静载试验桩基检测原理及应用分析

一、前言

桩基检测方法主要有静载试验、钻芯、低应变、高应变、声波透射法等。静载试验在确定单桩极限承载力方面，是目前最为准确、可靠的检验方法。静荷载试验堆载及安装示意见下图。

静荷载试验堆载及安装示意图

二、检测机理及应用

2.1 检测准备

静荷载试验检测时间应满足如下条件：桩身强度需达到设计要求，同时检测休止时间还应满足沙土不少于7d、粉土不少于10天、非饱和粘性土不少于15d，对于淤泥或淤泥质土等饱和粘性土不少于25d；泥浆护壁灌注桩宜延长休止时间。

检测数量应满足如下要求：（1）在同一条件下桩基分项工程的试桩数量不应少于总桩数的1%，且不应少于3根；当总桩数在50根以内时不应少于2根。

竖向静载试验的试桩和锚桩可利用工程桩，预估最大试验荷不得大于锚桩钢筋的设计强度。

2.2 机理研究

基桩可将上部结构荷载通过桩身传递到地基土中，使建筑物能够稳固地在地基上，同时不发生较大的沉降。静荷载试验受力过程如下：

（1）当竖向载荷开始逐步施加桩顶时，桩身上部首先受到压缩而产生向下位移，这时，桩侧面开始受到土的向上摩阻力。

（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。直到桩身位移量增达到一定数值，桩侧摩擦力达到极限值。若桩身进一步下沉，则在桩与周围土之间将产生相对滑动，侧摩阻力不再增加，甚至稍有降低。

（4）桩身各断面的位移量是不相等的，在位移最大的桩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以后，再增加的荷载将全部由桩端阻力承担。

（6）荷载进一步增加，桩端持力层进一步被压缩，位移继续增大，直到最后出现破坏，桩就进入破坏阶段。桩端阻力达到极限，桩的承载力也相对达到极限承载力，这时作用于桩顶的荷载就是桩的极限荷载。

桩侧摩阻力达到极限值时，桩与土体的相对极限位移与土质有关：对于粘性土约为5mm~10mm；对于砂类土、粉土约为10mm；对于杂填土等松软土体可能小于5mm。

桩端阻力达到极限时的桩底下沉量与土类及桩径有关：一般粘性土约为0.25D；硬粘土约为0.1D；中密以上的砂土约为（0.08～0.1）D。一般桩径都在300mm以上，所以桩端下沉达到30mm以上时，桩端阻力才能充分发挥。对于钻孔桩还应考虑沉渣和虚土的影响，当沉渣或虚土较多时，所需下沉压密位移就更大。

预制桩接头脱节等会导致承载力偏低也属于桩质量问题；桩帽制作不符合要求，如桩帽与原桩身不对中、桩帽混凝土强度低，均会导致试验无法顺利进行则属于广义的桩身破坏。

2.3 应用分析

静载试验桩的破坏模式：包括桩身结构强度破坏和地基土强度破坏。土对桩的抗力分为桩测阻力和桩端阻力。

完整试桩可分为四个阶段：第一阶段以桩身压缩产生侧摩阻力，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，端阻力不断加大，桩端土逐渐压密，但仍处于弹性压密状态；第三阶段侧摩阻力已处于极限状态，力值不再增大，端阻力继续加大，桩端土剪切变形逐步形成塑性区；第四阶段桩端土塑性区形成，桩端土挤出或下沉。

桩头处理：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，此时一般应对桩头进行处理。

单桩极限承载力的统计：按参加统计的试桩数，取极限承载力的试验算术平均值，并要求其极差不超过算术平均值的30%。

单桩竖向承载力特征值的确定：用确定的单桩竖向抗压承载力除以安全系数2。

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