[科普中国]-单桩横向载荷试验

概述简介

进行单桩的横向静载试验的目的是通过试验确定试桩的横向承载能力、推求桩周土的横向地基系数，以确定实际工程桩在水平荷载作用下的受力特性。因为试验桩一般设置为竖直方向，施加的荷载便成为水平，故也称为水平荷载试验或水平推力试验。1

试验的目的通过试验一般可以获得下列成果：

（1）确定试桩的承载能力。检验和确定试桩的承载能力是试验的主要目的之一。试桩的承载力可直接由试验施加的荷载和其作用点的位移的关系曲线来判断，也可根据实测的桩身应变来判定。

（2）确定试桩在各级荷载作用下的弯矩分布规律。桩身弯矩是判断和检验桩身强度的依据，同时也是推求地基不同深度处地基系数的依据。因此要求通过试验能尽量精确求得试桩在各级荷载作用下的弯矩分布图。一般来讲试桩的条件（如桩顶约束、自由长度、抗弯刚度等）很难和工程桩的情况完全保持一致，所以要确定工程桩在水平荷载作用下的受力特性，必须把试桩成果进行转化，而利用试桩求得的地基反力系数是实现这种转化的关键。

（3）弹性地基系数的确定。目前国内常用弹性地基系数法来近似确定水平荷载作用下桩的受力特性，最常用的方法有张法、C法、m法、K法等。它们各自假定了地基反力系数沿深度的不同分布图式，因此都有一定的适用范围。通过试验能选择一种比较符合实际的计算图式及相应的地基系数，以供设计使用。

（4）推求实际地基反力系数。实际地基反力系数沿深度的分布图式是比较复杂的，且随侧向位移的变化是非线性的。弹性地基系数法虽然使用比较方便，但误差较大，其值往往受到不同试验条件的影响，取值困难。因此，最好的方法是通过试验直接获得地基不同深度处的土抗力和侧向位移之间的关系，并用它来分析工程桩在水平荷载作用下的受力特性。

总之，进行桩的横向静载试验的目的之一是确定试验区域的地基，特别是浅层地基的力学性能，因此试验场地必须具有代表性，尤其是试桩区的浅层地基必须能代表实际工程的情况。2

试验装置一般采用千斤顶施加水平力，力的作用线应通过工程桩基承台标高处，千斤顶与试桩接触处宜设置球铰，以保证作用力能水平通过桩身轴线。桩的水平位移宜用大量程百分表量测，若须测定地面以上桩身转角，在水平力作用线以上500mm左右还应安装一或两只百分表。固定百分表的基准桩与试桩的净距不少于一倍试桩直径。3

试验加载方法
一般采用单向多循环加卸载法，每级荷载增量为预估水平极限承载力的 ~ ，根据桩径大小并适当考虑土层软硬，对于直径300～1000mm的桩、每级荷载增量可取2.5～20kN。每级荷载施加后，恒载4 min 测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，或加载、卸载各10min ，如此循环5次，再施加下一级荷载。对于个别承受长期水平荷载的桩基也可采用慢速连续加载法进行，其稳定标准可参照竖向静载荷试验确定3

试验成果的整理分析绘制水平荷载与力作用点位移关系曲线绘制该图时，对单循环连续加载法试验，其荷载作用点的位移可取荷载稳定时间内的最后一次读数。对多循环加载可取各级荷载作用下最后一次循环的位移值，有了该曲线即可判断该桩的承载力。中、长桩在水平荷载作用下，随着荷载增加，桩前土体开始出现塑性区，并不断向前、向深度方向扩展，一直到桩身破坏为止，因此其承载力主要取决于桩本身的材料强度。

确定试桩的特征荷载与极限承载力（1）临界荷载

混凝土桩（包括预制桩和灌注桩）的最大弯矩截面的受拉区开始出现微小裂纹时的状态称为临界状态，所对应的荷载为临界荷载，在力和位移（H-YH）关系曲线上，该级荷载引起的位移增量将比上级有明显增加；如绘制在双对数坐标系中，lgH-lgYH图上将出现第一个折线交点。

（2）极限荷载

当混凝土桩的最大弯矩截面的受拉区混凝土全部退出工作，钢筋发生屈服时，或钢桩该截面最大应力达到屈服应力时，相应的状态称为极限状态。对应的水平荷载称为极限荷载。在H-YH曲线上该荷载作用下的位移急剧增加，并出现明显转折点。在lgH-lgYH图中将出现第二个折线交点。对钢桩则仅出现对应于极限荷载的第二个转折点。国内有些部门考虑到上部建筑物不允许产生较大位移。对这类试桩可根据各部门相应规范规定的允许地面位移来确定其承载力，并和桩身强度确定的承载力相比较，取其小值为该桩的极限承载力。由于试桩和实际工程桩的桩顶约束、自由长度等很难完全保持一致，所以试验得到的承载力仅代表试桩的承载力。2