人工挖孔混凝土灌注桩承载力 自平衡深层载荷试验方法介绍
一、 概述
大直径嵌岩扩底人工挖孔混凝土灌注桩的单桩竖向抗压承载力的主要决定因素是桩端持力层的桩端阻力特征值qpa。通常单桩承载力特征值初步设计为Ra=qpa×AP。而初步设计Ra的安全可靠性则由桩身混凝土抗压强度、桩身完整性桩、桩扩大端面积AP和桩端持力层qpa四个因素决定。
桩身混凝土抗压强度可通过对“同条件试块”做抗压试验或钻取芯样做抗压试验确定；桩身完整性可通过低应变反射波法检测或钻芯法检测；桩端面积AP可在桩孔验收时控制。而初步设计使用的qpa参数一般由工程勘察报告提供。因此要检验初步设计Ra的安全可靠性必须检验则设计使用的桩端持力层承载力特征值qpa的可靠性。
桩承载力自平衡深层载荷试验很好地满足这一要求。
二、 试验方法原理简介
1、桩承载力自平衡深层载荷试验原理简介
该方法是在桩端持力层处预先埋设加荷装置（荷载箱），待桩身混凝土养护达到足够强度（满足设计要求）、桩～土体系满足一定休止期（一般休止期应不少于15天）后进行，利用荷载箱上端的桩侧阻力和下端的桩端阻力进行互为反力的载荷试验（试验装置见示意图），以此得到桩侧抗拔力～桩身位移、桩端阻力～桩端位移变化曲线。根据测试结果依据相应规范对桩侧阻力和桩端持力层阻力进行综合评价。
2、桩承载力自平衡深层载荷试验示意图
三、 载荷箱结构简介
用于桩承载力自平衡深层载荷试验的载荷箱是由具备满足试验荷载能力的油压千斤顶、上下载荷板、密封系统、位移传递系统组成。
桩承载力自平衡深层载荷试验载荷箱实物照片
1、上下载荷板：直径800mm，厚度50mm铸有轮辐的圆形刚性板；
2、千斤顶：行程160mm，标称压力52MPa，4000kN； 3、位移棒：直径18～22mm罗纹钢。
对于合肥地区，一般情况下大直径人工挖孔桩的桩端持力层是中～微风化砂岩，工程勘察报告一般推荐qpa取值2500～3500kPa。由于载荷板为直径800mm的圆形板，其面积为0.5㎡，最大试验荷载取qpa的2倍：0.5㎡×3500kPa×2=3500kN，因此荷载能力为4000kN的千斤顶足以满足试验要求。
载荷箱内的千斤顶在封装之前先在5000kN压力试验机上进行标定试验，同时检验千斤顶的油压密封性能。
四、 载荷箱安装
1、试验桩施工：按照设计图纸进行桩的成孔施工，成孔进入指定持力层扩孔至桩设计要求的桩端直径＋200mm，平整桩端持力层，保证持力层的水平、完整和原始状态，清除地下水和岩石碎渣后，立即用与桩身砼强度相同的细石砼找平（厚度50～80mm），拍打密实，确保水平平整（尤其是正中间φ900mm范围内）。
2、钢筋笼制作：按照设计图纸要求制作，钢筋笼下端主筋面必须在同一水平面上，各加强筋应改为双加强筋，以保证其足够的侧向刚度。每个试验桩准备φ20或φ22的螺纹钢一组,每组三根，长度为该试验桩的孔深+500mm，备用钢筋必须处于铅直状态。
3、现场设备安装：一般情况下，将载荷箱的上底版直接焊在试验桩的钢筋笼主筋上，位移护管工铁丝绑扎在钢筋笼内，随钢筋笼直接下到孔底。
1.5钢筋笼与载荷设备拼装完成后，在试桩底铺厚度5～10mm 的高强度水泥净浆以使载荷箱底版与持力层的完全接触，将其吊入桩孔中，载荷箱应放置于桩底中心处，钢筋笼、护管处于垂直状态。然后浇灌桩身混凝土（为节约工期，一般多留一组试块，以便适当提前进行载荷试验），待混凝土顶面超出载荷箱1000mm后，人工振捣密实。桩身混凝土浇灌至设计桩顶标高以上500mm处。浇注桩身砼时应注意保护载荷试验装置和高压油管。
五、 桩承载力自平衡深层载荷试验实施细则
试验采用慢速维持荷载法，逐级加载，每级荷载达到相对稳定后方可加下一级荷载，直至加载结束，然后分级卸载到零。
1、最大试验荷载：
当利用工程桩进行试验时，最大试验荷载为设计采用的持力层桩端承载力特征值的2倍。当能确保桩端基岩不会被破坏时（加载后最大下沉量可控制在40mm以内时），可再加0.5～1级。
对于试验桩上的试验，最大试验荷载不小于设计采用的持力层桩端承载力特征值的2倍，加载至持力层向下位移大于40mm。
2、加载分级：
每级加载量为预估最大加载量的1/10，第一级可按照2倍分级荷载加载。
3、位移观察：
每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60min时测读位移表，以后每隔30min测读一次。当上、下位移每一小时内不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观察值计算）时，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。
4、终止加载条件： 4.1当利用工程桩进行试验
4.1.1已达到预定最大试验荷载值时可终止加载，如能确保桩端基岩不被破坏时（加载后最大下沉量可控制在40mm以内时），可再加0.5～1级荷载；
4.1.2某级荷载作用下，桩的（上或下）位移量接近前一级荷载作用下位移量的2倍，且有不能稳定的趋势；
4.1.3桩端累计下沉量接近40mm（最大下沉量控制在40mm以内）。
4.2当在试验桩上进行试验 应加载至向下位移大于40mm。 5、卸载与回弹观察
每级卸载量为加载时的两倍。每级卸载后，隔15min测读一次残余位移，测读两次后，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。
六、 桩承载力自平衡深层载荷试验设备
1、徐州建筑工程研究所研制的JCK－503A型全自动基桩静载仪； 2、测力用北京西方中航机电设备有限责任公司研制的CYB－10S型压力传感器一只；
3、桩顶沉降量测量用四只精度达0.01mm，量程为50mm的MS－50型容栅式数显百分表；
4、位移测量基准梁：6000mm×φ60mm园钢管2根；
5、超高压油泵站：德州巨力液压机具厂生产的DBS－0.8－73型电动超高压油泵站，工作压力73MPa。 JCK503A型全自动基桩静载系统实物照片
七、 试验数据整理、分析与预期成果
1、根据试验记录进行资料整理并且绘制各试验桩的Q～S上、Q～S下、S上～lgQ、S下～lgQ、S上～lgt、S下～lgt曲线；根据位移随荷载
，对于陡变型Q～S曲线取的变化特征确定极限荷载值（QU上、QU下）
曲线发生明显陡变的起始点；对于缓变型Q～S曲线，按位移值确定极限荷载，取S=40mm的对应荷载至。
2、桩侧极限阻力的确定：
QSU=（QU上－W）/γ（kN）
式中：QU上为极限抗拔力；W为桩身自重；
γ为桩侧抗拔～抗压阻力比，可取3、桩身自重计算
把桩身简化为一个园台和一个圆柱的组L:桩长
h：扩高
△：护壁厚度
d：桩身直径
D：桩端扩大头直径
γ：桩身混凝土重度，
取24.5 kN/m3 W=γ×{[（d+2△）/2]2×π×(L－ 10
4、持力层桩端阻力特征值的确定：
qpa=QU下÷0.5㎡÷2（kPa）
5、桩端极限阻力的推算：
QPU=qpa×π（D/2）2×2（kN）
式中：D为桩底扩大端直径。
6、试验桩的单桩竖向极限承载力推算：
QU=QSU＋QPU（kN）
八、 承载力自平衡深层载荷试验桩的补强处理
工程桩在进行承载力自平衡深层载荷试验后，试验将会使桩端载荷箱（直径800mm圆形）部位与持力层之间形成一个小的缝隙，为了充填该缝隙，可采取如下办法处理。
利用位移棒护管，直接用高强度水泥净浆对试桩桩底进行注浆补强处理，对试验产生的缝隙充实。
将试验桩的桩端直径适当放大（一般将原设计桩端扩大头直径增加200mm），以抵消试验部位对桩端阻力的影响。
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人工挖孔混凝土灌注桩承载力 自平衡深层载荷试验方法介绍
一、 概述
大直径嵌岩扩底人工挖孔混凝土灌注桩的单桩竖向抗压承载力的主要决定因素是桩端持力层的桩端阻力特征值qpa。通常单桩承载力特征值初步设计为Ra=qpa×AP。而初步设计Ra的安全可靠性则由桩身混凝土抗压强度、桩身完整性桩、桩扩大端面积AP和桩端持力层qpa四个因素决定。
桩身混凝土抗压强度可通过对“同条件试块”做抗压试验或钻取芯样做抗压试验确定；桩身完整性可通过低应变反射波法检测或钻芯法检测；桩端面积AP可在桩孔验收时控制。而初步设计使用的qpa参数一般由工程勘察报告提供。因此要检验初步设计Ra的安全可靠性必须检验则设计使用的桩端持力层承载力特征值qpa的可靠性。
桩承载力自平衡深层载荷试验很好地满足这一要求。
二、 试验方法原理简介
1、桩承载力自平衡深层载荷试验原理简介
该方法是在桩端持力层处预先埋设加荷装置（荷载箱），待桩身混凝土养护达到足够强度（满足设计要求）、桩～土体系满足一定休止期（一般休止期应不少于15天）后进行，利用荷载箱上端的桩侧阻力和下端的桩端阻力进行互为反力的载荷试验（试验装置见示意图），以此得到桩侧抗拔力～桩身位移、桩端阻力～桩端位移变化曲线。根据测试结果依据相应规范对桩侧阻力和桩端持力层阻力进行综合评价。
2、桩承载力自平衡深层载荷试验示意图
三、 载荷箱结构简介
用于桩承载力自平衡深层载荷试验的载荷箱是由具备满足试验荷载能力的油压千斤顶、上下载荷板、密封系统、位移传递系统组成。
桩承载力自平衡深层载荷试验载荷箱实物照片
1、上下载荷板：直径800mm，厚度50mm铸有轮辐的圆形刚性板；
2、千斤顶：行程160mm，标称压力52MPa，4000kN； 3、位移棒：直径18～22mm罗纹钢。
对于合肥地区，一般情况下大直径人工挖孔桩的桩端持力层是中～微风化砂岩，工程勘察报告一般推荐qpa取值2500～3500kPa。由于载荷板为直径800mm的圆形板，其面积为0.5㎡，最大试验荷载取qpa的2倍：0.5㎡×3500kPa×2=3500kN，因此荷载能力为4000kN的千斤顶足以满足试验要求。
载荷箱内的千斤顶在封装之前先在5000kN压力试验机上进行标定试验，同时检验千斤顶的油压密封性能。
四、 载荷箱安装
1、试验桩施工：按照设计图纸进行桩的成孔施工，成孔进入指定持力层扩孔至桩设计要求的桩端直径＋200mm，平整桩端持力层，保证持力层的水平、完整和原始状态，清除地下水和岩石碎渣后，立即用与桩身砼强度相同的细石砼找平（厚度50～80mm），拍打密实，确保水平平整（尤其是正中间φ900mm范围内）。
2、钢筋笼制作：按照设计图纸要求制作，钢筋笼下端主筋面必须在同一水平面上，各加强筋应改为双加强筋，以保证其足够的侧向刚度。每个试验桩准备φ20或φ22的螺纹钢一组,每组三根，长度为该试验桩的孔深+500mm，备用钢筋必须处于铅直状态。
3、现场设备安装：一般情况下，将载荷箱的上底版直接焊在试验桩的钢筋笼主筋上，位移护管工铁丝绑扎在钢筋笼内，随钢筋笼直接下到孔底。
1.5钢筋笼与载荷设备拼装完成后，在试桩底铺厚度5～10mm 的高强度水泥净浆以使载荷箱底版与持力层的完全接触，将其吊入桩孔中，载荷箱应放置于桩底中心处，钢筋笼、护管处于垂直状态。然后浇灌桩身混凝土（为节约工期，一般多留一组试块，以便适当提前进行载荷试验），待混凝土顶面超出载荷箱1000mm后，人工振捣密实。桩身混凝土浇灌至设计桩顶标高以上500mm处。浇注桩身砼时应注意保护载荷试验装置和高压油管。
五、 桩承载力自平衡深层载荷试验实施细则
试验采用慢速维持荷载法，逐级加载，每级荷载达到相对稳定后方可加下一级荷载，直至加载结束，然后分级卸载到零。
1、最大试验荷载：
当利用工程桩进行试验时，最大试验荷载为设计采用的持力层桩端承载力特征值的2倍。当能确保桩端基岩不会被破坏时（加载后最大下沉量可控制在40mm以内时），可再加0.5～1级。
对于试验桩上的试验，最大试验荷载不小于设计采用的持力层桩端承载力特征值的2倍，加载至持力层向下位移大于40mm。
2、加载分级：
每级加载量为预估最大加载量的1/10，第一级可按照2倍分级荷载加载。
3、位移观察：
每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60min时测读位移表，以后每隔30min测读一次。当上、下位移每一小时内不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观察值计算）时，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。
4、终止加载条件： 4.1当利用工程桩进行试验
4.1.1已达到预定最大试验荷载值时可终止加载，如能确保桩端基岩不被破坏时（加载后最大下沉量可控制在40mm以内时），可再加0.5～1级荷载；
4.1.2某级荷载作用下，桩的（上或下）位移量接近前一级荷载作用下位移量的2倍，且有不能稳定的趋势；
4.1.3桩端累计下沉量接近40mm（最大下沉量控制在40mm以内）。
4.2当在试验桩上进行试验 应加载至向下位移大于40mm。 5、卸载与回弹观察
每级卸载量为加载时的两倍。每级卸载后，隔15min测读一次残余位移，测读两次后，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。
六、 桩承载力自平衡深层载荷试验设备
1、徐州建筑工程研究所研制的JCK－503A型全自动基桩静载仪； 2、测力用北京西方中航机电设备有限责任公司研制的CYB－10S型压力传感器一只；
3、桩顶沉降量测量用四只精度达0.01mm，量程为50mm的MS－50型容栅式数显百分表；
4、位移测量基准梁：6000mm×φ60mm园钢管2根；
5、超高压油泵站：德州巨力液压机具厂生产的DBS－0.8－73型电动超高压油泵站，工作压力73MPa。 JCK503A型全自动基桩静载系统实物照片
七、 试验数据整理、分析与预期成果
1、根据试验记录进行资料整理并且绘制各试验桩的Q～S上、Q～S下、S上～lgQ、S下～lgQ、S上～lgt、S下～lgt曲线；根据位移随荷载
，对于陡变型Q～S曲线取的变化特征确定极限荷载值（QU上、QU下）
曲线发生明显陡变的起始点；对于缓变型Q～S曲线，按位移值确定极限荷载，取S=40mm的对应荷载至。
2、桩侧极限阻力的确定：
QSU=（QU上－W）/γ（kN）
式中：QU上为极限抗拔力；W为桩身自重；
γ为桩侧抗拔～抗压阻力比，可取3、桩身自重计算
把桩身简化为一个园台和一个圆柱的组L:桩长
h：扩高
△：护壁厚度
d：桩身直径
D：桩端扩大头直径
γ：桩身混凝土重度，
取24.5 kN/m3 W=γ×{[（d+2△）/2]2×π×(L－ 10
4、持力层桩端阻力特征值的确定：
qpa=QU下÷0.5㎡÷2（kPa）
5、桩端极限阻力的推算：
QPU=qpa×π（D/2）2×2（kN）
式中：D为桩底扩大端直径。
6、试验桩的单桩竖向极限承载力推算：
QU=QSU＋QPU（kN）
八、 承载力自平衡深层载荷试验桩的补强处理
工程桩在进行承载力自平衡深层载荷试验后，试验将会使桩端载荷箱（直径800mm圆形）部位与持力层之间形成一个小的缝隙，为了充填该缝隙，可采取如下办法处理。
利用位移棒护管，直接用高强度水泥净浆对试桩桩底进行注浆补强处理，对试验产生的缝隙充实。
将试验桩的桩端直径适当放大（一般将原设计桩端扩大头直径增加200mm），以抵消试验部位对桩端阻力的影响。
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