驗樁施工時應將試驗樁的樁端直徑適當放大，以抵消試驗部位對樁端阻力的影響。

Ⅹ 急等，復合地基檢測中單樁靜載試驗和復合地基載荷試驗之間的比例如何確定

每種試驗各做總樁數的0.5%，且均不能少於3個，就可以了，比例多少無所謂。

cfg樁檢測需要進行單樁承載力和復合地基承載力的抽樣檢測，一般採用靜載試驗。單樁是為了檢測施工的單根樁的質量和承載力是否達到設計要求，復合地基承載力是為了檢測施工後的整合地基的承載力是否滿足設計要求和上部荷載的要求。

樁和樁間土及墊層一起測，它一般採用用二樁、三樁、四樁的都有，主要是載荷板大小要求不同，它是目前最直接和准確的檢驗復合地基承力手段。因為復合地基才是直接承受上部荷載的實體。

(10)靜載荷實驗裝置圖擴展閱讀：

單樁靜載試驗注意事項

（1） 在試驗設備、儀器儀表的運輸過程中應確保其不損傷，以保證現場測試數據的准確無誤。

（2） 現場吊裝安置載入設備時，應採取必要的安全措施，保證設備的安放位置正確和人員設備的安全。

（3） 反力架的安裝和焊接要牢固可靠，對於不符合要求的反力裝置不能進行正式試驗載入工作

（4） 反力鋼梁在試驗中嚴禁超載，以免發生人員和儀器損壞。

（5） 試驗現場必須搭起能防雨、遮陽的臨時帳篷或設施，以保護儀器設備。

（6） 高壓油泵等儀器設備應按照就近、方便、安全的原則安放。

（7） 測試現場所接電源必須符合臨時架設電源線路的要求，禁止亂扯電源、電線，防止漏電、觸電等事故發生。