专利名称：单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法
技术领域：
本发明属建筑工程的基础工程领域，具体涉及桩基检测技术领域。
背景技术：
单桩竖向抗压静载试验主要测量桩顶荷载和桩顶位移两个参数，根据桩顶荷载、桩顶位移测量结果分析评定单桩竖向抗压承载力。单桩竖向抗压静载试验可根据现场条件选择压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置、锚杆横梁反力装置。目前单桩竖向抗压静载试验主要根据JGJ106-2003、GB50007-2002、JTJ041-2000、ASTMD1143-81等规范进行检测或测试，为消除或控制反力荷载对试验桩测试结果的影响，这些规范对加载反力装置、位移测量系统、位移测量仪表作出了下列规定(1)压重平台反力装置①支墩地基荷载水平GB50007-2002规定支墩地基荷载不宜超过其承载力特征值，JGJ106-2003规定支墩地基荷载不宜大于其承载力特征值的1.5倍，ASTMD1143-81规定支墩有足够的支承面积以防止压重平台的不利沉降。
②支墩与试验桩之间的距离JGJ106-2003、GB50007-2002规定试验桩中心与压重平台支墩边的中心距离大于等于4d且大于2.0m，d为试验桩设计直径；JTJ 041-2000规定试验桩中心至压重平台支承边缘的距离大于等于5d或4m；ASTMD1143-81规定支墩与试验桩的净距大于等于1.5m。
③基准桩与支墩、试验桩之间的距离JGJ106-2003、GB50007-2002规定基准桩与试验桩之间的中心距离大于等于3-4d且大于2.0m，基准桩与压重平台支墩边的距离大于等于4d且大于2.0m；JTJ 041-2000规定基准桩中心至试验桩中心、压重平台边的距离大于等于4d且大于等于4m或4m；ASTMD1143[4]规定基准桩与试验桩的净距大于等于2.5m，基准桩与压重平台支墩的距离根据实际尽可能远。
(2)锚桩横梁反力装置①锚桩与试验桩之间的距离JGJ106-2003、GB50007-2002规定试验桩与锚桩之间的中心距离大于等于3-4d且大于2.0m；JTJ041-2000规定锚桩与试验桩中心距大于等于5d或4m；ASTMD1143-81规定锚桩与试验桩的净距离大于等于5d。
②基准桩与试验桩、锚桩之间的距离JGJ106-2003、GB50007-2002规定基准桩与试验桩、锚桩之间的中心距离大于等于3-4d且大于2.0m；JTJ041-2000规定基准桩与试验桩、锚桩的中心距离大于等于4d或4m；ASTMD1143-81规定基准桩与试验桩的净距大于等于2.5m，基准桩与锚桩的距离根据实际尽可能远。
(3)位移测量仪表技术参数JGJ106-2003规定位移测量仪表宜采用位移传感器或大量程百分表，测量误差不大于0.1％FS，分辨力优于或等于0.01mm；JTJ041-2000规定位移测量采用1/20mm光学仪器或力学仪表；ASTMD1143-81规定位移测量表精度0.25mm，分辨力0.25mm。
(4)随着桩基设计荷载和桩径的不断增大，反力荷载对试验桩抗压承载力和基准桩位移的影响日益突出。经分析发现JGJ106-2003、GB50007-2002、JTJ041-2000、ASTMD1143-81给出的单桩竖向抗压静载试验方法存在以下不足和缺陷①缺少反力荷载对试验桩抗压承载力影响的理论基础。
②缺少反力荷载、试验桩荷载对基准桩位移影响量的试验基础。
③压重平台支墩边与试验桩中心的距离的规定，未考虑压重平台支墩宽度的影响。国内规范给出的试验桩中心与压重平台支墩边的距离大于等于4d且大于2.0m的规定，造成大直径桩静载试验难以执行规范的现状。
④锚桩与试验桩之间的距离的规定从3d-6d不等，存在较大的差异。
⑤基准桩与试验桩、锚桩、压重平台支墩边之间的距离的规定，没有区分抗压桩、抗拔桩、压重平台支墩的差异。
⑥当受试验条件的限制，反力荷载对试验桩抗压承载力的影响量较大时，没有提出偏离放行的试验方法。
⑦大型荷载试验，尤其是压重平台反力装置，由于基准点难以避开反力荷载扰动区，国内规范规定的仪表参数的不恰当性，造成对基准桩位移的监测往往难以进行。
发明内容
本发明的目的在于控制与消除单桩竖向抗压静载试验中反力支座周围土体附加应力与变形对测试结果的影响，而提供一种单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，从而提高测量结果的准确性。
为达上述目的，本发明提供的单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，包括以下具体测试措施(1)确定基准点的选取原则选取反力荷载、试验桩荷载对地基变形影响小于1mm的地基变形点作为基准点；(2)确定反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则反力荷载对试验桩抗压承载能力的影响量小于5％最大加载量；(3)确定位移测量仪表的技术参数位移测量仪表的最小分度值不大于抗压试验桩临界位移40mm的1.0％即0.4mm，示值误差不大于±1.0％FS；(4)确定压重平台支墩与试验桩之间的距离①在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于1b且大于2m，其中b为支墩宽度；②在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于b/2且大于1.5m；(5)确定锚桩与试验桩之间的中心距离①锚桩与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，其中d为锚桩的直径或边宽；②选取锚桩与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数；(6)确定锚杆与试验桩之间的中心距离①对锚杆横梁反力装置，锚杆与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，d为锚杆直径；②对群锚横梁反力装置，群锚与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，其中d为群锚的直径或边宽；③对群锚横梁反力装置，选取群锚与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数；
(7)确定基准桩与支墩、锚桩、锚杆、试验桩之间的距离①在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍的条件下，基准桩与支墩边的距离大于等于1.5b且大于3m；②采取支墩地基沉降稳定后再开始试验的措施，基准桩与支墩边的距离大于等于1b且大于2m；③基准桩与抗压桩的中心距离大于等于4d且大于2m，在d大于等于1.5m的条件下取大于等于6m；④基准桩与抗拔桩的中心距离大于等于6d且大于2m，在d大于等于1.0m的条件下取大于等于6m；⑤基准桩与锚杆的中心距离大于等于6d且大于2m，在群锚直径d大于等于1.0m的条件下取大于等于6m；⑥在抗压桩桩径大于1.5m、抗拔桩桩径大于1.0m，且基准桩与抗压桩、抗拔桩的中心距离取6m的条件下，根据实际情况确定是否采取对基准桩位移的监测措施；(8)确定基准桩的监测措施①在基准桩的位移超过1mm的条件下，采用第二级位移测量系统对基准桩的位移进行监测；②第一级位移测量系统测量试验桩相对于基准桩的沉降，第二级位移测量系统测量基准桩相对于基准点的位移；③第二级位移测量系统采用与第一级同样的基准梁系统、位移测试仪表进行测量，或采用分辨率优于0.4mm的位移测量仪器进行测量；(9)确定承载力折减系数对锚桩横梁反力装置、群锚横梁反力装置，在锚桩、群锚与试验桩的中心距离为5d、4d、3d的条件下，承载力折减系数分别取0.95、0.90、0.85。
本发明还提出，对工程桩的验收检测，最大试验荷载换算系数取承载力折减系数的倒数，其最大试验荷载取设计要求的极限荷载与最大试验荷载换算系数的乘积，在承载力折减系数取1.0、0.95、0.90、0.85的条件下，最大试验荷载换算系数分别取1/1.0、1/0.95、1/0.90、1/0.85。
另外本发明也提出，单桩静载试验是在现场进行的，需确定位移测量误差的控制标准位移测量误差小于5％的所测总位移。
本发明提供的单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，是建立在单桩竖向静载试验桩土受力性状分析、反力荷载对试验桩抗压承载力影响量分析、反力荷载与试验桩荷载对基准桩影响量分析的基础上，以下对本发明作进一步的描述一、试验依据抗压桩、抗拔桩、锚杆、支墩周围土体变形的试验结果，为合理控制与消除反力支墩、反力桩周围土体变形对试验结果的影响，开展了17个支墩周围土体的变形试验、16个抗压桩周围土体的变形试验、7个抗拔桩周围土体的变形试验、8个锚杆周围土体的变形试验。
(1)支墩周围土体变形试验支墩周围土体变形试验进行了支墩宽度为0.7m、1m、2m的三种原型试验共17个，得到的支墩周围土体变形与支墩距离的关系为支墩地基荷载小于地基极限承载力时，支墩周围土体变形量距离支墩边1b且大于2m处地基变形在2mm以内，b为支墩宽度；距离支墩边1.5b且大于3m处地基变形在1mm以内；距离支墩边2b且大于4m处地基变形在0.5mm以内；支墩地基荷载大于地基极限承载力时，支墩周围地基变形量较大，可能沉降也可能隆起。
(2)抗压桩周围土体变形试验抗压桩周围土体变形试验进行了桩径为400mm、500mm、1000mm、1200mm的四种原型试验共16个，得到的桩周土体变形区域、桩周围土体变形与桩中心距离的关系为挤土式预制抗压桩地表土体、深部土体的变形影响区域为4d-7d，d为桩径，距离桩中心大于4d后桩周土体的变形量小于1mm。
灌注桩地表土体的变形影响区域大于等于4d，距离桩中心大于4d后桩周土体的变形量小于1mm。
(3)抗拔桩周围土体的变形试验抗拔桩周围土体变形试验进行了桩径为400mm、500mm的两种原型试验共7个，得到的桩周土体变形区域、桩周围土体变形与桩中心距离的关系为抗拔桩地表土体的变形影响区域为2d-6d，大于6d后桩周土体的变形量小于1mm。
(4)锚杆周围土体的变形试验锚杆周围土体变形试验进行了孔径为120mm的原型试验共8个，得到的抗拔锚杆周围土体变形与锚杆距离的关系为抗拔锚杆周围土体的变形影响区域大于等于6d，距锚杆距离大于等于6d且大于2.0m时，锚杆周围土层的变形在1mm以下。
二、理论依据
(1)根据滑移线理论的分析和土体摩察角参考值计算支墩周围地基的变形破坏区域为2b-9b，b为支墩宽度。
(2)压重平台支墩荷载对试验桩抗压承载力的影响压重平台支墩荷载对试验桩承载力的影响，可分为支墩地基附加应力、支墩周围土体变形、支墩周围土体的压密作用对试验桩抗压承载力的影响。根据支墩地基附加应力建立其对试验桩抗压承载力影响的计算表达式，以分析支墩地基附加应力对试验桩抗压承载力的影响，根据支墩地基周围土体的变形实测结果分析支墩地基变形与压密作用对试验桩抗压承载力的影响，在此基础上，确定压重平台支墩与试验桩之间的距离。具体分析结果为支墩地基荷载对试验桩抗压承载力的影响，是支墩周围地基压密作用引起试验桩的正摩阻力与支墩周围地基附加应力、支墩周围地基变形引起试验桩的负摩阻力综合作用的结果，限制支墩地基荷载或提高支墩地基承载力是减小支墩荷载对试验桩承载力影响的关键，应控制支墩荷载在其地基极限承载力以内。其技术措施包括对支墩地基进行处理，增加支墩地基承载力；增加支墩受力面积，减小支墩荷载。当压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍，支墩与试验桩的净距离为大于等于1b且大于2m的条件下，b为支墩宽度，支墩地基荷载对试验桩承载力的影响量小于5％的最大试验荷载；当压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值，支墩与试验桩的净距离为大于等于b/2且大于1.5m的条件下，支墩地基荷载对试验桩承载力的影响量小于5％的最大试验荷载。
(3)锚桩荷载即反力荷载对试验桩抗压承载力的影响锚桩荷载对试验桩抗压承载力的影响采用弹性理论分析锚桩周围土体应力对试验桩抗压承载力的影响，并结合群桩效应中的桩间距对基桩承载力影响的现有研究成果，建立锚桩荷载对试验桩抗压承载力影响的半理论半经验的关系。
①锚桩周围土体应力对试验桩桩抗压承载力的影响锚桩对试验桩周围土体产生的附加切向应力，根据剪切位移解可简单的表示成Δτ＝τ0r0/r。
Δτ锚桩对试验桩周围土体产生的附加切向应力，τ0试验桩桩土界面土体的切向应力，r0试验桩的半径，
r锚桩中心与试验桩边的距离。
当试验桩与反力桩的中心距为6d时，r＝11r0，对试验桩抗压承载力的影响量为9％；当试验桩与反力桩的中心距为5d时，r＝9r0，对试验桩抗压承载力的影响量为11％；当试验桩与反力桩的中心距为4d时，r＝7r0，对试验桩抗压承载力的影响量为14％；当试验桩与反力桩的中心距为3d时，r＝5r0，对试验桩抗压承载力的影响量为20％。
②根据群桩效应分析桩间距对基桩承载力的影响群桩中的桩-桩相互作用，其桩是同向受力，可能导致增强效应或削弱效应；而锚桩荷载对试验桩抗压承载力的影响，锚桩与试验桩的受力方向相反，锚桩对其试验桩周围土体产生的附加应力、变形可部分抵消试验桩桩周土的应力、变形，这种作用可认为对试验桩抗压承载力起有利作用，即可提高试验桩桩周土体的承载力。这种有利作用可参照群桩效应进行确定，即锚桩荷载对试验桩抗压承载力的提高幅度如下锚桩与试验桩的中心距离为6d时，小于等于5％锚桩总荷载；锚桩与试验桩的中心距离为5d时，小于等于10％锚桩总荷载；锚桩与试验桩的中心距离为4d时，小于等于15％锚桩总荷载；锚桩与试验桩的中心距离为3d时，小于等于20％锚桩总荷载。
③锚桩荷载对试验桩承载力影响的综合分析根据①、②反力桩荷载对试验桩承载力影响的分析结果，可综合归纳成表1。
表1 反力桩荷载对试验桩抗压承载力的影响量建议值
改进测试措施的详细描述(1)确定基准点的选取原则选取反力荷载、试验桩荷载对地基变形影响小于1mm的地基变形点作为基准点，其依据如下根据支墩、桩周围土体变形的实测结果知，支墩地基变形的影响范围为2b-9b，桩周土体的变形影响范围在2d-7d以上，要选择不动点作为基准点，既不现实也不经济，选取小于1mm的地基变形点作为基准点，可满足单桩竖向静载试验的要求。
(2)确定反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则反力荷载对试验桩抗压承载能力的影响量小于5％最大加载量，其依据如下反力荷载对试验桩抗压承载力存在不同程度的影响，尤其大吨位桩基抗压静载试验反力荷载对试验桩抗压承载力存在相当程度的影响，要完全消除反力荷载对试验桩抗压承载力的影响，既不现实，也将过大的增加测试成本；此外，按分级确定单桩竖向抗压承载力，如分十级加载，则分析评定误差接近10％；因此，建议反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则如下反力荷载对试验桩抗压承载力的影响量应小于5％的最大加载量。
(3)确定位移测量仪表的技术参数位移测量仪表的最小分度值不大于抗压试验桩临界位移40mm的1.0％即0.4mm，示值误差不大于±1.0％FS，其依据如下位移测量是在现场进行的，位移测量误差的控制标准可取为位移测量误差小于5％的所测总位移；为使测量仪器的准确度满足要求，一般应使测量仪器的允许误差为被测对象允许误差的1/3~1/10；同时由位移控制桩的承载力时，抗压桩的临界位移为40mm，因此建议位移测量仪表采用如下的计量性能要求准确度不应低于1.0级，最小分度值不宜大于抗压试验桩临界位移40mm的1.0％即0.4mm，示值误差应为±1.0％FS。
(4)确定压重平台支墩与试验桩之间的距离①在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于1b且大于2m，b为支墩宽度；②在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于b/2且大于1.5m；其依据如下根据支墩地基荷载对试验桩抗压承载力影响的理论分析结果和确定反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则反力荷载对试验桩抗压承载能力的影响量小于5％最大加载量，可将压重平台支墩与试验桩之间的距离确定为当压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍，支墩与试验桩的净距离为大于等于1b且大于2m，b为支墩宽度；当压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值，支墩与试验桩的净距离为大于等于b/2且大于1.5m；技术措施增加支墩地基承载力或增加支墩承载面积。
(5)确定锚桩与试验桩之间的中心距离①锚桩与试验桩的中心距离大于等于3d-6d且大于2m，d为锚桩的直径或边宽；②当受试验条件限制，可根据实际情况选取锚桩与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，但此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数；其依据如下根据锚桩荷载对试验桩抗压承载力影响的理论分析结果和确定反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则反力荷载对试验桩抗压承载能力的影响量小于5％最大加载量，可将锚桩与试验桩的中心距离确定为6d且大于2m。鉴于现行国内规范JGJ106-2003、GB50007-2002、JTJ041-2000对锚桩与试验桩的中心距离规定为3-4d的现状，以及测量装置中的钢梁、基准梁受运输条件、现场安装等条件的限制，以及工程桩间距的限制等，锚桩与试验桩的中心距离也可取为5d、4d、3d且大于2m；反力桩荷载对试验桩竖向抗压承载力的提高幅度分别为5％、10％、15％、20％的最大试验荷载，在此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数。
(6)确定锚杆与试验桩之间的中心距离①对锚杆横梁反力装置，锚杆与试验桩的中心距离大于等6d且大于2m，d为锚杆直径；②对群锚横梁反力装置，群锚与试验桩的中心距离大于等6d且大于2m，d为群锚的直径或边宽；③对群锚横梁反力装置，当受试验条件限制，可根据实际情况选取群锚与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，但此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数，其依据同(5)；当锚杆间距小于10d或小于1.0m时，除按单一锚杆进行分析外，尚应按群锚进行考虑。
(7)确定基准桩与支墩、锚桩、锚杆、试验桩之间的距离①当压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍时，基准桩与支墩边的距离大于等于1.5b且大于3m；②当采取支墩地基沉降稳定后再开始试验的措施时，基准桩与支墩边的距离可取1b且大于2m；③基准桩与抗压桩的中心距离大于等于4d且大于2m，当d大于等于1.5m时可取大于等于6m；④基准桩与抗拔桩的中心距离大于等于6d且大于2m，当d大于等于1.0m时可取大于等于6m；⑤基准桩与锚杆的中心距离大于等于6d且大于2m，当群锚直径d大于等于1.0m时可取大于等于6m。⑥当抗压桩桩径大于1.5m、抗拔桩桩径大于1.0m，且基准桩与抗压桩、抗拔桩的中心距离取6m时，应根据实际情况确定是否采取对基准桩位移的监测措施；其依据如下根据支墩、桩、锚杆周土体变形量的实测结果，建立的锚桩荷载、抗压试验桩荷载、锚杆荷载对基准桩位移影响定量关系①支墩地基变形对基准桩变形的影响，支墩地基荷载小于支墩地基极限承载力时，距离支墩边1.5b且大于3m处基准桩位移在1mm以内；支墩地基回弹对基准桩变形的影响，距离支墩边1b且大于2m处基准桩位移在0.5mm以内。当采取支墩地基在最大堆载量作用下沉降稳定后再开始检测的措施时，基准桩与支墩边的距离为1b且大于等于2m时，支墩地基变形对基准桩位移的影响在0.5mm以内。
②基准桩离抗压试验桩的中心距离大于等于4d时，抗压试验桩对基桩位移的影响小于1mm。
③基准桩离抗拔试验桩的中心距离大于等于6d时，抗拔试验桩对基桩位移的影响小于1mm。
④基准桩离锚杆的距离大于等于6d且大于1.0m时，锚杆对基桩变形的影响小于1mm；基准桩离锚杆的距离大于等于6d且大于2.0m时，锚杆对基桩变形的影响小于0.5mm。
⑤基准桩离群锚的距离大于等于6d且大于2.0m时，群锚荷载对基桩变形的影响小于1mm。
根据①-⑤的试验结果和基准点的选取原则，可确定基准桩与支墩、锚桩、锚杆、试验桩之间的距离。考虑到型钢一般为12m长，以及运输条件的限制，基准梁不宜长于12m，当抗压桩桩径大于1.5m、抗拔桩桩径大于1.0m，且基准桩与抗压桩、抗拔桩的中心距离取6m时，应根据实际情况确定是否采取对基准桩位移的监测措施。
(8)确定基准桩的监测措施①当基准点的变形超过1mm的条件下，采用第二级位移测量系统对基准桩的位移进行监测；②第一级位移测量系统测量试验桩相对于基准桩的沉降，第二级位移测量系统测量基准桩相对于不动点的位移；③第二级位移测量系统既可采用与第一级同样的基准梁系统、位移测试仪表进行测量，也可采用分辨率优于0.4mm的位移测量仪器进行测量；其依据如下鉴于测量装置中的钢梁、基准梁受运输条件、现场安装等条件的限制，基准点往往难以避开支墩和试验桩扰动区，当反力荷载、试验桩荷载对基准桩变形影响超过1mm的条件下，建议采用监测基准系统变形的方法来确保试验桩位移测试结果的准确性；具体监测原则如下位移测量可采用两级测量系统，第一级位移测量系统测量试验桩相对于基准桩的沉降，第二级位移测量系统测量基准桩相对于不动点的位移，第二级位移测量系统既可采用与第一级同样的基准梁系统、位移测量仪表进行测量，也可采用仪表精度0.40mm、分辨力优于0.40mm的测量仪表进行测量。
(9)确定承载力折减系数对锚桩横梁反力装置、群锚横梁反力装置，当锚桩、群锚与试验桩的中心距离为5d、4d、3d时，反力荷载对试验桩承载力影响量分别小于10％、15％、20％的最大加载量，承载力折减系数分别取0.95、0.90、0.85；其依据如下鉴于现行国内规范JGJ106-2003、6B50007-2002、JTJ041-2000对锚桩与试验桩的中心距离规定为3-4d的现状，以及测量装置中的钢梁、基准梁受运输条件、现场安装等条件的限制，以及工程桩间距的限制等，导致反力荷载对试验桩抗压承载力影响量超过5％最大加载量的控制原则；为兼顾现行国内规范现状、运输条件和现场试验条件的限制，提出如下的偏离放行测试措施，以确保测试结果的准确性和测试成本的经济性。
承载力折减系数当反力荷载对试验桩抗压承载力影响量大于5％的最大加载量时，将在此条件下获得的试验桩抗压承载力乘以一个小于等于1的承载力折减系数，从而得到试验桩的真实承载力，以消除反力荷载对试验桩抗压承载力的影响。
具体做法是反力支座荷载对试验桩抗压承载力影响量为5％、10％、15％、20％的最大加载量时，则承载力折减系数分别取1、0.95、0.90、0.85，以保证反力荷载对试验桩抗压承载力影响量小于5％最大加载量的控制原则。
(10)确定最大试验荷载换算系数对工程桩的验收检测，最大试验荷载换算系数取承载力折减系数的倒数，其最大试验荷载取设计要求的极限荷载与最大试验荷载换算系数的乘积，当承载力折减系数取1.0、0.95、0.90、0.85时，最大试验荷载换算系数分别取1/1.0、1/0.95、1/0.90、1/0.85；其依据同(9)。
与现有技术比较，本发明具有以下优点(1)反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量控制在5％最大试验荷载以内。
(2)提出的位移测量仪表计量性能要求，改进的基准点的选取原则、基准桩的监测方法，使现场单桩竖向抗压静载试验的位移测量方法更具有可操作性和合理性。
(3)提出的承载力折减系数的概念，反力荷载对试验桩抗压承载力影响量应小于5％的控制原则，兼顾了现行国内规范的现状、运输条件和现场试验条件的限制，使大吨位单桩竖向抗压静载试验更具有可操作性，改变了部分静载试验难以合理消除反力荷载对试验桩抗压承载力影响的现状。
(4)可解决国内规范关于试验桩、反力支墩、基准桩之间距离沿用60-70年代小桩径的不恰当规定，在特定试验条件下与ASTMD1143接轨，当试验桩与反力支墩、锚桩之间的距离不满足标准试验条件时，采用承载力折减的解决方法，具有更强的工程实用性。
(5)提高了单桩竖向抗压静载试验测试测结果的准确性，降低了测试成本。
图1为本发明所述5-70号桩压重平台平面布置示意2为本发明所述5-18号桩压重平台平面布置示意3为本发明所述试1号桩锚杆横梁反力装置平面布置示意4为本发明所述试CA11号桩锚桩横梁反力装置平面布置示意图具体实施方式
下面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以下具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例11 工程概况广东省广州市番禺区某住宅区，基础采用桩径为φ1000-1200的钻孔灌注桩，设计桩长为11～23米，单桩承载力设计值φ1000为5400kN，单桩承载力设计值φ1200为7700kN，须开展单桩竖向抗压承载力静载试验，为桩基工程验收提供依据。
工程地质概况主要由素填土、砂质粘性土、全风化片麻岩，强风化片麻岩，中风化片麻岩等组成。
本实施例以φ1000的钻孔灌注桩，单桩承载力设计值为5400kN的单桩静载试验为例。试验桩号为5-70号桩，桩长17.6m。
2 测试方案要求单桩承载力极限荷载为8910kN，采用压重平台反力装置，如图1所示。
(1)次梁450×600×11000，11根，单根梁均布荷载承载力2500kN。主梁采用500×1500×11000，两根，单根梁承载力5000kN。支墩采用长10m、宽2m的两个支墩，支墩边到试验桩中心的距离取2.6m。
(2)支墩地基荷载水平支墩地基经碎石换填处理后，支墩地基承载力特征值为180kPa，最大堆载量为8910×1.2＝10692kN，则压重施加于支墩地基的压应力为10692/20/2＝267kPa，小于支墩地基承载力特征值的1.5倍，即180×1.5＝270kPa。
(3)确定支墩边到试验桩的距离支墩边到试验桩中心的距离取2.6m，则支墩到试验桩的净距离为2.1m，满足大于等于1b且大于2m的要求。
(4)一级基准系统的安装基准梁采用12m的工字钢，两根，基准梁之间的距离取1.6m，基准梁平行于主梁方向；基准桩平行于基准梁长度方向的间距取12m，垂直于基准梁方向的间距取1.6m。
基准桩与试验桩中心的距离为6m，满足大于等于4d且大于2m的要求，d为试验桩桩径，本实施例桩径为1.0m。基准桩与压重平台支墩边的距离2.06m，不满足大于等于1.5b且大于3m的要求，b支墩宽度2m，须对基准桩进行变形监测。
(5)基准桩位移的监测可选用分辨力优于0.4mm的位移测量仪表对基准桩位移进行监测，本方案采用二级基准梁系统和百分表进行监测。二级基准梁长8米，采用悬挑4m的方式进行安装。二级基准梁的基准桩离支墩边的距离为5.64m，满足大于等于1.5b且大于3m的要求。
(6)承载力折减系数或最大试验荷载换算系数的确定本例承载力折减系数、最大试验荷载换算系数均取1.0。
(7)加卸荷程序采用分级维持荷载法。
3 测试结果(1)单桩荷载位移测试结果单桩荷载位移测试结果如表2所示。
表2 5-70号桩荷载位移测试结果
(2)基准桩位移监测结果基准桩位移监测结果如表3所示，基准梁中点位移取基准桩位移的平均值。
表3 5-70号桩基准桩位移监测结果
(3)5-70号桩桩顶荷载-桩顶修正沉降桩顶修正沉降取桩顶沉降与基准桩位移之差，桩顶荷载-桩顶修正沉降如表4所示。
表4 桩顶荷载-桩顶修正沉降关系
测试结果5-70号桩极限承载力大于等于8910kN。满足单桩承载力设计值为5400kN的验收要求。
实施例21 工程概况广东省广州市番禺区某住宅区，基础采用桩径为φ1000-1200的钻孔灌注桩，设计桩长为11～23米，单桩承载力设计值φ1000为5400kN，单桩承载力设计值φ1200为7700kN，须开展基桩竖向抗压承载力静载试验，为桩基工程验收提供依据。
工程地质概况主要由素填土、砂质粘性土、全风化片麻岩，强风化片麻岩，中风化片麻岩等组成。
本实施例以φ1200的钻孔灌注桩，单桩承载力设计值为7700kN的单桩静载试验为例。试验桩号为5-18号桩，桩长13.4m。
2 测试方案要求单桩承载力极限荷载为12710kN，采用压重平台反力装置，如图2所示。
(1)次梁450×600×11000，11根，单根梁均布荷载承载力2500kN。主梁采用500×1860×13000，两根，单根梁承载力10000kN。支墩采用长10m、宽3m的两个支墩，支墩边到试验桩中心的距离取2.6m。
(2)支墩地基荷载水平支墩地基承载力特征值为270kPa，最大堆载量为12710*1.2＝15252kN，则压重施加于支墩地基的压应力为15252/30/2＝254kPa，小于支墩地基承载力特征值270kPa。
(3)确定支墩边到试验桩的距离支墩边到试验桩中心的距离取2.6m，则支墩到试验桩的净距离为2.0m满足大于等于b/2且大于1.5m的要求。
(4)一级基准系统的安装基准梁采用12m的工字钢，两条，基准梁之间的距离取1.6m，基准梁平行于主梁的方向；基准桩平行于基准梁长度方向的间距取12m，垂直于基准梁方向的间距取1.6m。
基准桩与试验桩中心的距离为6m，满足大于等于4d且大于2m的要求，d为试验桩桩径，本实施例桩径为1.2m。基准桩与压重平台支墩边的距离2.06m，不满足大于等于1.5b且大于3m的要求，b支墩宽度2m，须对基准桩进行变形监测。
(5)基准桩位移的监测可选用分辨力优于0.4mm的位移测量仪器对基准桩位移进行监测，本实施例采用DSZ2精密自动安平水准仪对基准桩的位移进行监测，水准仪带平板测微器，分辨力0.1mm，估读至0.01mm。
(6)承载力折减系数或最大试验荷载换算系数的确定本例承载力折减系数、最大试验荷载换算系数均取1。
(7)加卸荷程序采用分级维持荷载法。
3 测试结果(1)单桩荷载位移测试结果单桩荷载位移测试结果如表5所示。
表5 5-18号桩荷载位移测试结果
(2)基准桩位移监测结果基准桩位移监测结果如表6所示，基准梁中点位移取基准桩位移的平均值。
表6 5-18号桩基准桩位移监测结果
(3)5-18桩桩顶荷载-桩顶修正沉降桩顶修正沉降取桩顶沉降与基准桩位移之差，桩顶荷载-桩顶修正沉降如表7所示。
表7 桩顶荷载-桩顶修正沉降关系
测试结果5-18号桩极限承载力大于等于12710kN。满足单桩承载力设计值为7700kN的验收要求。
实施例31 工程概况广东省珠海市某外资化工厂工程，基础拟采用桩径为φ1200的钻孔灌注桩，为指导桩基设计和施工，须开展基桩竖向抗压承载力静载试验。根据委托方要求本次试验桩数量为1根，试验荷载为12000kN，试验桩号为试1号桩。
工程地质条件本工程的地层如下①填土层棕黄和棕红色，松散，主要由砂组成，湿，层厚5.9米；②破碎中风化页岩夹层层厚0.4米；③全风化页岩风化强烈成土状，埋深6.3米，标贯11-19击，层厚大于4米；④强风化细砂岩埋深12米左右，标贯55击，层厚约6米；⑤中风化页岩埋深12米左右，层厚5.9米。
2 测试方案(1)试验荷载为12000kN。主梁采用2条500×1860×13000钢梁，每条钢梁承载力10000kN，次梁采用4条500×1500×11000钢梁，每条钢梁承载力5000kN。
(2)加载反力装置加载反力装置采用钢绞线锚杆横梁反力装置，锚杆总数为16条，单条锚杆设计抗拔力为900KN，锚杆孔径130mm，锚杆材料采用7φ5的钢绞线，钢绞线的截面积为961.6mm2，钢绞线强度标准值fprk＝1470MPa，锚杆间距为1m×1.2m。锚杆布置及锚杆横梁反力装置如图3所示。
(3)锚杆与试验桩的中心距离为6.84m，满足大于等于6d且大于2m的要求，d为锚杆直径130mm；群锚与试验桩的中心距离为7.8m，满足大于等于6d且大于2m的要求，d为群锚直径1.20m。
(4)基准桩与试验桩、锚杆的距离基准梁采用12m的工字钢，两条，基准梁之间的距离取1.6m，基准梁垂直于主梁方向；基准桩平行于基准梁长度方向的间距取12m，垂直于基准梁方向的间距取1.2m。
基准桩与试验桩的中心距离为6m，满足大于等于4d且大于2m的要求；基准桩与锚杆的距离为4.2m，满足大于等于6d且大于2m的要求。基准桩与群锚的中心距离为5.4m，不满足大于等于6d且大于2m的要求，须对基准桩位移进行检测。
(5)基准桩位移的监测可选用分辨力优于0.4mm的位移测量仪器对基准桩变形进行监测，本方案采用二级基准梁系统和百分表进行检测。二级基准梁长8米，采用悬挑4m的方式进行安装。二级基准梁的基准桩离支群锚的中心距离为7.5m，满足大于等于6d且大于2m的要求。
(6)加卸载程序采用分级循环加载卸程序。
试验加、卸载采用循环加载程序，分4个循环进行加卸荷。
第一循环最大试验荷载3000kN，按0、1500kN、3000kN进行加卸荷。
第二循环最大试验荷载6000kN，按0、3000kN、4500kN、6000kN进行加卸荷。
第三循环最大试验荷载9000kN，按0、3000kN、6000kN、7500kN、9000kN进行加卸荷。
第四循环最大试验荷载12000kN，按0、3000kN、6000kN、9000kN、10500kN、12000kN进行加卸荷。
(7)承载力折减系数的确定本实施例承载力折减系数、最大试验荷载换算系数均取1。
3 测试结果第一循环试验荷载1500kN，总沉降量为0.55mm，回弹量为0.33mm，残余沉降量为0.22mm。
第二循环试验荷载6000kN时，总沉降量为3.03mm，回弹量为2.15mm，残余沉降量为0.88mm。
第三循环试验荷载9000kN时，总沉降量为7.91mm。
第四循环试验荷载12000kN时，总沉降量为10.09mm，回弹量为5.40mm，残余沉降量为4.69mm。
综合分析该桩极限承载力大于等于12000kN。
实施例41 工程概况广东省云浮市三河洲某住宅区，基础采用桩径为φ1000-1400的钻孔灌注桩，设计桩长为5～10米，单桩承载力设计值φ1000为4600kN，单桩承载力设计值φ1200为6300kN，单桩承载力设计值φ1400为8100kN，，须开展基桩竖向抗压承载力静载试验，为桩基工程验收提供依据。
工程地质概况主要由砾质粘性土、白云质中分化岩，白云质微风化岩。
本实施例以φ1200的钻孔灌注桩，单桩承载力设计值为6300kN的单桩静载试验为例。试验桩号为CA11号桩，桩长6.9m。
2 测试方案2 测试方案(1)按设计要求极限荷载为12600kN。主梁采用2条500×1860×13000钢梁，每条钢梁承载力10000kN，次梁采用4条500×1500×11000钢梁，每条钢梁承载力5000kN。
(2)加载反力装置加载反力装置采用锚桩横梁反力装置，锚桩总数为4条根，单根桩抗拔承载力为3500KN，锚桩桩径1200mm，锚桩与试验桩的间距为4.8m。锚桩横梁反力装置如图4所示。
(3)锚桩与试验桩的中心距离为4d即4.8m，不满足大于等于6d且大于2m的要求，d为锚桩直径1.2m；须对承载力进行折减。
(4)基准桩与试验桩、锚桩之间的距离基准梁采用12m的工字钢，两条，基准梁之间的距离取1.6m，基准桩平行于基准梁长度方向的间距取1.2m，垂直于基准梁方向的间距取1.6m。基准桩与试验桩的中心距离为6m，满足大于等于4d且大于2m的要求；基准桩与锚桩的距离为4.92m，不满足大于等于6d且大于2m的要求，须对基准桩位移进行检测。
(5)基准桩位移的监测可选用分辨力优于0.4mm的位移测量仪表对基准桩位移进行监测，本方案采用二级基准梁系统和百分表进行检测。二级基准梁长8米，采用悬挑4m的方式进行安装。二级基准梁的基准桩离支群锚的中心距离为8.3m，满足大于等于6d且大于2m的要求。
(6)加卸载程序采用分级维持荷载法。
(7)承载力折减系数的确定锚桩与试验桩的中心距离为4d，本例承载力折减系数取0.90，最大试验荷载换算系数取1/0.90。最大试验荷载取12600*1/0.90＝14000kN。
(8)测试结果测试结果如表8所示。
表8 5-18号桩荷载位移测试结果
该桩极限承载力为1400*0.90＝12600kN。满足工程桩承载力特征值为6300kN的验收要求。
权利要求
1.一种单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，其特征是包括以下具体测试措施(1)确定基准点的选取原则选取反力荷载、试验桩荷载对地基变形影响小于1mm的地基变形点作为基准点；(2)确定反力荷载对试验桩抗压承载能力影响量的控制原则反力荷载对试验桩抗压承载能力的影响量小于5％最大加载量；(3)确定位移测量仪表的技术参数位移测量仪表的最小分度值不大于抗压试验桩临界位移40mm的1.0％即0.4mm，示值误差不大于±1.0％FS；(4)确定压重平台支墩与试验桩之间的距离①在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于1b且大于2m，其中b为支墩宽度；②在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的条件下，支墩与试验桩的净距离为大于等于b/2且大于1.5m；(5)确定锚桩与试验桩之间的中心距离①锚桩与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，其中d为锚桩的直径或边宽；②选取锚桩与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数；(6)确定锚杆与试验桩之间的中心距离①对锚杆横梁反力装置，锚杆与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，d为锚杆直径；②对群锚横梁反力装置，群锚与试验桩的中心距离大于等于6d且大于2m，其中d为群锚的直径或边宽；③对群锚横梁反力装置，选取群锚与试验桩的中心距离为3d-5d且大于2m，此条件下获得的承载力需乘以承载力折减系数；(7)确定基准桩与支墩、锚桩、锚杆、试验桩之间的距离①在压重施加于支墩地基的压应力满足小于等于支墩地基承载力特征值的1.5倍的条件下，基准桩与支墩边的距离大于等于1.5b且大于3m；②采取支墩地基沉降稳定后再开始试验的措施，基准桩与支墩边的距离大于等于1b且大于2m；③基准桩与抗压桩的中心距离大于等于4d且大于2m，在d大于等于1.5m的条件下取大于等于6m；④基准桩与抗拔桩的中心距离大于等于6d且大于2m，在d大于等于1.0m的条件下取大于等于6m；⑤基准桩与锚杆的中心距离大于等于6d且大于2m，在群锚直径d大于等于1.0m的条件下取大于等于6m；⑥在抗压桩桩径大于1.5m、抗拔桩桩径大于1.0m，且基准桩与抗压桩、抗拔桩的中心距离取6m的条件下，根据实际情况确定是否采取对基准桩位移的监测措施；(8)确定基准桩的监测措施①在基准桩的位移超过1mm的条件下，采用第二级位移测量系统对基准桩的位移进行监测；②第一级位移测量系统测量试验桩相对于基准桩的沉降，第二级位移测量系统测量基准桩相对于基准点的位移；③第二级位移测量系统采用与第一级同样的基准梁系统、位移测试仪表进行测量，或采用分辨率优于0.4mm的位移测量仪器进行测量；(9)确定承载力折减系数对锚桩横梁反力装置、群锚横梁反力装置，在锚桩、群锚与试验桩的中心距离为5d、4d、3d的条件下，承载力折减系数分别取0.95、0.90、0.85。
2.根据权利要求1所述的单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，其特征是确定最大试验荷载换算系数对工程桩的验收检测，最大试验荷载换算系数取承载力折减系数的倒数，其最大试验荷载取设计要求的极限荷载与最大试验荷载换算系数的乘积，在承载力折减系数取1.0、0.95、0.90、0.85的条件下，最大试验荷载换算系数分别取1/1.0、1/0.95、1/0.90、1/0.85。
3.根据权利要求1所述的这种单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，其特征是确定位移测量误差的控制标准位移测量误差小于5％的所测总位移。
全文摘要
本发明公开了一种单桩竖向抗压静载试验的改进测试方法，具体改进措施包括基准点的选取原则、反力荷载对试验桩承载能力影响量的控制原则、位移测量仪表的技术参数要求；确定压重平台支墩、锚桩、锚杆与试验桩之间距离的措施；确定基准桩与支墩、锚桩、锚杆、试验桩之间距离的措施；基准桩的监测措施，承载力折减系数的确定方法。本发明合理控制与消除了反力荷载对试验桩抗压承载力的影响，兼顾了现行国内规范的现状、运输条件和现场试验条件的限制，可解决国内规范关于试验桩、反力支座、基准桩之间距离的不恰当规定，在特定试验条件下与ASTMD1143接轨，使单桩竖向抗压静载试验更具有可操作性和更强的工程实用性，提高了测试测结果的准确性，降低了测试成本。
文档编号E02D33/00GK101046098SQ20071002769
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者李广平, 徐天平, 吴伟衡, 李超华, 张珊菊, 花蓓, 李浩年, 毛良基 申请人:广东省建筑科学研究院