6.4 检测数据分析与判定
6.4.1 检测数据的处理应符合下列规定:
1. 采用单向多循环加载法时,应分别绘制水平力-时间-作用点位移(H-t-Y0)关系曲线和水平力-位移梯度(H-△Y0/△H)关系曲线;
2. 采用慢速维持荷载法时,应分别绘制水平力-力作用点位移(H-Y0)关系曲线、水平力-位移梯度(H-△Y0/△H)关系曲线、力作用点位移-时间对数(Y0-1gt)关系曲线和水平力-力作用点位移双对数(1gH-1gY0)关系曲线;
3. 绘制水平力、水平力作用点水平位移-地基土水平抗力系数的比例系数的关系曲线(H-m、Y0-m)。
6.4.2 当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处时;m值应按下列公式确定:
式中:m——地基土水平抗力系数的比例系数(kN/m4);
α——桩的水平变形系数(m-1);
νy——桩顶水平位移系数,由式(6.4.2-2)试算α,当αh≥4.0时(h为桩的入土深度),νy=2.441;
H——作用于地面的水平力(kN);
Y0——水平力作用点的水平位移(m);
EI——桩身抗弯刚度(kN·m2);其中E为桩身材料弹性模量,I为桩身换算截面惯性矩;
b0——桩身计算宽度(m);对于圆形桩:当桩径D≤1m时,b0=0.9(1.5D+0.5);当桩径D>1m时,
b0=0.9(D+1);对于矩形桩,当边宽B≤1m时,b0=1.5B+0.5,当边宽B>1m时,b0=B+1。
6.4.3 对进行桩身横截面弯曲应变测定的试验,应绘制下列曲线,且应列表给出相应的数据:
1. 各级水平力作用下的桩身弯矩分布图;
2. 水平力-最大弯矩截面钢筋拉应力(H-σs)曲线。
6.4.4 单桩的水平临界荷载可按下列方法综合确定:
1. 取单向多循环加载法时的H-t-Y0曲线或慢速维持荷载法时的H-Y0曲线出现拐点的前一级水平荷载值;
2. 取H-△Y0/△H曲线或1gH-1gY0曲线上第一拐点对应的水平荷载值;
3. 取H-σs曲线第一拐点对应的水平荷载值。
6.4.5 单桩水平极限承载力可按下列方法确定:
1. 取单向多循环加载法时的H-t-Y0曲线产生明显陡降的前一级,或慢速维持荷载法时的H-Y0曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值;
2. 取慢速维持荷载法时的Y0-1gt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值;
3. 取H-△Y0/△H曲线或1gH-1gY0曲线上第二拐点对应的水平荷载值;
4. 取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。
6.4.6 为设计提供依据的水平极限承载力和水平临界荷载,可按本规范第4.4.3条的统计方法确定。
6.4.7 单桩水平承载力特征值的确定应符合下列规定:
1. 当桩身不允许开裂或灌注桩的桩身配筋率小于0.65%时,可取水平临界荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值。
2. 对钢筋混凝土预制桩、钢桩和桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩,可取设计桩顶标高处水平位移所对应荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值;水平位移可按下列规定取值:
1)对水平位移敏感的建筑物取6mm;
2)对水平位移不敏感的建筑物取10mm。
3. 取设计要求的水平允许位移对应的荷载作为单桩水平承载力特征值,且应满足桩身抗裂要求。
6.4.8 检测报告除应包括本规范第3.5.3条规定的内容外,尚应包括下列内容:
1. 受检桩桩位对应的地质柱状图;
2. 受检桩的截面尺寸及配筋情况;
3. 加、卸载方法;
4. 本规范第6.4.1条要求绘制的曲线;
5. 承载力判定依据;
6. 当进行钢筋应力测试并由此计算桩身弯矩时,应包括传感器类型、安装位置、内力计算方法以及本规范第6.4.2条要求的计算结果。
条文说明
6.4 检测数据分析与判定
6.4.2 本条中的地基土水平抗力系数随深度增长的比例系数m值的计算公式仅适用于水平力作用点至试坑地面的桩自由长度为零时的情况。按桩、土相对刚度不同,水平荷载作用下的桩-土体系有两种工作状态和破坏机理,一种是“刚性短桩”,因转动或平移而破坏,相当于αh<2.5时的情况;另一种是工程中常见的“弹性长桩”,桩身产生挠曲变形,桩下段嵌固于土中不能转动,即本条中αh≥4.0的情况。在2.5≤αh<4.0范围内,称为“有限长度的中长桩”。《建筑桩基技术规范》JGJ 94对中长桩的νy变化给出了具体数值(见表2)。因此,在按式(6.4.2-1)计算m值时,应先试算αh值,以确定αh是否大于或等于4.0,若在2.5~4.0范围以内,应调整νy值重新计算m值(有些行业标准不考虑)。当αh<2.5时,式(6.4.2-1)不适用。
表2 桩顶水平位移系数νy
注:当αh>4.0时取αh=4.0。
试验得到的地基土水平抗力系数的比例系数m不是一个常量,而是随地面水平位移及荷载而变化的曲线。
6.4.4 对于混凝土长桩或中长桩,随着水平荷载的增加,桩侧土体的塑性区自上而下逐渐开展扩大,最大弯矩断面下移,最后形成桩身结构的破坏。所测水平临界荷载Hcr为桩身产生开裂前所对应的水平荷载。因为只有混凝土桩才会产生开裂,故只有混凝土桩才有临界荷载。
6.4.5 单桩水平极限承载力是对应于桩身折断或桩身钢筋应力达到屈服时的前一级水平荷载。
6.4.7 单桩水平承载力特征值除与桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值有关外,还与桩顶边界条件(嵌固情况和桩顶竖向荷载大小)有关。由于建筑工程基桩的桩顶嵌入承台深度通常较浅,桩与承台连接的实际约束条件介于固接与铰接之间,这种连接相对于桩顶完全自由时可减少桩顶位移,相对于桩顶完全固接时可降低桩顶约束弯矩并重新分配桩身弯矩。如果桩顶完全固接,水平承载力按位移控制时,是桩顶自由时的2.60倍;对较低配筋率的灌注桩按桩身强度(开裂)控制时,由于桩顶弯矩的增加,水平临界承载力是桩顶自由时的0.83倍。如果考虑桩顶竖向荷载作用,混凝土桩的水平承载力将会产生变化,桩顶荷载是压力,其水平承载力增加,反之减小。
桩顶自由的单桩水平试验得到的承载力和弯矩仅代表试桩条件的情况,要得到符合实际工程桩嵌固条件的受力特性,需将试桩结果转化,而求得地基土水平抗力系数是实现这一转化的关键。考虑到水平荷载-位移关系的非线性且m值随荷载或位移增加而减小,有必要给出H-m和Y0-m曲线并按以下考虑确定m值:
1. 可按设计给出的实际荷载或桩顶位移确定m值;
2. 设计未作具体规定的,可取水平承载力特征值对应的m值。
与竖向抗压、抗拔桩不同,混凝土桩(除高配筋率桩外)在水平荷载作用下的破坏模式一般为弯曲破坏,极限承载力由桩身强度控制。在单桩水平承载力特征值Ha的确定上,不采用水平极限承载力除以某一固定安全系数的做法,而是把桩身强度、开裂或允许位移等条件作为控制因素。也正是因为水平承载桩的承载能力极限状态主要受桩身强度(抗弯刚度)制约,通过水平静载试验给出的极限承载力和极限弯矩对强度控制设计非常必要。
抗裂要求不仅涉及桩身抗弯刚度,也涉及桩的耐久性。虽然本条第3款可按设计要求的水平允许位移确定水平承载力,但根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010,只有裂缝控制等级为三级的构件,才允许出现裂缝,且桩所处的环境类别至少是二级以上(含二级),裂缝宽度限值为0.2mm。因此,当裂缝控制等级为一、二级时,水平承载力特征值就不应超过水平临界荷载。