单桩竖向抗拔静载试验及应用分析

黄 磊

安徽省建设工程测试研究院有限责任公司 安徽合肥 230000

1 单桩竖向抗拔静载试验

1.1 试验简述

这项试验的具体步骤就是将上拔荷载施加在受检桩，并详细的观测其顶部上拔位移量随时间各级荷载所发生的变化情况，进一步分析详细的试验方法，从而将其竖向抗拔承载力进行确定。具体来说主要可以将其分为两种作用，一种是施工前能够提供给设计足够的依据，另一种是施工后能够提供给验收足够的依据。

1.2 破坏模式

通过上拔荷载的作用能够从桩身直接传递到桩周土中，在试验的初期，主要由浅部土层负责提供相应的摩阻力，在桩身的周围分布着相应的拉应力，随着荷载不断地增加，上拔位移量也发生了相应的变化，桩身所受到的应力也开始扩展到桩底，土阻力也逐渐开始从浅向深充分的得以发挥。因此该试验受检桩的破坏模式，主要包括桩身、地基土的强度破坏。

2 单桩竖向抗拔静载现场试验

2.1 试验反力系统

该系统主要利用了反力桩，要保证主梁两侧的支座区域所提供的反力相近。当该系统采用反力桩时，要保证反力桩的顶面达到一定的平整度，并且要保证桩身混凝土要达到相关设计的强度。当其采用的是地基时，要保证对地基施加的压力控制在1.5 倍承载力范围内；否则，处理方式就需要采用加固、换填等方式。反力架的选择要足够的科学，这样才能够保证其承载力超过1.2 倍最大试验荷载。合理配置受拉钢筋，设计钢筋的强度必须要超过其最大试验荷载。

2.2 试验加载系统

加载系统主要采用的是液压千斤顶连接超高压油泵的方式，当多台千斤顶同时进行并联工作时，必须要确保其型号、规格统一，并在试验过程中所使用的压力传感器、油泵等，当试验荷载达到最大时，要将油压控制在规定油压标准的80%。在试验过程中通常要采用全自动静载仪器，试验方法选择的是预设形式的，利用仪器实现自动加载与卸载操作，并对数据进行全面的采集，从而有效的降低人为因素影响试验数据的准确性。

2.3 试验观测系统

该系统是由多个部分组成的，主要有基准桩、基准梁等。基准桩的设定必须要符合相关的规范保持与试桩、支座间的距离，对其入土深度进行科学的设置。要保证基准梁达到一定的刚度，将一侧在基准桩上进行固定，另一侧在基准桩上进行简支。将夹具设置在基准梁上，上拔测量点的设置需要将位移传感器进行相应的固定和支撑。通常情况下设置的测量点在桩顶以下的相应位置，该位置能够有效的避免钢筋受拉；当桩径超过500mm 时，需要在桩身对称位置安装4 个以上的移传感器；其他情况则需要安装2 个即可。全自动静载仪器会按照相应的方法对位移量进行自动采集。在试验进行阶段，必须要采取相应的措施防止外界因素影响观测系统。

2.4 试验方法

抗拔静载的试验方法：通常会选用慢速维持荷载法，也可以采用多循环加、卸载等相关方法。

2.5 注意事项

在进行试验前，要将受检桩混凝土强度、完整性等相关因素进行确定，全面的检查仪器，并进行相应的调试，这样才能够保证仪器运行状态正常。

3 单桩竖向抗拔静载试验数据分析

在对绘制关系曲线的过程中，要通过对数据进行科学的分析将单桩竖向抗拔极限承载力进行精准的确定。当很难判断曲线时，就需要绘制相应的曲线来辅助其更准确的进行判断。具体确定极限承载力的方法如下：

（1）对于U-δ 曲线，要选取陡然上升的点作为起始点，其所对应的荷载来作为极限承载力。

（2）对于δ-lgt 曲线来说，在曲线的斜率出现了明显的变陡或尾部发生了较大的弯曲时，要选择其前一级的值作为极限承载力。

（3）针对抗拔钢筋出现断裂的情况，要选取前一级的荷载值作为极限承载。

（4）当在验收工程桩时应用试验，如果上述情况没有出现，可以将试验所施加的最大试验、最大上拔量等荷载值进行分别确定，并将这些数值进行相应的比较。该特征值必须要根据试验得到的数据进行实测取值的50%进行确定；但当工程设计中禁止工程桩带缝进行工作时，就需要选择开裂的桩身前一级的荷载值来作为工程所使用的特征值，并根据50%的极限荷载来进行取值，最终将得到的特征值进行相应的比较，要选取较低的值。

4 单桩竖向抗拔静载试验应用的工程实例

4.1 工程概况

本项目属于建筑工程项目，地处安徽省合肥市，为安徽医科大学附属口腔医院新院区。建筑采用人工挖孔灌注桩，桩端持力层为④1层强风化泥质砂岩和④2层中风化泥质砂岩。本工程对其3 根试桩进行单桩竖向抗拔静载试验，本次试验是为设计提供依据的试验性检测。在实际工程中对于受检桩的施工所使用的参数如表1 所示。施工场地的地质实际情况如下：①杂填土；②层粘土；④层粉质粘土夹粉土；④1层强风化泥质砂岩；④2层中风化泥质砂岩。

表1 受检桩的施工参数表

4.2 检测过程叙述

不同的试验方法对应不同的对象，同时也具有不同的条件约束，所以在检测过程中，需严格按照技术规范要求组织检测工作，同时对照技术规范要求文件，确保各项参数达标，保证桩基的最终质量。本次单桩竖向抗拔静载试验主要是根据相关的设计要求以及相关的检测技术规范来进行执行。试验设备见表2。

4.3 单桩竖向抗拔静载试验

（1）根据设计要求极限承载力为3400kN 和4200kN。

（2）试验加载与分级。根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014 第4.3.3 条，分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/ 10，第一级可取分级荷载的2 倍加载。

（3）上拔相对稳定标准。根据检测相关的技术规范要求，施加各个荷载后需要根据相应的时间点来对桩顶上拔量进行测读，按第5、15、30、45、60min 测读桩顶上拔量，然后按照每隔30min 进行一次测读。当桩顶每一小时内的上拔量在0.1mm 范围内，并连续出现了两次时，就可以将桩顶上拔速率认为已经达到了相对比较稳定的状态，能够对其施加下一级荷载。

（4）位移观测。在桩顶以下超过1 倍桩径的位置，要在其对称的区域将4 个位移传感器进行相应的设置，根据相关标准要求对受检桩上拔位移量进行相应的测读。

（5）终止加载。根据相关的桩基检测规范要求，如果在检测的过程中出现下列情况就可以采取终止加载的措施：通过某级的荷载作用，桩顶上拔量超过了前一级的5倍；根据控制桩顶上拔量的情况，累计超过了100mm 桩顶上拔量；根据钢筋自身的抗拉强度进行有效控制，当钢筋的应力已经达到了设计钢筋的强度值，或出现了拉断情况。

5 试验资料分析

（1）从S1 桩的单桩竖向抗拔静载试验U-δ 曲线上可以看出，当荷载最大加至3400kN 时，桩顶最大上拔量为3.20mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶上拔量为0.59mm。从δ-1gt 曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余上拔量为0.79mm，最大回弹量为2.41mm，回弹率为75.3%。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)规范第5.4.2 条，该受检桩的竖向抗拔极限承载力不小于最大试验荷载3400kN。

（2）从S2 桩的单桩竖向抗拔静载试验U-δ 曲线上可以看出，当荷载最大加至3400kN 时，桩顶最大上拔量为6.06mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶上拔量为1.39mm。从δ-1gt 曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余上拔量为3.05mm，最大回弹量为3.01mm，回弹率为49.7%。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)规范第5.4.2 条，该受检桩的竖向抗拔极限承载力不小于最大试验荷载3400kN。

（3）从S3 桩的单桩竖向抗拔静载试验U-δ 曲线上可以看出，当荷载最大加至4200kN 时，桩顶最大上拔量为8.60mm，曲线未出现陡降，末级荷载作用下的桩顶上拔量为1.35mm。从δ-1gt 曲线看，各级荷载对应的沉降曲线均较平坦，未见明显下弯；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余上拔量为1.43mm，最大回弹量为7.17mm，回弹率为83.4%。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)规范第5.4.2 条，该受检桩的竖向抗拔极限承载力不小于最大试验荷载4200kN。

S1、S2 和S3 桩的单桩竖向抗拔承载力极限值分别可取3400kN、3400kN 和4200kN。

6 结论

介绍了单桩竖向抗拔静载试验能够有效的模拟其实际运行的荷载，并根据测定的极限承载力来进行试验的方法。该试验已经得到了该领域的认可，依靠直观、可靠的优势在施工中发挥了重要的作用。但由于试验通常在施工现场进行，周围有较多的影响因素，这就会使试验结果准确性进一步下降，甚至试验被迫终止。因此，现场人员必须要将周围的实际情况进行有机结合，对相关技术、工艺等因素的可行性进行综合考虑，从而更加合理的进行规划，将试验进行有序的协调，这样才能更好的保证试验数据的有效性。