静载荷实验装置图

Ⅰ 单桩竖向抗拔静载试验

单桩竖向抗拔静载荷试验是采用接近于竖向抗拔桩来确定单桩的竖向抗拔极限承载力的试验方法。国内、外桩的抗拔试验惯用方法是慢速维持荷载法。

在上拔荷载作用下，桩身首先将荷载以摩阻力的形式传递到桩周土中，其规律与承受竖向抗压荷载时一样，侧摩阻力也是从上到下逐步发挥，只不过力的方向刚好相反。初始阶段，上拔阻力主要由浅部土层提供，桩身的拉应力主要分布在桩的上部，随着桩身上拔位移量的增加，桩身应力逐渐向下扩展，桩的中、下部的上拔土阻力逐渐发挥。当桩端位移量超过某一数值(通常为6～10mm)时，就可以认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限，其后抗拔阻力就会下降。此时，如果继续增加上拔荷载，就会产生破坏。破坏时往往会使桩周土也一起产生剪切破坏，并表现为在桩的周围产生环状拉张裂隙、向上隆起的桩周土破坏锥，而且桩的埋深越大，这种现象越明显，见图2-22所示。

图2-22 单桩竖向抗拔荷载作用下，桩和桩周土的基本破坏模式

一、单桩竖向抗拔静载试验装置

单桩竖向抗拔静载试验的设备主要由：主梁、次梁、反力桩或反力支墩等的反力装置；千斤顶等的加载装置；压力表、压力传感器或荷重传感器等的荷载测量装置；千分表或位移传感器等位移测量装置等所组成(图2-23)。

图2-23 单桩竖向抗拔静载试验装置示意图

单桩竖向抗拔静载试验宜采用反力桩(或工程桩)提供支座反力。反力桩顶面应平整并具有足够强度，以保证反力梁的稳定性；反力桩顶面直径(或边长)不宜小于反力梁的宽度，否则应加垫钢板，以确保试验设备安装稳定性；也可据现场情况采用天然地基提供支座反力；两边支座处的地基强度应相近，且两边支座与地面的接触面积宜相同。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。反力架系统应具有至少1.2倍的安全系数。

选用千斤顶、测量仪表、压力传感器或荷重传感器时，应注意具有足够的行程和量程。安装测试系统必须保证其受力的独立性，考虑到有可能出现桩周土破坏锥而影响量测的准确性，基准梁和千分表的安装，必须独立于测量扰动环境之外。

二、单桩竖向抗拔静载试验的技术规范

单桩竖向抗拔静载试验宜采用慢速维持荷载法。需要时，也可采用多循环加载卸载方法。慢速维持荷载法可按下面要求进行：

1.加、卸载等级

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，第一级可取分级荷载的2倍，以后逐级加载至破坏或达到试验要求。终止加载后，开始卸载。卸载也应逐级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍。加、卸载时，应使荷载传递均匀、连续、无冲击。每级荷载在维持过程中的变化幅度，不得超过分级荷载的± 10%。

2.桩顶上拔量的测量

加载时，每级荷载施加后按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶上拔量，以后每隔30min测读一次。卸载时，每级荷载维持1h，按第15min、30min、60min测读桩顶下沉回弹量；卸载至零后，测读桩顶残余上拔量，维持时间为3h，其测读时间为第15min、30min，以后每隔30min测读一次。试验时应注意观察桩身混凝土的开裂情况。

3.变形相对稳定标准

在每级荷载作用下，桩顶的上拔量在每小时内不超过0.1mm，并连续出现两次，可视为稳定。当桩顶上拔量达到相对稳定时，方可施加下一级荷载。

4.终止加载标准

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上拔荷载作用下的上拔量的5倍；

(2)按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时；

(3)按钢筋抗拉强度控制，钢筋应力达到钢筋强度标准值的0.9倍；

(4)对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。

如果在较小荷载下出现某级荷载的桩顶上拔量大于前一级荷载下的5倍时，应分析原因。对试验桩，必要时可继续加载，当桩身混凝土出现多条环向拉张裂缝后，桩顶位移会出现小的突变，但此时并非真正达到桩的极限抗拔力。

三、桩的抗拔极限承载力的确定

首先将试验数据转换为相关判断曲线。这类曲线的形式有：上拔荷载U与桩顶上拔量δ之间的关系曲线(U—δ曲线)和桩顶上拔量δ与时间对数之间的曲线(δ—lgt曲线)。但当上述两种曲线难以判别时，可辅以δ—lgU曲线或lgU—lgδ曲线，以确定拐点位置。拐点的具体确定方法如下：

(1)根据曲线特征确定桩的抗拔极限承载力对于陡变型的U—δ曲线，可根据U—δ曲线的特征点，即：与陡升起始点相对应的荷载值为桩的抗拔极限承载力。

典型的单桩竖向抗拔U—δ曲线可分三段：第一段为直线段，U—δ按比例增加；第二段为曲线段，随着桩土相对位移的增大，上拔位移量比侧阻力增加的速率快；第三段呈近似直线段，此时即使上拔荷载增加很小，桩的位移量仍急剧上升，同时桩周地面往往出现环向裂缝；第三段起始点所对应的荷载值，即为桩的竖向抗拔极限承载力值(图2-24)。

(2)根据上拔量随时间变化特征，确定桩的抗拔极限承载力取δ—lgt曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值，如图2-25。

图2-24 根据U—δ曲线特征确定桩的抗拔极限承载力

图2-25 根据δ—lgt曲线特征确定桩的抗拔极限承载力

(3)当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载为该桩的抗拔极限承载力值。

(4)根据lgU—lgδ曲线确定单桩竖向抗拔极限承载力时，可取lgU—lgδ双对数曲线第二拐点所对应的荷载，为桩的竖向极限抗拔承载力值。

四、单桩竖向抗拔承载力特征值

单桩竖向抗拔极限承载力统计值，按以下方法确定：成桩工艺、桩径和单桩竖向抗拔承载力设计值相同的受检桩数不少于3根时，可进行单位工程单桩竖向抗拔极限承载力统计值计算；参加统计的受检桩试验结果，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拔极限承载力；当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因并结合工程具体情况综合确定。必要时可增加受检桩数量；对桩数为3根或3根以下的柱下承台，应取最小值。

单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值，应按单桩竖向抗拔极限承载力统计值的一半取值。当工程桩不允许带裂缝工作时，取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承载力特征值，并与按极限荷载一半取值确定的单桩竖向抗拔承载力特征值，宜相比后取小值。

Ⅱ 什么是静载试验

静载试验英来文翻译：Static Load Testing。是源指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。

(2)静载荷实验装置图扩展阅读：

静载试验-试验加载方式

采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，现场图片然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔一小时加一级荷载。

Ⅲ 试验工况设计

6.1.2.1 工况设计遵循的理论依据

本次载荷试验物理模型有以下几个特征：

1）载荷试验采用中心荷载形式，不考虑偏心荷载；

2）基底粗糙；

3）载荷板位于地基表层，相当于基底以上无填土，不考虑填土自重对基底的超载，不考虑填土的抗剪强度；

4）鉴于风积砂粘粒含量低、分选好、级配差、低压缩性、整体性好等物理力学特性和模拟地基铺设过程中对其均一性的严格控制，试验中的模拟地基是一个均质体，在同一种工况中忽略风积砂颗粒组成及物理力学性质的差异。

图6.1 试验基坑平面图及剖面图

图6.2 静力载荷试验反力加载装置设计

1943年太沙基（K.Terzaghi）在推导均质地基上的条形基础受中心荷载作用下的极限承载力时，把土作为有重力的介质，并有如下一些假设：

1）基础底面完全粗糙，即它与土之间有摩擦力存在；

2）基土是有重力的（γ≠0），但忽略地基土重度对滑移线形状的影响。因为，根据极限平衡理论，如果考虑土的重度，塑性区内的两组滑移线形状就不一定是直线；

3）当基础埋置深度为D时，则基底以上两侧的土体用当量均布超载q＝γ₀D来代替（γ₀为比重），不考虑两侧土体抗剪强度的影响。

根据以上假定，滑动面的形状如图6.3a所示，也可以分成三个区。

Ⅰ区：基础底面下的土楔aa′d，由于假定基底是粗糙的，具有很大的摩擦力，因此aa′面不会发生剪切位移，该区的土体处于弹性压密状态，它与基础底面一起移动，该部分土体称为弹性楔体（刚性核），代替了普朗特尔解的朗肯主动区。根据几何条件，滑动面ad（或a′d）与水平面夹角Ψ＝_φ。

Ⅱ区：假定与普朗特尔假定一样，滑动面一组是通过a、a′点的辐射线，另一组是对数螺旋曲线de、de′，同时忽略土的重力对滑移线形状的影响。

Ⅲ区：仍是朗肯被动状态区，滑动面及a′e′与水平面成 角。

图6.3 太沙基（K.Terzaghi）极限承载力

当作用在基底压力为极限承载力P_u时，发生整体剪切破坏，弹性压密区（Ⅰ区）a′ad将贯入土中，向两侧挤压土体adef及a′de′f′达到被动破坏。因此，在ad及a′d面上将作用被动力E_p，与作用面的法线方向成_φ角，如图6.3b所示。取Ⅰ区弹性楔体ada′作为脱离体，考虑单位长基础，分析其力的平衡条件来推求地基的极限承载力。

本次载荷模拟试验较好地符合了太沙基极限承载力理论的假定条件，以该理论为基础设计的试验工况，在圆形基础作用下，地基内各点应力状态在同一水平面上关于地基中心轴对称。

6.1.2.2 试验工况设计

在苏里格天然气第三处理厂实测地下水位线以上风积砂平均天然密度为1.64g/cm³，平均含水量为4％，计算其对应的干密度为1.58g/cm³。本次试验针对由单一风积砂构成的地基设计三种试验类型。

（1）第一种类型

为了研究风积砂干密度对地基承载力的影响及地基中应力分布的影响，保持风积砂天然干密度1.58g/cm³不变，设计2％、4％、6％、8％四个低含水量和12％、16％两个高含水量，共六种工况。根据基坑尺寸，分10层铺设，每层厚12cm，具体设计见表6.1 。试验采用人工夯实法铺设，在铺设过程中严格控制每层地基的铺设砂土质量、铺设后的体积，并及时跟踪监测砂土含水量，为了避免人为造成的地基分层现象，在每层铺设完毕将表层砂土体刮花，及时铺设下一层，以保证模拟地基达到设计要求。

表6.1 同一干密度下不同含水量工况设计

为了研究在上部荷载作用下地基中附加应力大小和分布特征，在地基内不同位置设置JXY-2型钢铉式土压力盒。压力盒埋置遵循以下设计原则：

1）承载板下方沿中心轴在不同地基深度水平布置压力盒，研究上部荷载作用下中心附加应力变化特征。

2）考虑到压力盒本身的体积和质量对地基材料属性和地基附加应力分布的影响，要尽量提高压力盒的利用效率。鉴于本次载荷在同一水平面上各点应力状态关于地基中心轴对称的特点，在同一地基深度平面上只在中心轴一侧布置压力盒，另一侧可由对称性求出，相邻两个水平面上压力盒应交错布置。

3）参照太沙基理论的假定滑动面，计算出本次模拟试验中的弹性区、过渡区和被动土压力区，并在被动土压力区垂直布设土压力盒，测其水平附加应力变化特征。

4）中心点以外水平布置的压力盒除测定该点处竖向附加应力外还应控制附加应力的影响范围，根据2004年中国建筑工业出版社出版的叶书麟的《地基处理》，当砂垫层厚度z（本次模拟试验处理深度为1.5m）与地基宽度B（即载荷板直径0.2m）的比值大于0.5，地基应力扩散角取30°，计算附加应力影响范围，布置压力盒。

第一类试验中压力盒布置如图6.4所示。

图6.4 压力盒布置示意图（单位：cm）

图6.5 标志层染色剂的配制

为监测地基破坏后地基内部的变形破坏特征，在载荷板以下地基深度12cm范围内铺设标志层，标志层深度间隔采取3cm，每层标志层水平铺设厚度1cm，面积为10×60cm²。为了避免标志层因材料属性不同而造成的试验误差，特采用染色后天然干燥的风积砂作为标志层（通过使用纯度为36％的乙酸配制甲基红溶液来实现染色，图6.5）。

（2）第二种类型

为了研究风积砂含水量对地基承载力的影响及地基中应力分布的影响，保持风积砂天然含水量4％不变，设计1.53g/cm³、1.58g/cm³、1.62g/cm³三种干密度工况（表6.2）。铺设工艺与第一类型相同。

表6.2 同一含水量下不同干密度工况设计

（3）第三种类型

采用毛乌素沙漠地区最常见的地基处理方法———水坠垫层法设计两种工况。

1）水坠法：根据水坠法试验结果，每次虚铺砂土厚度采取30cm，注水至15cm水头高度，待排水至水头高度为零，铺设下一层。

2）水坠加振动密实法（饱和振坠）：每次虚铺砂土厚度30cm，注水至水头高于砂层表面15cm后，使用插入式混凝土振动器振捣，振点布局按梅花形布设，振点平面间距为25cm×25cm，完毕后进行下一层施工。

Ⅳ 机械设备中的静载荷，动载荷应该怎么计算

动载荷计算：

1、物体一般加速度时的动荷问题

惯性力与动静法：做加速度运动物体的惯性力大小等于物体的质量m和加速度a的乘积，方向与a相反。假想在每一具有加速度的运动质点上加上惯性力，则物体（质点系）作用的原力系与惯性力系将组成平衡力系。这样就可以把动力问题形式上作为静力学问题来处理，这就是达朗伯原理。

2、冲击问题

工程上采用偏于保守的能量平衡方程来近似估算被冲击物与受冲击物所受冲击载荷与冲击应力。冲击系统能量平衡方程：

(4)静载荷实验装置图扩展阅读

机械设备可造成碰撞、夹击、剪切、卷入等多种伤害。其主要危险部位如下：

⑴、旋转部件和成切线运动部件间的咬合处，如动力传输皮带和皮带轮、链条和链轮、齿条和齿轮等。

⑵、旋转的轴，包括连接器、心轴、卡盘、丝杠和杆等。

⑶、旋转的凸块和孔处。含有凸块或空洞的旋转部件是很危险的，如风扇叶、凸轮、飞轮等。

⑷、对向旋转部件的咬合处，如齿轮、混合辊等。

⑸、旋转部件和固定部件的咬合处，如辐条手轮或飞轮和机床床身、旋转搅拌机和无防护开口外壳搅拌装置等。

⑹、接近类型，如锻锤的锤体、动力压力机的滑枕等。

⑺、通过类型，如金属刨床的工作台及其床身、剪切机的刀刃等。

⑻、单向滑动部件，如带锯边缘的齿、砂带磨光机的研磨颗粒、凸式运动带等。

⑼、旋转部件与滑动之间，如某些平板印刷机面上的机构、纺织机床等。

Ⅳ 平板载荷试验的基本方法

一、试验仪器设备

载荷测试设备由：①承压板；②加荷装置；③沉降观测装置等部件组成(图2-1)。

1.承压板

承压板是模拟基础传力给地基的设备，为了获得比较准确的地基测试参数，理论上承压板的刚度和尺寸应尽量与基础相近。在实测中，刚度相近比较容易达到，采用刚性大的加筋厚钢板或钢筋混凝土板即可；但承压板尺寸与实际基础相近则难于达到，由于整个地基土的测试面积太大，其上施加的总荷载势必加大，既造成试验设备庞大又使试验条件难以达到。而承压板面积太小，则影响地基土沉降量预测和极限荷载值的准确性。

图2-1 静力平板载荷试验系统

1—承压板；2—量测系统；3—堆载；4—地锚反力系统；5—载荷台；6—混凝土载荷台；7—桁架；8—千斤顶；9—反力拉杆；10—传力柱

国内外对承压板尺寸效应作了大量研究，当承压板面积在一定范围内时，沉降值S随承压板直径D增加而加大，但当承压板直径D过小，则出现沉降值S随D减小而增加的现象。而当承压板直径D大于一定值后，沉降值S随D值增加而加大的趋势变得不明显。处于上述两个明显转折点的承压板直径D值分别为30cm和50cm左右，这也是静力载荷试验中经常选用直径30～50cm承压板的原因。

承压板是平板载荷试验系统中的重要部件，一般为铸钢件。受现场条件限制，承压板也有采用现场混凝土浇筑和预制两种，其底面一般用厚钢板。对承压板的要求是：要有足够的刚度；满足在加荷过程中承压板本身的变形小；而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起的要求，故其形状一般为圆形(也可为方形)。根据经验，土质松软(如：软土、新近沉积土、人工杂填土)或上硬下软的双层地基土，宜采用较大尺寸；土质较硬时，承压板宜选用较小尺寸；对密实粘性土和砂土，承压板面积一般为1000～2500cm²；对一般土，承压板面积多采用2500～5000cm²。

为计算方便，我们给出几种常用不同面积的圆形—方形承压板直径和边长换算值(表2-1)。

2.加荷装置

加荷装置包括：压力源(千斤顶、堆载物)；载荷台架；反力构架等。加荷方式有两种，即：重物静力加荷和液压千斤顶加荷。

重物静力加荷法：在载荷台上放置重物(如钢锭、铅块、建筑砌块等)，以此向地基土加荷载。此法虽显笨重，劳动强度大，但其荷载稳定，常在大荷载测试时采用。

表2-1 圆形—方形承压板直径和边长换算表

液压千斤顶反力加荷法：用液压千斤顶加荷，用地锚系统提供反力，其加荷控制及搬运方便，劳动强度相对较小，但可提供的反力有限，故适于小荷载测试。采用液压千斤顶加荷，必须注意两个问题：①液压千斤顶的行程必须满足地基沉降量的要求，必要时，可采用上、下两个千斤顶重叠放置，以增加液压千斤顶行程，来满足特殊地基沉降量要求；②地锚系统反力要大于最大加荷。由于受力后地锚上拔，设备本身变形，千斤顶漏油和承压板下沉，使试验过程中千斤顶的压力不易稳定，会出现压力减退现象。为保持相对恒压，一般采用千斤顶液压自动伺服系统，以保持压力稳定。

地锚系统、反力构架或载荷台架，其构件和总体组合强度不能过低，应是试验最大荷载1.5～2倍。

3.沉降量测系统

沉降量测系统由千分表(以前多使用指针式千分表，现在一般使用带计算机数据接口的电子千分表，既可以观测，又可以实现数据自动采集)及固定支架或沉降传感器及自动记录仪组成。其量测精度不应低于±0.01mm。

二、试验要点和要求

载荷试验设备重、部件多、试验周期长，因此，要格外注意人身和设备安全。不同类型的仪器都配有其性能和使用说明书，使用前应仔细阅读并要配有专人掌握使用。试验步骤如下：

1.检查仪器及配套件性能

试验前检查仪器设备的性能是否正常；准备好电源、照明和试验用的各种工具。

2.试验点选择

要考虑建筑物需要和地基土的特点以及场地条件，进行试验设计和选用适合的试验方式及其承压板面积。载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬不同选用合适的尺寸：土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于2500cm²；对软土和粒径较大的填土不应小于5000cm²；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用5000cm²；试验点一般应布置在有代表性的地点、二级以上工程建筑物的重要部位、地基土主要持力层及能够发挥地基潜力的关键土层上。每个场地的试验点不宜少于3个，当场地内土体不均时，应适当增加。

3.开挖试坑

浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍；深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板直径。当试井直径大于承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径；当挖至距试验深度15～20cm处预留防扰动保护层，停止快速开挖，用平铲修整至测试深度后，在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平，要求尽快安装试验设备，并减少对土的扰动。

4.安装设备

现以拉锚(杆)式千斤顶加荷静力平板载荷试验系统为例，简要介绍试验系统的安装：

(1)确定建筑场地中的试验点位置，标出试验点的中心位置。要求试验点以2m为半径的场地平整，以便操作和保证有足够和均衡的反力；

(2)按照地锚水平拉杆长度，确定各个地锚安装位置并组织安装。安装地锚时，逐一安装地锚水平拉杆并紧固之。施工时，切忌雨水流入试坑。一般应先架设防雨、防晒帐篷，并在帐篷外挖好排水沟；

(3)按要求开挖试坑、取样；平整坑底并在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平；

(4)用拉线法找出试验中心点，安装承压板(应使承压板轻轻就位，既要水平，又要垂直、居中，最终通过传力柱把试验施加的载荷呈中心荷载方式作用在承压板上)→安装位移传感器→千斤顶→传力柱和拉杆帽→在地锚和传力柱间安装反力拉杆并使之均匀受力→安装电子千分表；

(5)进行试验前的全面检查，确认没有问题后，便可开始试验。

试验须填写原始记录(表2-2)：

表2-2 浅层平板载荷原位试验记录表

(1)加荷方式：载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)。有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉降速率法。加荷等级宜取10～12级，不应少于8级，荷载量测精度不应低于最大荷载的± 1%；

对慢速法，当试验对象为土体时，每级荷载施加后，以间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以后每间隔30min测读一次沉降；当连续两小时每小时沉降量都小于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，可施加下一级荷载。

按照经验，各类土的加荷等级增量，可参考表2-3。

(2)最终荷载的确定：应根据试验目的、设备条件等而定。如：为了确定地基变形参数、比例界限承载力，或因设备条件限制，则在比例界限压力点出现后，再加压2～3级即可终止；又如，在设备条件允许情况下，为确定地基土承载力，最好做到破坏阶段，以求出地基的极限荷载值。

表2-3 各类土加荷等级增量表

(3)终止试验条件：当出现下列现象之一者即可认为地基土达到破坏阶段，并可终止试验：①承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边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。

Ⅵ 浅层平板载荷试验原理步骤

试验仪器设备
载荷测试设备由：①承压板；②加荷装置；③沉降观测装置等部件组成(图2-1)。
1.承压板
承压板是模拟基础传力给地基的设备，为了获得比较准确的地基测试参数，理论上承压板的刚度和尺寸应尽量与基础相近。在实测中，刚度相近比较容易达到，采用刚性大的加筋厚钢板或钢筋混凝土板即可；但承压板尺寸与实际基础相近则难于达到，由于整个地基土的测试面积太大，其上施加的总荷载势必加大，既造成试验设备庞大又使试验条件难以达到。而承压板面积太小，则影响地基土沉降量预测和极限荷载值的准确性。
图2-1 静力平板载荷试验系统
1—承压板；2—量测系统；3—堆载；4—地锚反力系统；5—载荷台；6—混凝土载荷台；7—桁架；8—千斤顶；9—反力拉杆；10—传力柱
国内外对承压板尺寸效应作了大量研究，当承压板面积在一定范围内时，沉降值S随承压板直径D增加而加大，但当承压板直径D过小，则出现沉降值S随D减小而增加的现象。而当承压板直径D大于一定值后，沉降值S随D值增加而加大的趋势变得不明显。处于上述两个明显转折点的承压板直径D值分别为30cm和50cm左右，这也是静力载荷试验中经常选用直径30～50cm承压板的原因。
承压板是平板载荷试验系统中的重要部件，一般为铸钢件。受现场条件限制，承压板也有采用现场混凝土浇筑和预制两种，其底面一般用厚钢板。对承压板的要求是：要有足够的刚度；满足在加荷过程中承压板本身的变形小；而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起的要求，故其形状一般为圆形(也可为方形)。

Ⅶ 静力基桩载荷试验

桩基工程属隐蔽工程，桩基质量直接关系到建筑物安全，出现问题后的加固及处理难度大，因而，桩基检测是桩基工程施工中的一个重要的环节。

基桩检测大致可分为三种方法：

1.直接法

承载力检测包括：单桩竖向抗压(拔)静载试验和单桩水平静载试验。单桩竖向抗压(拔)静载试验，用来确定单桩竖向抗压(拔)极限承载力，判定工程桩竖向抗压(拔)承载力是否满足设计要求，同时可以在桩身或桩底埋设测量应力(应变)传感器，以测定桩侧、桩端阻力；也可以通过埋设位移测量杆，测定桩身各截面位移量。单桩水平静载试验，除用来确定单桩水平临界和极限承载力、判定工程桩水平承载力是否满足设计要求外，还主要用于浅层地基土，求算其水平抗力系数，以便分析工程桩在水平荷载作用下的受力特性；当桩身埋设有应变测量传感器时，也可测量相应荷载作用下的桩身应力，并由此计算桩身弯矩。

2.半直接法

以桩的动态测量为主，在现场原型试验基础上，基于一些理论假设和工程实践经验，并加以综合分析才能最终获得检测项目结果的检测方法。主要包括以下两种：

(1)低应变法。在桩顶面实施低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内做弹性振动，并由此产生应力波的纵向传播；同时利用波动和振动理论对桩身的完整性做出评价的一种检测方法。有：反射波法、机械阻抗法、水电效应法等。

(2)高应变法。通过在桩顶实施重锤敲击，使桩产生的动位移量级接近常规的静载试桩的沉降量级，以便使桩周土阻力充分发挥，通过测量和计算，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求及对桩身完整性做出评价的一种检测方法。有：锤击贯入试桩法、波动方程法和静动法等。其中，波动方程法是我国目前常用的高应变检测方法。但这些方法在某些方面仍有较大的局限性，尚不能完全代替静载试验而作为确定单桩竖向抗压极限承载力的设计依据。

3.间接法

依据直接法已取得的试验成果，结合土的物理力学试验或原位测试数据，通过统计分析，以一定的计算模式给出经验公式或半理论、半经验公式的估算方法。如根据地质勘察资料进行单桩承载力与变形的估算。由于地质条件和环境条件的复杂性，及其对边界条件判断有很大的不确定性，所以，本法只适用于工程初步设计的估算。

一、基桩在静力载荷试验中的典型破坏模式及其标准曲线特征

在桩的静力载荷试验中，在相同的荷载条件下，由于不同的地质条件、施工工艺，可能表现出不同的破坏模式，如：在桩的竖向抗压静力载荷试验中常见到以下几种典型的荷载—位移(Q—S)曲线(图2-14)。它们各自有着不同的含义。

图2-14中的图b、图c桩端持力层为密实度和强度都较高的土层(如密实砂层、卵石层等)，而桩周土为相对软弱土层，此时端阻所占比例大，Q—S曲线曲线呈缓变型，极限荷载下桩端呈整体剪切破坏或局部剪切破坏；图a桩端与桩身为同类型的一般土层，端阻力不大，Q—S曲线呈陡降型，桩端呈刺入冲剪破坏；如软弱土层中的摩擦桩的冲剪破坏，或者端承桩(尤其是长度较大的嵌岩桩)在极限荷载下由于桩身材料强度的破坏或桩身受压弯曲产生的破坏；图d、图e桩端有虚土或沉渣，该部位桩端土的初始强度低，压缩性高，当桩顶荷载达一定值后，桩底部土被压密，强度提高，Q—S曲线呈台阶状；桩身特定缺陷也可表现为双峰型Q—S曲线(如接桩时接头开裂的预制桩、有水平裂缝的灌注桩等在一定试验荷载作用下逐渐闭合)。

图2-14 相同荷载条件、不同的地质条件和施工工艺导致的基桩不同破坏模式和力学特性

Q—单桩桩顶所受竖向荷载值(kN)；S—在竖向荷载作用下，基桩的沉降量(mm)；Z—地表以下深度(m)；Q_su—单桩侧阻极限值(kN)；Q_pu—单桩端阻极限值(kN)

典型的Q—S曲线应具有以下4个特征(图2-15)：

(1)比例界限Q_p(又称第一拐点)，是Q—S曲线上起始的近似直线段终点所对应的荷载；

(2)屈服荷载Q_y，是曲线上曲率最大点所对应的荷载；

(3)极限荷载Q_u，是曲线上某一极限位移S_u所对应的荷载，也称为工程上的极限荷载；

(4)破坏荷载Q_f，是曲线的切线接近平行于S轴时所对应的荷载，是桩基失稳时的荷载。

在竖向拉、拔荷载作用下，常见的单桩破坏形式是沿桩-土界面间的剪切破坏。桩被拔出或者呈复合剪切面破坏，桩的下部沿桩-土界面破坏，而上部靠近地面附近，出现锥形剪切破坏，且锥形土体会同下面土体脱离并与桩身一起上移(图2-22)。当桩身材料抗拉强度不足(或配筋不足)时，也可能出现桩身被拉断现象。不同桩型的竖向抗拔力区别较大，如：为提高抗拔桩的竖向抗拔力，可采用人工扩底或机械扩底等施工方法，在桩端形成扩大头，以发挥桩底部的扩头抗拔阻力等。

水平荷载作用下的单桩，其工作性能主要体现在桩与土的相互作用上，当桩产生水平位移时，促使桩周土也产生相应的变形，产生的土抗力会阻止桩水平变形的进一步发展。在桩受荷初期，由靠近地面的地基土提供土抗力，土的变形处于弹性阶段；随荷载增大，桩水平变形量增加，表层土变形量随之增大，地基土开始出现塑性屈服，土抗力逐渐由深部土层提供，且土体塑性区自上而下逐渐扩大，最大弯矩断面随之下移；当桩本身的截面抗矩无法承担外部荷载产生的弯矩或桩侧土强度时，桩身截面受拉而产生侧开裂(折断)破坏。

图2-15 典型的Q—S曲线及其力学特征点

二、单桩静载荷试验的适用范围

在工程桩正式施工前，在地质条件具有代表性的场地上先施工几根桩进行静载试验，以确定设计参数的合理性和施工工艺的可行性(需要时，也可在桩身埋设测量桩身应力、应变、位移、桩底反力的传感器或位移杆，以测定桩分层侧阻力和端阻力)。若试桩直径和桩长均较大，可采用中、小直径桩模拟大直径桩进行静载荷试验，以减少试验成本。国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)规定：为保证桩基设计的可靠性，除地基基础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来确定单桩竖向承载力特征值外，其他建筑物的单桩竖向承载力特征值均应通过单桩竖向静载荷试验确定，且同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根；为设计提供依据的静载试验应加载至破坏，试验应进行到能判定单桩极限承载力为止。对于以桩身强度控制承载力的端承桩，可按设计要求的加载量进行试验。检测数量在同一条件下不应少于3根，且不宜少于总桩数的1%；当工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。

为确保实际单桩竖向极限承载力标准值达到设计要求，应根据工程重要性、地质条件、设计要求及工程施工情况进行单桩静载荷试验。下列情况之一的桩基工程，应在施工前采用静载试验对工程桩单桩竖向承载力进行检测：

(1)设计等级为甲级、乙级的建筑桩基；

(2)地质条件复杂、施工质量可靠性低的建筑桩基；

(3)本地区采用的新桩型或新工艺。

三、单桩抗压静载荷试验方法

试验方法主要有：压重载荷台静载试验法；锚桩反力静载试验法；Osterberg法(国内称自平衡法，见第九节)。

载荷台静载试验法(图2-16，图2-17)的测试装置主要包括：加荷及反力装置、桩顶沉降观测装置。荷载可由千斤顶、砂包、钢筋混凝土构件、大型水箱、砖、钢锭等压重物提供，千斤顶的反力由锚桩及反力横梁承担，量测桩顶沉降的仪表有千分表或精密水准仪，千分表安装在基准梁上，桩顶则相应设置沉降观测标点。

锚桩横梁反力装置(俗称锚桩法，图2-16)是大直径灌注桩静载试验最常用的加载反力系统，由试桩、锚桩、主梁、次梁、拉杆、锚笼(或挂板)、千斤顶等组成。锚桩、反力梁装置提供的反力不应小于预估最大试验荷载的1.2～1.5倍。当采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不得少于4根；当试验加载值较大时，有时需要6根甚至更多的锚桩。具体锚桩数量要通过验算各锚桩的抗拔力来确定。锚桩的具体布置形式既要考虑现有试验设备能力，也要考虑锚桩的抗拔力。

图2-16 单桩抗压静力载荷试验

当采用堆载时应遵守以下规定：

(1)堆载加于地基的压应力，不宜超过地基承载力特征值；

(2)堆载的限值可根据其对试桩和对基准桩的影响确定；

(3)堆载量大时，宜利用桩(可利用工程桩)作为堆载的支点；

(4)试验反力装置的最大抗拔或承重能力，应满足试验加载的要求。

当试桩的最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可采用锚桩压重联合反力装置，在主梁和副梁上堆重或悬挂一定重物，由锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力，以满足试验荷载要求。还可采用其他形式的反力装置，如适用于较小直径试桩的地锚反力装置。采用地锚反力装置应注意基准桩、锚杆、试验桩之间的间距应符合规范规定(表2-10)；对岩面浅的嵌岩桩，可利用岩锚提供反力；对于静压桩工程，可利用静力压桩机的自重作为反力进行静载试验，但不能直接利用静力压桩机的加载装置，而应架设合适的主梁，采用千斤顶加载，基准桩的设置应符合规范。

图2-17 国内、外单桩抗压静力载荷试验现场工作图

表2-10 试桩、锚桩(或压重平台支墩边)和基准桩之间的中心距离

注：1.D为试桩、锚桩或地锚的设计直径或边宽，取其较大者；2.如试桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时，试桩与锚桩的中心距不应小于2倍扩大端直径；3.括号内数值可用于工程桩验收检测时，多排桩设计桩中心距离小于4D的情况；4.软土场地压重平台堆载重量较大时，宜增加支墩边与基准桩中心和试桩中心之间的距离、观测基准桩的竖向位移。

沉降测量宜采用位移传感器或大量程千分表，对于机械式大量程(50mm)千分表，全程示值误差和回程误差分别应不超过40 μm和8 μm，相当于满量程测量误差不大于0.1%FS，分辨力优于或等于0.01mm。

试验过程中，桩头部位往往承受较高的竖向荷载和偏心荷载，为保证不因桩头破坏而终止试验，一般应对桩头进行处理。其处理方法及解决方法是：

对预制方桩和预应力管桩，如果未进行截桩处理、桩头质量正常且单桩设计承载力合理时，可不进行处理；对预应力管桩、尤其是进行了截桩处理的预应力管桩，可采用桩头向下填芯处理，填芯高度一般为1～2m，也可在填芯时放置钢筋(笼)，以增加桩头强度；填芯用的混凝土宜按C25～C30配制。

图2-18 桩帽结构示意图

还可以制作钢卡箍或用钢筋混凝土桩帽，套在桩头上进行保护。桩帽(图2-18)制作使用的具体方法如下：

混凝土桩桩头处理：应先凿掉桩顶部的松散破碎层和低强度混凝土，露出主筋后，冲洗干净桩头再浇注桩帽，并应符合下列规定：.

(1)桩帽顶面应水平、平整，桩帽中轴线与原桩身上部的中轴线严格对中，桩帽面积应大于或等于原桩身截面积，桩帽截面形状可为圆形或方形；

(2)桩帽主筋应全部直通至桩帽混凝土保护层之下，如原桩身露出主筋长度不够时，应通过焊接加长主筋；各主筋应在同一高度上，桩帽主筋应与原桩身主筋按规定焊接；

(3)距桩顶1倍桩径范围内，宜用3～5mm厚的钢板围裹，或距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于150mm。桩帽应设置水平钢筋网片3～5层，间距80～150mm。以增加其整体强度；

(4)桩帽混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级，且不得低于C30。

单桩静载荷试验开始时间的规定：预制桩打入地基后，如为砂土，需7d后进行；如为粘性土，需视土的强度恢复情况而定，一般不得少于15d；对于饱和软粘性土，不得少于25d；灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。

四、单桩静力载荷试验过程及其成果

在所有试验设备安装完毕之后，应进行一次全面检查。先对试桩施加一较小的荷载进行预压，目的是消除整个量测系统和被检桩本身由于安装、桩头处理等人为因素造成的间隙而引起的非桩身沉降；排除千斤顶和管路中之空气；检查管路接头、阀门等是否漏液等。一切正常后再卸载归零，待千分表读数稳定后记录千分表初始读数并做记录，便可开始进行正式加载试验。

桩的静载试验一般采用维持荷载法。我国静载试验的传统做法是采用慢速维持荷载法，但在工程桩验收检测中，也允许采用快速维持荷载法。1985年ISSMFE(International Society for Soil Mechanics and Foundation Engineering，国际土壤力学与基础工程学会)根据世界各国的静载试验有关规定，在推荐的试验方法中，建议快速维持荷载法加载为每小时一级，稳定标准为0.1mm/20min。常用试验记录表格见表2-11。根据所进行的测试内容不同(抗压、抗拉、水平载荷试验)，规范也对维持荷载法的具体方法作了相应规定。

下面介绍几种常见的单桩抗压静载荷承载力试验方法。

单桩抗压静载荷承载力试验方法：

(1)慢速维持荷载法：具体做法是，按一定要求将荷载分级加到试桩上，每级荷载维持不变直到桩顶下沉量达到某一规定的相对稳定标准(每小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现2次)，然后继续加下一级荷载。当达到规定的终止试验条件时，停止加荷，再分级卸荷直到零载，试验周期3～7d。

表2-11 单桩抗压静载荷试验记录表

(2)快速维持荷载法：试验加载不要求每级的下沉量达到相对稳定，而以等时间间隔、连续加载。终止加载条件为：出现可判定极限荷载的陡降段或桩顶产生不停下沉，无法继续加载。

(3)等贯入速率法：试验以保持桩顶等速贯入土中，连续加载，按荷载-下沉量曲线确定极限荷载。

(4)循环加载卸载试验法：有的在慢速维持荷载中，在部分荷载区间进行加载卸载循环，有的在每一级荷载达到稳定后，重复加载卸载循环；也有以快速维持荷载法为基础对每一级荷载进行重复加载卸载循环。

1.慢速维持荷载法

按下列规定进行加载卸载和竖向变形观测：

(1)加载分级：加载应该分级进行，采用逐级等量加载。分级荷载量宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。修订后的《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)规定加载分级不应小于8级。分级荷载宜为预估极限承载力的1/8～1/10；《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—94)规定，分级荷载为预估极限承载力的1/10～1/15。显然，不同规范、不同行业标准对分级荷载的取值规定是不同的。

其他的特殊规定和要求：①桩底支承在坚硬岩(土)层上，桩的沉降量很小时，最大加载量不应小于设计荷载的2倍。②湿陷性黄土地区单桩竖向承载力静载荷浸水试验的加载有着特殊要求：

在进行单桩竖向承载力静载荷浸水试验加荷前，应确认该地基是否充分浸水。要求加载前和加载至单桩竖向承载力的预估值后，向试坑内昼夜浸水，以使桩身周围和桩底端持力层内的土均达到饱和状态。否则，单桩竖向静载荷试验测得的承载力偏大，且不安全。

(2)变形观测：每级加载后，间隔5min、10min、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，并记录桩身外露部分裂缝开裂情况。

(3)卸载观测：每级卸载值为加载值的2倍。卸载时，每级荷载维持1h，按第15min、30min、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载；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15min、30min，以后每隔30min测读一次。

(4)变形相对稳定标准：连续2h每小时内的变形值都不超过0.1mm，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

(5)终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：①当荷载—沉降(Q—S)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；②用快速法时，在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍；③用慢速法时，在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍(即：ΔS_n+1/ΔS_n≥2；ΔS_n为第n级荷载的沉降增量；ΔS_n+1为第n+1级荷载的沉降增量)且经24h尚未达到稳定；④已达到反力装置的最大加载量；⑤已达到设计要求的最大加载量；⑥当荷载—沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm，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。非嵌岩的长(超长)桩和大直径(扩底)桩的Q—S曲线，一般呈缓变型。由于非嵌岩的长(超长)桩的长细比大、桩身较柔，弹性压缩量大，桩顶沉降较大时，桩端位移还很小；而大直径(扩底)桩虽桩端位移较大，但尚不足以使端阻力充分发挥，在桩顶沉降达到40mm时，桩端阻力一般不能充分发挥。国际上普遍认为：当沉降量达到桩径的10%时，才可能达到破坏荷载；⑦当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值；⑧ 桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍时。

2.快速维持荷载法

按下列规定进行观测：

(1)每级荷载施加后，按第5min、15min、30min测读桩顶沉降量，以后每隔15min测读一次；

(2)试桩沉降相对稳定标准：加载时每级荷载维持时间不少于1h，最后以15min时间间隔的桩顶沉降增量小于相邻15min时间间隔的桩顶沉降增量；

(3)当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；

(4)卸载时，每级荷载维持15min，在第5min、15min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，测读时间为第5min、10min、15min、30min，以后每隔30min测读一次，总维持时间为2h。

五、单桩竖向极限承载力确定方法

(1)作荷载—沉降(Q—S)曲线、S—lgt曲线和其他辅助分析所需的曲线；

(2)当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值为单桩竖向极限承载力；

(3)如果在某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准，单桩竖向抗压极限承载力值取前一级荷载值；

(4)Q—S曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量S=40mm所对应的荷载值为单桩竖向极限承载力，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。根据沉降量确定极限承载力的基本原则是，尽可能挖掘桩的极限承载力而又保证有足够的安全储备。对直径D大于或等于800mm的桩，可取Q—S曲线上S=0.05 D对应的荷载值；

(5)单桩竖向抗压极限承载力，取S—lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值；

(6)如果因为已达加载反力装置或设计要求的最大加载量，或锚桩上拔量已超出允许值而终止加载时，若桩的总沉降量不大，桩的竖向抗压极限承载力取值为不小于实际最大试验荷载值；

(7)参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值作为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，并结合工程具体情况，确定极限承载力(对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，取最小值)；

(8)以外推法求桩的竖向抗压极限承载力：在许多情况下，桩的静载试验加载往往达不到极限荷载而终止试验；对工程桩的试验也不允许将桩压至极限破坏状态，这给判定桩的极限承载力造成一定困难。根据研究和大量经验对比，已经建立了一些拟合数学模型和应用实测Q—S曲线的作图方法，用来推测终止试验后的Q—S曲线，并确定桩的极限承载力。

1.作图法

在Q—S曲线段上，选取曲率变化较大的一段曲线，在该曲线段两侧取两点(如图2-19中M₁，M₆)，把这2点对应的桩顶沉降等分成若干相等的沉降量ΔS(一般不少于四等分)，过各等分点作Q轴平行线与Q— S曲线相交得点M₂、M₃、M₄……，过上述各交点作S轴的平行线与Q轴相交，得P₁、P₂、P₃、P₄……，过上述各点作与Q轴成45 度的斜线P₁A、P₂B、P₃C、P₄D……，P₁A 与 M₂P₂的上延长线交于A点、P₂B与M₃P₃的上延长线交于B点、P₃C与M₄P₄的上延长线交于C点……，作一条过上述各点的直线AG，上述各点大致落在一条直线上，该直线与Q轴的交点F对应的Q值，即为单桩竖向抗压极限承载值Q_u，如图2-19所示。

图2-19 作图法求单桩竖向抗压极限承载值Q_u

2.双曲线法

双曲线法又称斜率倒数法。假设桩的静载试验Q—S曲线为一双曲线，其方程可写成：

土体原位测试与工程勘察

式中：M，C为待定参数。其确定方法是：在Q—S曲线的已知段选取两个点(Q₁，S₁)，(Q₂，S₂)，按式(2-32)、式(2-33)求得待定参数M，C为：

土体原位测试与工程勘察

土体原位测试与工程勘察

3.最小二乘法

用最小二乘法对实测Q—S数据进行拟合，则有：

土体原位测试与工程勘察

土体原位测试与工程勘察

土体原位测试与工程勘察

式中：S_i为桩测点处桩身沉降量(mm)；Q_i为测点处的桩身轴力(kPa)。

在数学意义上，桩的极限承载力值Q_f为：

土体原位测试与工程勘察

工程中，桩的极限承载力值Q_u为：

土体原位测试与工程勘察

也可取沉降量等于40mm所对应的荷载做为桩的极限承载力值：

土体原位测试与工程勘察

4.指数方乘法

假设Q—S曲线为指数曲线时，则有如下的方程式：Q=Q_u(1-e^-αs)，经数学变换后得：

土体原位测试与工程勘察

式中：Q为桩所受轴向静荷载(kPa)；Q_u同上；α为拟合系数，取值详见国家标准 GB/T19496-2004《钻心检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》。

图2-20 用指数方乘法求桩的极限承载力值

S-lg(1-Q/Q_u)为一直线，根据Q_u可能的大概范围，可假设若干个Q_u，再根据静载试验结果(Q_i，S_i)，计算出lg(1-Q/Q_u)，用S-lg(1 Q/Q_u)法可以绘出若干根指数曲线。若Q_u小于真实值时，曲线向上弯曲；若Q_u大于真实值时，曲线向下弯曲。在上弯与下弯曲线之间必可得一根近似直线，对应于该近似直线的Q_u，即为桩的极限荷载(图2-20)。

六、单桩竖向抗压承载力特征值R_a的确定

无论加载速率的快慢，应按参加统计的试桩数取试验值的平均值，并要求其极差不得超过平均值的30%。取此平均值的一半作为单桩竖向抗压承载力特征值R_a。

《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)规定，单桩竖向抗压承载力特征值R_a为单桩竖向抗压极限承载力统计值的1/2(即：单桩竖向抗压极限承载力统计值除以安全系数2)。

七、多年冻土地基单桩竖向静载荷试验

多年冻土中试桩施工后，应待冻土地温恢复正常后再进行载荷试验。试验桩宜经过一个冬期后再进行试验。试桩时间宜选在夏末、冬初，地温出现最高值的一段时间内进行。

单桩静载荷试验视试验条件和试验要求不同，可选用：慢速维持荷载法或快速维持荷载法进行试验：

A.采用慢速维持荷载法时，应符合下列要求：

加载级数不应少于6级，第一级荷载应为预估极限荷载的1/4倍，以后各级荷载可为极限荷载的0.15倍，累计试验荷载不得小于设计荷载的2倍；

在某级荷载作用下，桩在最后24h内的下沉量不大于0.5mm时，应视为下沉已稳定，方可施加下一级荷载；在某级荷载作用下，连续10d达不到稳定时，应视为桩-地基系统已遭破坏，可终止加载；

试验的测读时间，应符合下列规定：

a)沉降：加载前读一次，加载后读一次，此后每2h读一次。在高载下，当桩下沉加快时，观测次数应增加，缩短间隔时间；

b)地温：每24h观测一次。

卸载时的每级荷载值为加载值的两倍。卸载后应立即测读桩的变位，此后每2h测读一次，每级荷载的延续时间为12h，卸载期间应照常观测地温。

B.采用快速维持荷载法时，应符合下列要求：

快速加荷时每级荷载的间隔时间，应视桩周冻土类型和冻土条件确定，一般不得小于24h，且每级荷载的间隔时间应相等；

加载的级数一般不得少于6～7级，荷载级差可采用预估极限荷载的0.15倍。当桩在某级荷载作用下产生迅速下沉时，或桩头总下沉量超过40mm时，即可终止试验；

快速加载时，桩顶下沉和地温的观测要求，应与上述慢速加载时相同。

C.多年冻土地基单桩竖向极限承载力的确定，应符合下列规定：

慢速加载时，破坏荷载的前一级荷载，即为桩的极限荷载；

快速加载时，找出每级荷载下桩的稳定下沉速度(即稳定蠕变速率)，并绘制桩的流变曲线图(图2-21)，曲线延长线与横坐标的交点F应作为桩的极限长期承载力。

图2-21 桩的流变曲线示意图

多年冻土地基单桩竖向静载荷试验设计值的取值，应符合下列规定：

慢速加载时，应按参加统计的试桩数，取试验值的平均值，并要求其极差不得超过平均值的30%，取此平均值的一半作为单桩承载力的设计值。

快速加载时，应按参加统计的试桩数取试验值的平均值，并要求其极差不得超过平均值的30%，取此平均值的一半作为单桩承载力的设计值。

Ⅷ 静载试验是什么

Static Load Testing。是指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。1 试验目的
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）极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，尚可直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。除对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验加载至承载力设计值的1.5-2倍外，其余试桩均应加载至破坏。编辑本段2 试验加载装置
一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件取。 2.1 锚桩横梁反力装置（图C-1）： 锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2-1.5倍。 采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不得少于4根，并应对试验过程锚桩上拔量进行监测。 2.2 压重平台反力装置：压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1.2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀 稳固放置于平台上； 2.3 锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在横梁上放置或悬挂一定重物，由 锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力。 千斤顶平放于试桩中心，当采用2个以上千斤顶加载时，应将千斤顶并联同步工作，并使千斤顶的合力通过试桩中心。编辑本段3 荷载与沉降的量测仪表
荷载可用放置于千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，或采用联于千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。试桩沉降一般采用百分表或电子位移计测量。对于大直径桩应在其2个正交直径方向对称安置4个位移测试仪表，中等和小直径桩径可安置2个或3个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径，固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其他外界因素影响而发生竖向变位。编辑本段4 试桩制作要求
4.1 试桩顶部一般应予加强，可在桩顶配置加密钢筋网2-3层，或以薄钢板圆筒作成加劲箍与桩顶混凝土浇成 一体，用高标号砂浆将桩顶抹平。对于预制桩，若桩顶未破损可不另作处理。 4.2 为安置沉降测点和仪表，试桩顶部露出试坑地面的高度不宜小于600mm，试坑地面宜与桩承台底设计标 高一致。 4.3 试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。为缩短试桩养护时间，混凝土强度等级可适当提高，或 掺入早强剂。 4.4 从成桩到开始试验的间歇时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，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。编辑本段5 试验加载方式
采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔一小时加一级荷载。编辑本段6 加卸载与沉降观测
6.1 加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/10-1/15，第一级可按2倍分级荷载加荷； 6.2 沉降观测：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； 6.3 沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过0.1mm,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。 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）某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍； （2）某级荷载作用下，桩的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； （3）已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。 6.5 卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次 后，隔30min再读一次,即可卸下一级荷载，全部卸载后隔3-4h再读一次。编辑本段7 试验报告内容及资料整理
7.1 确定单桩竖向极限承载力:一般应绘Q-s,s-lgt曲线，以及其他辅助分析所需曲线： 7.2 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和绘制桩身轴力分布、侧阻力分 布、桩端-阻力荷载、桩端阻力-沉降关系等曲线； 7.3 按第C.0.10条和第C.0.11条确定单桩竖向极限承载力标准值。编辑本段8 单桩竖向极限承载力的分析确定
8.1 根据沉降随荷载的变化特征确定极限承载力：对于陡降型Q-s曲线取Q-s曲线发生明显陡降的起始点； 8.2根据沉降量确定极限承载力：对于缓变型Q-s曲线一般可取s=40-60mm对应的荷载,对于大直径桩可取 s=0.03-0.06D(D为桩端直径,大桩径取低值,小桩径取高值)所对应的荷载值；对于细长桩（l/d＞80）可取 s=60-80mm对应的荷载； 8.3 根据沉降随时间的变化特征确定极限承载力，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

Ⅸ 桩基奥氏法静载荷试验

(Osterberg Cell Load Test，简称为“O-Cell试验”)

一、奥氏法静载荷试验简介

随着大直径、超长桩不断被许多大型工程所采用，这类桩的荷载试验所需的费用和周期都急剧增加。对高承载力(＞10000kN)桩，载荷试验方法，是将千斤顶放置在桩的底部，千斤顶的作用是，在向上顶起桩身的同时，也向下挤压桩端土，使形成的桩的摩阻力和端阻力互为反力，可测得一条与桩顶施加荷载反方向的荷载—位移曲线，通过适当换算后得到相当于桩顶加荷的承载力和位移关系的Q—S曲线，这样就解决了大吨位桩竖向承载力现场试验问题，它既有利于指导设计，还可以解决受场地和设备条件限制无法进行大型、超大型单桩竖向承载力原位试验问题。

这种方法在国外被冠名为Osterberg试桩法，在国内有叫做自平衡试桩。

Osterberg法已成功地应用到钻孔桩、壁板桩、打入式钢管桩及预制混凝土桩等桩型中，最大可提供多达220 MN的试验载荷，测试深度达100m以上，桩径可达3m。

二、Osterberg试桩法的试验装置

试验装置的主要设备是经特别设计的液压千斤顶式的荷载箱(也称为压力单元)。根据测试目的不同，荷载箱既可以安置到桩底，也可安置到桩的中间部位。荷载箱可回收，也可是一次性的。可回收的荷载箱一般放置在空心预制桩离桩底不远的内部，用一对精细加工的卡口，事先浇筑、固定在试验桩内部桩端。试验时，将荷载箱放到卡口的位置，顺时针旋转90°将荷载箱锁住；试验后，再逆时针旋转90°将其卸下供重复使用。

现以钢管打入桩为例，说明Osterberg试桩法的试验装置。

图2-29为荷载箱被焊于钢管桩的底端，荷载箱由活塞、顶盖、箱壁三部分组成。箱壁由较厚的钢板制成，其外径与桩的外径相同，活塞底的承压板外径略大于桩外径。顶盖与活塞均用钢材制成，顶盖呈漏斗状，漏斗口内有螺纹以安装输压竖管；活塞顶面有锥形孔，孔内有螺纹与测位移的芯棒连接。当荷载箱随桩打入设计标高后，将输压竖管与荷载箱顶盖拧紧连接，再在输压竖管中插入芯棒与千斤顶活塞拧紧连接。芯棒的外径小于输压竖管的内径，以便从输压竖管和芯棒的间隙中为千斤顶输油。输压竖管的顶部装有密封圈来定位芯棒和密封油路，密封圈应不影响芯棒上下自由位移。试验时，油压通过液压输入口后经输压竖管与芯棒之间的环状空隙传至荷载箱内，随着压力增大，活塞与顶盖被推开，推动桩体向上移动和通过承压板压缩桩端土；此时，桩侧阻力与桩端阻力随之发挥作用。用输油压力表可控制、监测、换算施加的压力大小。一只千分表支承在基准梁上，与芯棒相连，测量活塞向下的位移；一只千分表与输压竖管相，连测量顶盖向上的位移；另一只千分表与桩顶相连，测量桩顶向上的位移。桩顶向上的位移与桩底向上的位移之差，就是加荷时桩身摩阻力所引起的桩身弹性压缩。

图2-29 Osterberg试验装置示意图

图2-30 灌注桩Osterberg试验示意图

图2-31 Osterberg试验现场(from LOADTEST International Inc)

对于大直径钻孔灌注桩和人工挖孔桩的Osterberg试验法，应首先清孔底、注混凝土浆、找平、使荷载箱能受力均匀；将Osterberg法的荷载箱焊接于钢筋笼底部，做好输压竖管与顶盖、芯棒与活塞之间的连接工作；然后下放至孔底后灌注混凝土，待混凝土强度等级达到设计要求后，进行试桩。

对于预制混凝土打入桩，早期的一般做法是：在桩预制时将输压竖管预埋于桩身中，并将桩底做成平底，预埋一块桩底钢板，然后将桩起吊就位，用4只大螺栓将荷载箱迅速安装于桩底钢板上。近年的做法是：将荷载箱的箱盖直接浇注在桩身底部。Osterberg静载试验现场情况见图2-30、图2-31所示。

三、基本原理

如图2-32所示，常规桩顶加载试验的桩顶荷载P等于桩侧摩阻力F和桩端阻力Q之和，即：P=F+Q(不计试桩前桩身自重W在桩端的反力)。奥氏法通常在桩底端预埋一个荷载箱，试桩时通常采用荷载箱在桩底部产生向上、向下两个方向的荷载P₀，向上的荷载P₀=W+F，向下的荷载为桩身自重与由加载产生的端部反力增量Q之和，即：P₀=W+Q，受力机理和桩顶加载相同。该两种试桩方法的荷载换算如下：

P=F+Q=(P₀-W)+(P₀-W)；P=2(P₀-W) (2-43)

式中：荷载箱加荷量P₀=液压表读数×荷载箱标定常数。

四、试验结果分析

确定单桩极限承载力一般应绘制Q—S_上，Q—S_下曲线和S_上—lgt，S_下—lgt，S_上—lgQ，S_下—lgQ等曲线。

根据位移随荷载的变化特征确定极限承载力对于陡降型Q—S曲线，取Q—S曲线发生明显陡降的起始点；对于缓变形Q—S曲线，按位移值确定极限值，即：极限侧阻Q_u上取S_上=40～60mm 对应的荷载；极限端阻Q_u下取S_下=40～60mm对应的荷载。当S—lgt尾部有明显弯曲时，取其前一级荷载为极限荷载。

图2-32 Osterberg载荷试验原理

分别求出上、下段桩的极限承载力Q_u上和Q_u下，然后考虑桩自重影响，求出单桩竖向抗压极限承载力，如式(2-44)所示：

Q_u=(Q_u上-W)/γ+Q_u下 (2-44)

式中：γ为桩端体土的重度(kN/m³)，对于粘性土、粉土取0.8；对于砂土取0.7；W为荷载箱上部桩的自重(kN)。

五、问题探讨

现行的设计规范，均需由桩顶加载试验所确定的极限承载力，因此，需将O-Cell试验资料进行转换，才能获得与现行规范相应的测试指标。转换建立在下列三个假设基础之上：

(1)桩体向上产生的土体剪切力和顶部加载时桩体向下产生的土体剪切力是相等的；

(2)O-Cell试验加载时桩端支承力变化和顶部加载时完全相同；

(3)桩体为刚性，暂不计其压缩量。

显然，这些假设肯定会对试验结果产生影响：

1.首先是桩身自重问题

传统载荷试验方法不计桩自重的作用，Osterberg试桩法在计算土向下侧摩阻力时，将荷载箱向上顶力减去桩自重W；转换到桩顶加载模式时，为了不计自重影响，还应再次减去这段桩自重。这对中、小力型桩不会有显著的误差，但对自重近千吨的大型桩，显然是不适宜的。

2.端承力、侧摩阻的极限值和变形问题

当侧摩阻力进入极限状态时，土体剪切变形产生的位移量较小——粘性土一般在5～10mm左右，而砂性土则略有增加；而端承力极限状态时的沉降，则多为50～100mm。在某一极限沉降量时，桩侧和桩端承载力不可能同时进入极限状态。为了解决此问题，必须找准平衡点位置，使O-Cell向上及向下加载都达到极限或至少相近，但要找准它是极其困难的。因此，将桩侧和桩端极限承载力之和作为桩顶加载试验的极限承载力，需要进一步探讨。

3.桩身压缩问题

桩顶加载时桩顶沉降量包含了桩身压缩。而Osterberg试桩法不计桩身的压缩量，这是一个较大问题。对大量中、小型桩，桩身压缩量大都为1～3mm；误差尚可接受；但对桩直径2m以上、长达百余米的大型桩，其桩身压缩量随荷载增加而增大，实测的桩身压缩量常达20～30mm。因此，桩体为刚性、暂不计压缩量这条假设亟需修正。

国内试桩规范有的取40mm桩顶沉降量作为试桩终止加荷载判据或极限荷载选取标准，这对桩身压缩量达20～30mm的大型桩是不适合的，应以加载曲线出现拐点作为判断标准为宜。若在无明显拐点时，可考虑选用国内现有的规范所建议的3%～5%D(桩径)的沉降标准。

4.载荷试验后对试验桩的补强处理

工程桩在进行承载力自平衡法深层载荷试验后，试验将会使桩端载荷箱部位与持力层之间形成一个小的缝隙，该缝隙对桩的承载能力有一定影响。为了消除这种不良影响，应采取如下两种办法处理，以使试验桩的竖向承载力能达到原设计指标：

(1)利用位移棒护管(图2-32)，直接用M₁₀高强度水泥浆对试桩桩底进行注浆补强处理，使试验产生的缝隙用高强度水泥浆充实，并对载荷箱起到防止渗水锈蚀作用；

(2)试验桩施工时应将试验桩的桩端直径适当放大，以抵消试验部位对桩端阻力的影响。

Ⅹ 急等，复合地基检测中单桩静载试验和复合地基载荷试验之间的比例如何确定

每种试验各做总桩数的0.5%，且均不能少于3个，就可以了，比例多少无所谓。

cfg桩检测需要进行单桩承载力和复合地基承载力的抽样检测，一般采用静载试验。单桩是为了检测施工的单根桩的质量和承载力是否达到设计要求，复合地基承载力是为了检测施工后的整合地基的承载力是否满足设计要求和上部荷载的要求。

桩和桩间土及垫层一起测，它一般采用用二桩、三桩、四桩的都有，主要是载荷板大小要求不同，它是目前最直接和准确的检验复合地基承力手段。因为复合地基才是直接承受上部荷载的实体。

(10)静载荷实验装置图扩展阅读：

单桩静载试验注意事项

（1） 在试验设备、仪器仪表的运输过程中应确保其不损伤，以保证现场测试数据的准确无误。

（2） 现场吊装安置加载设备时，应采取必要的安全措施，保证设备的安放位置正确和人员设备的安全。

（3） 反力架的安装和焊接要牢固可靠，对于不符合要求的反力装置不能进行正式试验加载工作

（4） 反力钢梁在试验中严禁超载，以免发生人员和仪器损坏。

（5） 试验现场必须搭起能防雨、遮阳的临时帐篷或设施，以保护仪器设备。

（6） 高压油泵等仪器设备应按照就近、方便、安全的原则安放。

（7） 测试现场所接电源必须符合临时架设电源线路的要求，禁止乱扯电源、电线，防止漏电、触电等事故发生。