5.4 资料整理

5.4.1 单桩竖向抗压静载试验资料应按下列要求整理:

1 绘制竖向荷载—沉降Q—s曲线、沉降—时间对数s—lgt曲线,也可绘制其他辅助分析所需曲线。

2 单桩竖向抗压极限承载力Qu可按下列方法综合分析确定:

1)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)取s—lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值;

3)出现本规范第5.3.6条第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=0.05DD为桩端直径)对应的荷载值。

Q—ss—lgt曲线外,还有s—lgQ曲线。同一工程的一批试桩曲线应按相同的沉降纵坐标比例绘制,满刻度沉降值不宜小于40mm,使结果直观、便于比较。

5.4.2 单桩竖向抗拔静载试验资料应按下列要求整理:

1 应绘制上拔荷载与桩顶上拔量U—δ关系曲线,桩顶上拔量与时间对数δ—lgt关系曲线。

2 单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定:

1)对陡变型U—δ曲线,取陡升起始点对应的荷载值;

2)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;

3)当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时,取其前一级荷载值。

抗拔桩试验与抗压桩试验一样,一般应绘制U—δ曲线和δ—lgt曲线,但当上述两种曲线难以判别时,也可以辅以δ—lgU曲线或lgU—lgδ曲线,以确定拐点位置。

因抗拔钢筋受力不均匀,部分钢筋因受力太大而断裂,应视该桩试验无效并进行补充试验,不能将钢筋断裂前一级荷载作为极限荷载。

5.4.3 单桩水平静载试验资料应按下列要求整理:

1 采用单向多循环加载法时,应绘制水平力与时间和作用点位移H—t—Y0关系曲线、水平力和位移梯度H—(ΔY0/ΔH)关系曲线。

2 采用慢速维持荷载法时,应绘制水平力与力作用点位移H—Y0关系曲线、水平力与位移梯度H—(ΔY0/ΔH)关系曲线、力作用点位移与时间对数Y0—lgt关系曲线和水平力与力作用点位移双对数lgH—lgY0关系曲线。

3 绘制水平力、水平力作用点水平位移与地基土水平抗力系数的比例系数关系曲线H—mY0m

当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时,m值可按下列公式确定:

式中 m——地基土水平抗力系数的比例系数(kN/m4);

α——桩的水平变形系数(m-1);

νy——桩顶水平位移系数,由式(5.4.3-2)试算α,当αh≥4.0时(h为桩的入土深度),νy=2.441;

H——作用于地面的水平力(kN);

y0——水平力作用点的水平位移(m);

EI——桩身抗弯刚度(kN·m2),其中E为桩身材料弹性模量,I为桩身换算截面惯性矩;

b0——桩身计算宽度(m),按表5.4.3取值:

表5.4.3  桩身计算宽度b0

4 单桩的水平临界荷载可按下列方法综合确定:

1)取单向多循环加载法H—t—y0曲线或慢速维持荷载法时的H—Y0曲线出现拐点的前一级水平荷载值;

2)取慢速维持荷载法时H—ΔY0/ΔH曲线或lgH—lgY0曲线上第一拐点对应的水平荷载值;

3)取H—σs曲线第一拐点对应的水平荷载值。

5 单桩的水平极限承载力可按下列方法综合确定:

1)取单向多循环加载法时的H—t—y0曲线产生明显陡降的前一级或慢速维持荷载法时的H—Y0曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值;

2)取慢速维持荷载法时的曲线尾部出现明显弯曲的Y0—lgt前一级水平荷载值;

3)取H—ΔY0/ΔH曲线或lgH—lgY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值;

4)取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。

单桩水平静载试验资料整理说明如下:

1 地基土水平抗力系数随深度增长的比例系数m值的计算公式,仅适用于水平力作用点至试坑地面的桩自由长度为零时的情况。按桩、土相对刚度不同,水平荷载作用下的桩-土体系有两种工作状态和破坏机理。一种是“刚性短桩”,因转动或平移而破坏,相当于αh<2.5时的情况;另一种是工程中常见的“弹性长桩”,桩身产生挠曲变形,桩下段嵌固于土中不能转动,即本条中αh≥4.0的情况。在2.5≤αh<4.0范围内,称为“有限长度的中长桩”。对中长桩的νy变化数值见表2。因此,在按式(5.4.3-1)计算m值时,应先试算αh值,以确定αh是否大于或等于4.0,若在2.54.0范围以内,应调整νy值重新计算m值。当αh<2.5时,式(5.4.3-1)不适用。试验得到的地基土水平抗力系数的比例系数m不是一个常量,而是随地面水平位移及荷载而变化的曲线。

表2  桩顶水平位移系数νy

注:当αh>4.0时,取αh=4.0。

2 对于混凝土长桩或中长桩,随着水平荷载的增加,桩侧土体的塑性区自上而下逐渐开展扩大,最大弯矩断面下移,最后形成桩身结构的破坏。所测水平临界荷载Hcr为桩身产生开裂前所对应的水平荷载。因为只有混凝土桩才会产生开裂,故只有混凝土桩才有临界荷载。

3 单桩水平极限承载力是对应于桩身折断或桩身钢筋应力达到屈服时的前一级水平荷载。

5.4.4 单桩竖向抗压、抗拔、水平极限承载力统计值应符合下列规定:

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。

5.4.5 同一场地相同地质条件下的单桩竖向抗压、抗拔、水平承载力特征值的确定应符合下列规定:

1 单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。

2 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。

3 当水平承载力按桩身强度控制时,取水平临界荷载统计值为单桩水平承载力特征值。

4 当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时,取水平临界荷载统计值的0.8倍作为单桩水平承载力特征值。

5 水平承载力特征值可取设计要求的水平允许位移所对应的水平荷载,但应满足有关规范对抗裂设计的要求。

单桩竖向抗压、抗拔承载力特征值是按单桩竖向抗压、抗拔极限承载力统计值除以安全系数2得到的。综合反映了桩侧、桩端极限阻力控制承载力特征值的低限要求。混凝土桩在水平荷载作用下的破坏模式一般为弯曲破坏,极限承载力由桩身强度控制。所以,本条第35款在确定单桩水平承载力特征值Ha时,未采用按试桩水平极限承载力除以安全系数的方法,而按照桩身强度、开裂或允许位移等控制因素来确定Ha。不过,也正是因为水平承载桩的承载能力极限状态主要受桩身强度制约,通过试验给出极限承载力和极限弯矩对强度控制设计是非常必要的。抗裂要求不仅涉及桩身强度,也涉及桩的耐久性。本条第5款虽允许按设计要求的水平位移确定水平承载力,但根据《混凝土结构设计规范》GB 50010,只有裂缝控制等级为三级的构件,才允许出现裂缝,且桩所处的环境类别至少是二级以上(含二级),裂缝宽度限值为0.2mm。因此,当裂缝控制等级为一、二级时,按本条第5款确定的水平承载力特征值就不应超过水平临界荷载。