《单桩竖向抗压静载试验理论与曲线形态》
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【摘 要】本文通过对单桩竖向抗压静载试验基本原理的分析总结,提出相应的单桩竖向抗压静载试验分析要点,总结基桩检测经验,提高检测人员对桩基检测技术水平,更好地服务于工程实际.
【关键词】静载试验;基本理论
1.前言
桩基础是国内应用最为广泛的一种基础形式,其工程质量涉及上部结构的安全.我国年用桩量已超千万根,面对如此之大的用桩量,确保质量一直是备受建设各方的关注.桩基工程质量除受岩土工程条件、基础与结构设计、桩土相互作用、施工工艺以及专业水平和经验等关联因素影响外,还具有施工隐蔽性高、更容易存在质量隐患的特点,发现质量问题难,出现事故处理更难.因此,更加准确有效的检测方法及其评价结果,直接影响到上部结构的正常使用与安全.现阶段,单桩抗压静载试验是公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的方法.
2.单桩竖向抗压静载试验基本理论
2.1 单桩竖向抗压静载试验
单桩竖向抗压静载试验主要目的是确定单桩竖向抗压极限承载力,判定竖向抗压承载力是否满足设计要求.确定单桩竖向抗压承载力时一般采用竖向荷载-沉降（Q-s）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线.根据实测曲线判断桩的破坏模式,判定桩的极限状态和桩的极限承载力.
单桩竖向静载试验是确定单桩竖向极限承载力的最可靠方法,也是宏观评价桩的变形和破坏性状的依据.静载试验所得荷载-沉降（Q-s）曲线的型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）、应力历史等诸多因素而变化.Q-s曲线是桩土体系的荷载传递、侧阻和端阻的发挥性状的综合反应.由于桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥,因此Q-s曲线的前段主要受侧阻力制约,而后段则主要受端阻力制约.但是对于下列情况则例外：
（1）超长桩（L/D>100）,Q-s全程受侧阻性状制约;
（2）短桩（L/D<10）和支承于较硬持力层上的短至中长（L/D≤25）扩底桩,Q-s前段同时受侧阻和端阻性状的制约;
支承于岩层上的短桩,Q-s全程受端阻及嵌岩阻力制约.
2.2 抗压静载试验常见Q-s曲线形态
单桩Q-s曲线与只受基底土性状制约的平板载荷试验不同,它是总侧阻Qs、总端阻Qp随沉降发挥过程的综合反映,因此,许多情况下不出现初始线性变形段,端阻力的破坏模式与特征也难以由Q-s明确反映出来.
典型的缓变型Q-s曲线（如图1）应具有以下四个特征：
（1）比例界限Qp（又称第一拐点）,它是Q-s曲线上起始的拟直线段的终点所对应的荷载.
（2）屈服荷载Qy,它是曲线上曲率最大点所对应的荷载.
（3）极限荷载Qu,它是曲线上某一极限位移su所对应的荷载.此荷载亦可称为工程上的极限荷载.
（4）破坏荷载Qf,它是曲线的切线平行于s轴（或垂直于Q轴）时所对应的荷载.
事实上Qu为工程上的极限荷载,而Qf才是真正的极限荷载.但是,现今进行的多为检验目的的工程桩静载试验,往往达不到极限荷载Qf便终止了试验,而单桩竖向承载力特征值往往取最大试验荷载除以规定的安全系数（一般为2）,这显然是偏于安全的.
2.3 抗压静载试验的破坏模式
抗压静载试验的破坏模式,包括桩身结构强度破坏和地基土的强度破坏.
桩身结构强度破坏：桩身缩颈、离析、松散、夹泥,混凝土强度低等都会造成桩身强度破坏;灌注桩桩底沉渣太厚,预制桩接头脱节等会导致承载力偏低,虽然不属于狭义的桩身破坏,但也属于成桩质量问题;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,导致试验无法顺利进行,也属于广义的桩身破坏.桩身结构强度破坏的Q-s曲线为“陡降型”.
地基土强度破坏：地基土强度破坏显然与地基土的性质密切相关,对于单桩竖向抗压静载试验来说,土对桩的抗力分为桩侧阻力和桩端阻力.对摩擦型桩,地基土破坏特征比较明显,Q-s曲线呈“陡降型”;但对于端承型桩,一般Q-s曲线呈“缓变形”,地基土破坏特征不是很明显.对于桩端持力层存在软夹层、破碎带、溶洞或孔洞,也会导致地基土强度破坏,其Q-s曲线也呈“陡降型”.另外,对采用泥浆护壁的冲、钻孔灌注桩,如果桩周泥皮过厚,会明显降低桩侧阻力.对于陡降型Q-s曲线,其极限承载力即为与破坏荷载相应的陡降起始点荷载.对于缓变型Q-s曲线,确定极限承载力的方法较多,如有的取Q-s曲线斜率转变为常数或斜率减小的起始点荷载为极限承载力,即△s-Q曲线的第二拐点;有的取s-lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限承载力;有的取s-lgQ曲线转变为陡降直线的起始点荷载为极限承载力;有的取lgs-lgQ曲线第二直线交会点荷载为极限承载力;等等.其方法不下二十种,但在许多情况下,常因Q-s曲线等特征很不明显,使取值结果带有任意性,加之,有的确定极限承载力的方法的物理意义并不明确,因而对于缓变型Q-s曲线的极限承载力宜综合判定取值.由于对Q-s曲线呈缓变型的桩,荷载达到“极限承载力”后再施加荷载,并不会导致桩的失稳和沉降的显著增大,即承载力并未真正达到极限,因而该极限承载力实际为工程上的极限承载力.
2.4抗压试桩的极限状态
2.4.1桩基承载能力极限状态
以竖向受压桩基为例,桩基承载能力极限状态由下述三种状态之一确定：
（1）桩基达到最大承载力,超出该最大承载力即发生破坏.就竖向受荷单桩而言,其荷载-沉降曲线大体表现为陡降型（A）和缓变型（B）两类（如图1）.Q-s曲线是破坏模式与破坏特征的宏观反映,陡降型属于“急进破坏”,缓变型属“渐进破坏”.前者破坏特征点明显,一旦荷载超过极限承载力,沉降便急劇增大,即发生破坏.后者破坏特征点不明显,常常是通过多种分析方法判定其极限承载力,且判定的极限承载力并非真正的最大承载力,因此继续增加荷载,沉降仍能趋于稳定,不过是塑性区开展范围扩大,塑性沉降量增加而已.
（2）桩基出现不适于继续承载的变形.如前所述,对于大部分大直径单桩基础、低承台群桩基础,其荷载-沉降呈缓变型,属渐进破坏,判定其极限承载力比较困难,带有任意性,且物理意义不甚明确.因此,为充分发挥其承载潜力,宜按结构物所能承受的桩顶的最大变形su确定其极限承载力,如图2所示,取对应于su的荷载为极限承载力Qu.该承载能力极限状态由不适于继续承载的变形所制约.
（3）桩基发生整体失稳.位于岸边、斜坡的桩基、浅埋桩基、存在软弱下卧层的桩基,在竖向荷载作用下,有发生整体失稳的可能.因此,其承载力极限状态除由上述两种状态之一制约外,尚应验算桩基的整体稳定性.
2.4.2桩基正常使用极限状态
桩基正常使用极限状态系指桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值,具体指：1）桩基的变形.2）桩身和承台的耐久性.
2.5 单桩竖向抗压极限承载力
单桩竖向抗压极限承载力指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载.它取决于土对桩的支承阻力和桩身结构强度,一般由土对桩的支承阻力控制,对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩,可能由桩身结构强度控制.即单桩竖向极限承载力包含两层涵义：一是桩身结构极限承载力,二是支承桩侧桩端地基土的极限承载力.
总结：
通过认识学习单桩竖向静载试验的原理,分析单桩的各种变形曲线、破坏形式及极限状态,更好的提升桩基检测人员的判桩能力,便于服务工程项目.
参考文献：
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静载试验和形态理论引用文献:
[1] 静载试验和形态理论在职毕业论文范文 关于静载试验和形态理论类毕业论文题目范文10000字
[2] 形态理论论文范文例文 关于形态理论毕业论文范文2000字
[3] 单桩竖向抗压静载检测论文
