桩基基本知识
静载检测
二、按承载方法对土层的影响分类
不同成桩方法对周围土层的扰动程度不同, 直接影响到桩承载能力的发挥和计算参数的 选用。
一般按成桩方法可分为: 1、非挤土桩 2、部分挤土桩 3、挤土桩
按桩的承载性状(荷载传递方式)可分为 摩擦型桩和端承型桩。
(1)摩擦型桩
指桩顶荷载全部或主要有桩侧摩阻力承担。根据侧摩阻力分担外荷载的比例,又可分为纯摩擦桩和端承摩擦桩。
• 纯摩擦桩:桩端无较坚硬持力层,全部由侧摩阻力承担上部荷载。(长细比较大)。
• 端承摩擦桩:桩端有较坚硬持力层,由侧摩阻力和桩端阻力承担上部荷载,其中桩端阻力占的比例较小。
(2)端承型桩
指桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承担。根据桩端阻力发挥的程度和分担外荷载的比例,又可分为纯端承桩和摩擦端承桩。
纯端承桩:桩端有坚硬的持力层,全部由端阻力承担上部荷载。(长细比小于10)。 摩擦端承桩:由桩端阻力和侧摩阻力承担上部荷载,其中桩端阻力起主要作用,侧摩阻力占的比例较小。
注:无论是端承摩擦桩还是摩擦端承桩,其端阻和侧阻分担荷载的大小均与桩径、桩长、桩周土层情况和持力层刚度有关。
2、抗拔桩
主要用来承受竖向上拔荷载,如船坞抗浮力桩基、送电线路塔桩基、高层建筑附属地下车库桩基以及污水处理建筑物桩基等等,其外部上拔荷载主要有桩侧摩阻力承担。
3、水平受荷桩
主要用来承担水平方向传来的外部荷载,如承受地震或风所产生的水平荷载。港口码头工程用的板桩、基坑支护中的护坡桩等。其桩身刚度大小是其抵抗弯矩力的总要保证。
五、按桩的直径大小分类
• 大直径桩:桩径D ≥800mm
• 中等直径桩:桩径250mm
一、术 语
• 2、基桩
• 桩基础中的单桩
2、地基承载力特征值
由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线 性变形阶段内规定的变形所对应的压力 值,其最大值为比例界限值。
3、静载试验
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。
单桩竖向抗压静载试验
• 采用接近于抗压桩实际工作条件的试验方法,荷载作用于桩顶,桩顶产生的位移(沉降),可得到单根试桩Q~S曲线,还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线,当桩身中埋设量测元件时,还可以直接测得个土层 的极限摩阻力和端承力。
二、目的要求
1、 试桩目的
(一)用试验方法来确定在一定土层条件下的桩的承载力,为设计或修改设计提供依据;积累资料为编制地方性桩基规程提供依据;
(二)为打桩施工提供控制贯入度或其它类型桩施工提供施工参数;
(三)为新型桩的设计或新的桩基施工方法提供试
1
• •
验验证依据;
(四)检验已施工桩基础的施工质量。
(四)桩身强度及休止时间
a、预制桩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,待桩身与土体的结合基本趋于稳定,才能进行试验。
b、就地灌注桩应在桩身混凝土强度达到设计等级的前提下,对砂类土不少于10d;对一般粘性土不少于20d;对淤泥或淤泥质土不少于30d,才能进行试验。
• 检测开始时间应符合下列规定:
• 当采用低应变法或声波透射法检测时,受检桩混凝土强度不得低于设计强度的70%,且不小于15MPa;
• 当采用钻芯法检测时,受检桩的混凝土龄期达到28d或同条件养护的预留试块强度达到设计强度;
• 承载力检测前的休止时间除应达到本条第2款规定的桩身混凝土强度外,当无成熟的地区经验时,尚不应少于表3.2.5规定的时间。
(五)试桩选择
同一条件下不应少于3根;当预计工程桩总数小于 50根时,不应少于2根。
一、桩的受力机理
1、当竖向荷载开始逐步施加桩顶时,桩 身上部首先受到压缩而产生相对于土的 向下位移。这时,桩侧表面开始受到土 的向上摩阻力。
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2、桩顶荷载在沿着桩身向下传递的过程中必 须不断地克服这种摩阻力,因此桩身的轴向 力随着深度增大而减少。
3、荷载逐渐增大,随着桩身位移的增大,侧 摩阻力逐渐发挥出来,直到桩身位移量增大 到一定数值,桩侧摩阻力达到极限值,这时 若桩身进一步下沉,则在桩与周围土之间将 产生相对滑动,侧摩阻力不再增大,甚至稍 有降低。
4、由于桩身压缩量的累积,桩身各断面的位 移量是不相等的,在位移最大的顶部,摩阻 力首先达到极限值,随着荷载的增加,下部 桩身的侧摩阻力也逐渐增大,桩底土受到压 缩而产生桩端承载力,由于桩端土受到压 缩,增加了桩土相对位移,从而使摩阻力进 一步得到发挥。
5、随着荷载的增加,桩端阻力逐渐增大,当桩身侧 摩阻力全部达到极限值以后,再增加的荷载将全部 由桩端阻力平衡。
6、荷载进一步增加,桩端持力层土的大量压缩,位 移迅速增大,直至最后塑性挤出,桩就进入破坏阶 段,桩端阻力达到极限,桩也达极限承载力。这时 作用与桩顶的荷载就是桩的极限荷载。
从桩的受力机理以致达极限值的过程分析,一个理 想的完整的试桩曲线可分为四个阶段:
第一阶段以桩身压缩并产生侧摩阻力,桩端阻力未 产生;
第二阶段桩身不断下沉,侧摩阻力不断加大至极限, 端土逐渐压密,处弹性压密状态端阻力不断加大; 第三阶段侧摩阻力至极限不再增大,端阻力加大端土
剪切变形发展逐步形成塑性区; 第四阶段为端土塑性区形成,端土挤出,下沉急剧。 第二、三阶段的交点一般称第一拐点,第三、四阶段
的交点一般称第二拐点。
桩的受力机理Q~S曲线形式表示
Qp比例界限荷载 Qy屈服荷载
Qu工程上的极限荷载 Qf 破坏荷载
⑴桩身压缩,产生侧摩阻力,无端阻
⑵桩不断下沉,侧摩阻力不断增大至极限,桩端土 压缩,产生端阻
⑶桩端阻力达到极限
⑷桩进入破坏阶段,桩土挤出,位移迅速增大
Q~S曲线反应了桩的受力、变形及破坏特征,是破 坏模式与破坏特征的宏观反应,也是桩土体系的荷 载传递,侧摩阻力和桩端阻力发挥性状的综合反应。
根据Q~S曲线的形状特点,桩达极限状态的 情况可分为“陡降型”与“缓变型”两类:
“陡降型”的有明显的第二拐点,破坏特征是承 载力控制;
“缓变型”的无第二拐点,渐进的下沉量增大到 必须控制的程度,其破坏特征是沉降量控制。
静载试验所得荷载-沉降Q~S曲线的形态随桩侧和桩端土层的分布与性质、成桩工艺、桩的形状和尺寸(桩径、桩长及其比值)等诸多因素而变化,一般情况如下:
(一)打入式预制桩
打入式钢筋混凝土预制桩,其施工条件使桩周与桩 端土受挤密,使桩的摩阻力与端阻力能共同协调的 发挥作用,根据桩长与地基土的工程地质条件不 同,其Q~S曲线如图1所示 。
曲线1对应桩身较短及桩端土层较松时情况; 由线2对应桩身较短及桩端土较密的情况; 曲线3对应桩身较长及桩端土层较松的情况。 Q~S曲线以第一拐点及第二拐点而分为三段:
(1)第一拐点前的第一线段基本上保持直线,摩阻
3
力与端阻力均处于弹性变形阶段,一般摩阻力起主
要作用。
(2)第一拐点与第二拐点间的第二线段呈双曲线 形,桩侧摩阻力达到极限,桩尖阻力从线性变形阶 段向弹塑性变形阶段发展。 (3)第二拐点后的曲线为第三线段,曲线呈直线形 向下或下偏右发展。此时桩端阻力也进入极限状态。
如桩尖土层较密时,土层较快形成塑性区向 两侧挤出移动而沉降突然加大,使桩进入破 坏状态,如曲线2所示。
如桩尖土层较松时,土壤须经一阶段压密 后,才能形成塑性区移动,而此压密阶段导 致桩身的下沉量过大,超过控制值而达桩破 坏状态,如曲线1、曲线3所示。
(二)沉管灌注桩
沉管灌注桩在施工中,由于尖瓣空隙进土及 桩尖处混凝土振捣不实,因此在桩受力初 期,近似摩擦桩受力状态,桩端受力较小, 其Q~S曲线如图2曲线1所示。
摩阻力渐达到极限状态,桩尖虚土逐渐压实,Q~S 曲线向下斜度(△S/ △Q )加大;至虚土被完全压 实后,Q~S曲线达反弯拐点,桩尖土层的端阻力协 调发挥作用;当继续增加荷载时,Q~S曲线呈现斜 度变小,以后似预制桩一样发展。当桩身出现断条 情况时,则如曲线3所示变化。当采用预制桩尖时, 则Q~S曲线如曲线2所示,与预制桩相似。
(三)钻孔灌注桩
钻孔灌注桩根据土层的地质特性与施工 中虚土存在与处理程度的不同,其Q~S 曲线如图3所示。
图中曲线3为桩尖无虚土,或虚土经很好 处理的情况,桩的摩阻力与端阻力从受 力开始就能协调一致的工作,它类似于 预制桩的情况。
曲线1为桩端部虚土甚厚的情况,因此桩
的承载几乎完全靠摩阻力,他类似于桩 端土层很软的摩擦桩情况。
曲线2为多数钻孔灌注桩的情况,其第一 拐点与第二拐点间有时出现反弯拐点而 第一拐点与反弯点间的沉降量差值取决 于桩尖部虚土厚度与处理的程度。
提高钻孔灌注桩质量主要是从设计与施 工两方面尽量使其Q~S曲线不出现反弯 拐点,并向曲线3靠近,要避免出现曲线 1的情况。
• 基准梁
• 基准梁和基准桩问题是实际试验中看似简单但又容易忽视的问题,实际试验中,应避免一些违反规范要求的做法,如简单的将基准梁放置在地面上,或者不打基准桩而架设在沙袋或红砖上;基准桩打得不够深、不稳;基准梁长度不符合规范要求;基准梁的刚度不够,产生较大的挠曲变形;未采取有效措施防止外界因素对基准梁的影响。宜采用工字钢作基准梁,高跨比不宜小于1/40,大吨位静载试验影响范围较大,要求采用较长和刚度较大的基准梁。
基准梁的一端应固定在基准桩上,另一端应简支于基准桩上,以减少温度变化引起的基准梁挠曲变形,在满足规范规定的条件下,基准桩不宜过长,并应采取有效遮挡措施,以减少温度变化和刮风下雨、振动及其他外界因素的影响,尤其在昼夜温差较大且白天有阳光照射时更应注意。
二、试桩桩头处理
(一)试桩桩头标高:试桩桩头四周土面高度应采 取桩基承台梁底面标高。桩头标高宜高出土面 500mm以上,以便对桩头进行加固处理及进行桩基 沉降量测试。对于挖孔桩及预制桩等不需桩头加固 的桩,桩头露出地面可减至200mm。
(二)试桩桩头处理:对于现场灌注的桩宜在桩头 用钢板箍或8铁丝进行绑扎加固。将桩头的钢筋截断 或弯折,然后在上面抹1:2早强水泥砂浆,厚度超 出钢筋端(侧)面10mm。初凝后,表面铺筛过的 砂子20mm厚,然后可放置压桩千斤顶。
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1、慢速试桩法 a、加载时观测时间:每次加载后的第一小时内在5、 15、30、45、60分钟各测记沉降量一次,以后 每隔半小时观测一次,当试桩达到相对稳定标准 时,可进行下一级加载。
b、沉降相对稳定标准,每一小时的沉降量不超过 0.1mm,对砂类土中的桩可放宽到半小时沉降不超 过0.1mm,并连续出现两次。
c、卸载时观测时间:卸载后15、30、60测记三 次,即可卸下一级荷载。全部卸载后,隔3~4小时 在测续一次。
(四)终止加荷条件
当出现下列情况之一时,即可终止加荷:
1、在总沉降量大于40mm后,试验出现明显陡降: 在某级荷载作用下,桩的沉降增量为前一级荷载作 用下沉降量的3倍(砂类土)与5倍(粘性土)。 2、桩顶总沉降量大于10%D(D为桩底径),且继 续加载2级无明显陡降。 3、锚桩锚筋较多拉断或锚桩上拔量大于极限值:直 桩10mm;扩底桩15mm。
单桩垂直静载试验的记录表如表9所示。
终止加荷
• 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,且桩顶总沉降量超过40mm; • 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;
• 已达到设计要求的最大加载值;
• 当工程桩作锚桩时,锚桩上拔量已达到允许值且桩顶沉降达到相对稳定标准;
• 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80mm。
按参加统计的试桩数,取极限承载力的试验平均值,并要
求其极差不超过平均值的30%。对于柱下柱数为3根及3根以
下的桩,取最小值。