成桩的质量检验有两类基本方法,一类是静载载荷试验法,另一类为动测法。
静载试验的目的,是采用接近于桩的实际工作条件,通过静载加压,确定单桩的极限承载力,作为设计依据,或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。
桩的静载试验,是模拟实际荷载情况,通过静载加压,得出一系列关系曲线,综合评定确定其容许承载力,它能较好地反映单桩的实际承载力。荷载试验有多种,通常采用的是单桩竖向抗压静载试验、单桩、竖向抗拔静载试验和单桩水平静载试验。
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7d;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。就地灌筑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。在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的 %,且不应少于3根,工程总桩数在50根以内时不应少于2根。
1.单桩竖向抗压静载试验法
单桩竖向抗压静载试验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采取下列方法:
(1)锚桩横梁反力装置
由4根锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成(下图)。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。
图:锚桩横梁静载试验装置
1-锚桩(4根);2-锚筋;3-主梁(钢横梁或倒置钢桁架);4-次梁;
5-厚钢板;6-硬木包钢皮;7-油压千斤顶;8-百分表;9-基准桩;
10-基准梁(一端固定,一端可水平移动);11-试验桩
(2)压重平台反力装置
由支墩(或垫木)、钢横梁、钢锭、油压千斤顶及测量仪表等组成(下图)。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,并均匀稳固的放置于平台上。
图: 压重平台静载试验装置
1-支墩;2-钢横梁;3-钢锭;4-油压千斤顶;
5-百分表;6-试验桩;7-垫木;8-钢架或厚钢板
(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压的反力。
千斤顶平放于桩中心,当采用2个以上千斤顶加载时,应将千斤顶并联同步工作,使千斤顶的合力通过试桩中心。
为了避免加荷过程中的相互影响,锚桩(压重平台、支墩);基准木桩与试桩之间的中心距离应符合下表的要求。
试压时,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核算荷载。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个正交直线方向对称安置4个位移测试仪表,中等和小直径桩桩径可安置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,在构造上应确保当受到气温、振动及其他外界因素的影响时不会发生竖向变位。
载荷试验时,对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;其余试桩均应加载至破坏。桩静荷载试验的最大设计荷载,不应小于由静力计算得出的单桩设计承载力的2倍。
2.单桩的静载荷试验要点
(1)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1h加一级荷载。
(2)荷载分级
试验时加载分级不应小于8级,每级荷载值为宜为预估极限荷载的1/8~1/10,第一级的加荷值可按2倍分级荷载加荷。
(3)测读桩沉降量的间隔时间
在加每级加载后,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。
(4)稳定标准
在每级荷载作用下,桩的沉降量在每1h内的沉降不超过0.1mm时,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。
(5)终止加荷的条件
1)当荷载-沉降(Q-s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段,且桩顶沉降量超过40mm。
2),且经24h尚未达到稳定。
3)25m以上的非嵌岩桩,Q-s曲线呈缓变型时,桩顶总沉降量大于60~80mm。
4)在特殊条件下,可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。
注:△Sn—第n级荷载的沉降增量;△Sn 1—第n 1级荷载的沉降增量。
(6)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,并作好详细记录。
3.单桩竖向抗拔静载试验方法
在拔力作用下桩的破坏形式有两种:一是地基变形带动周围的土体被拔出;一是桩身强度不够,被拉裂或拉断。
(1)试验设备、仪表装置
抗拔静载试验加载装置,量测仪表与竖向抗压静载试验相同,只是施加荷载的方向相反。试验设备主要用油压千斤顶,把试桩的主筋连接到传力架上,当开动千斤顶上升,产生上拔力把锚桩拔升(下图)。
图:抗拔桩静载试验装置
1-钢横梁;2-传力架;3-油压千斤顶;4-木垫座;5-试桩
(2)加载方法
抗拔静载试验加载方式,可参照抗压静载试验方法。
(3)终止加载条件
当出现下列情况之一时,即可终止加载:
1)桩顶荷载为桩受拉钢筋总极限承载力的0.9倍时;
2)某级荷载作用下,桩顶变形量为前一级荷载作用下的5倍;
3)累计上拔量超过100mm。
4.单桩水平静载试验方法
桩的水平静载荷试验是采用接近于桩的实际工作条件进行试验,以确定单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数。当桩身埋设有应力测量元件时,可测出桩身应力变化,并由此求得桩身弯矩分布。
(1)试验设备与仪表装置(如下图)
进行单桩水平静载试验时,常采取互推法,在二根桩中间放置千斤顶施加水平荷载,水平作用线应通过地面标高处(地面标高应与实际工作桩基承台底面标高一致)。在千斤顶与试桩接触处宜安置一环形铰座,以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线。用电动油泵加荷,用电阻应变式传感器和电子秤控制荷载。在桩外侧地面及地面以上500~1000mm设置双层大量程百分表(下表测量桩身在地面处的水平位移,上表测量桩顶水平位移,根据两表位移差可求得地面以上桩身转角),以测定桩的水平位移。百分表的基准桩宜打设在桩侧面靠位移的反方向,与试桩的净距不少于1倍试桩直径。
图:单桩水平静载荷试验装置
1-水平试验桩;2-油压千斤顶;3-球铰;4-垫块;
5-油压表;6-百分表;7-基准梁;8-基准桩
(2)加载方法及终止试验条件
对于承受反复作用的水平荷载的桩基,一般采用单向多循环加卸载方法。取设计荷载2倍为预估极限荷载,取预估水平荷载的1/10~1/15作为每级荷载的加载增量,对于直径300~1000mm的桩,每级荷载增量可取2.5~20kN。每级荷载施加后,恒载4min测读水平位移,然后卸载至零,停2min测读残余水平位移,至此完成一个加卸载循环,如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。加载时间应尽量缩短,测量位移的间隔时间应严格准确,试验不得中途停歇。
对承受长期作用的水平荷载的桩基,宜采用分级连续的加载方式,各级荷载的增量同上所述,各级荷载维持10min,并记录百分表读数后即进行下一级荷载的试验,如到10min时的水平位移还未稳定,则应延长该级荷载的维持时间,直至稳定为止。其稳定标准可参照竖向静载试验方法。
终止试验的条件是:当桩身折断或水平位移超过30~40mm(软土取40mm)时,可终止试验。