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桩基承载力自平衡法检测方案

试验桩自平衡法、声波透射法检测方案

1概述

1.1工程概况

为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，根据国家规范和设计有关文件，对该工程指定的试桩采用静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采用声波透射法进行桩身完整性检测。

1.2试验目的

1.确定桩身完整性

2.确定单桩竖向抗压极限承载力

1.3试验依据

1．《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

2．《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）

3．《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009）

4．《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）

6.设计图纸

7.地质报告

2地质情况

依据勘察报告，、各岩土层相关灌注桩桩基参数建议如下表：

层号

土层名称

fak

（kPa）

抗拔系数λ

钻孔灌注桩

后注浆增强系数

qsik

（kPa）

qpk

（kPa）

βsi

βp

2

②粉质粘土

120

0.70

45

1.4

3

③粘土

130

0.70

45

1.4

4

④粘土

140

0.70

50

1.4

5

⑤粉质粘土

140

0.70

50

1.4

⑤1粉土

150

0.70

40

1.4

6

⑥粉质粘土

150

0.70

50

1.4

⑥1中粗砂

160

0.60

45

1.7

层号

土层名称

fak

（kPa）

抗拔系数λ

钻孔灌注桩

后注浆增强系数

qsik

（kPa）

qpk

（kPa）

βsi

βp

7

⑦粉质粘土

150

0.70

55

1.4

⑦1粘土

160

0.70

60

1.4

⑦2细砂

160

0.60

45

1.6

8

⑧粘土

190

0.75

70

1.4

⑧1粉质粘土

170

0.70

65

1.4

⑧2砾岩

260

0.50

130

2.0

9

⑨粉质粘土

200

0.70

70

1.4

⑨1粘土

220

0.75

75

1.4

10

⑩辉长岩残积土

220

65

1.4

11

⑪全风化辉长岩

300

80

1.4

12

⑫强风化辉长岩

500

140

1800

1.4

2.0

⑫1强风化辉长岩

600

160

2200

1.4

2.0

3桩身完整性检测

声波透射法测试原理

声波透射法检测仪器设备及现场联接如下图所示。

声波透射法试验示意图

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：

由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。

测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。

测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。

换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。

说明：

桩身完整性判定见《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014中表10.5.11。

4单桩竖向抗压静载试验（自平衡法）

4.1自平衡试验简介

自平衡法由1960年代的以色列AfarVasela公司开创并于1979年申请了专利称为通莫静载法（T-pile®）。

其检测原理是将一种特制的加载装置—通莫荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置（具体位置根据试验的不同目的而定），将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置（位移、应变等）从桩体引到地面，然后灌注成桩。

由加压泵在地面向荷载箱加压加载，荷载箱产生上下两个方向的力，并传递到桩身。

由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据：

荷载箱以上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数；荷载箱以下部分，我们获得正向加载时下部分桩体的相应反应参数．通过对加载力与这些参数（位移、应变等）之间关系的计算和分析，我们不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据。

这种方法可以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检验。

1980年代中期，通莫静载法（T-pile®）传入了美国，并在国际基础工程行业进行了广泛的使用。

1990年代后期，通过美国和中国的学术交流，这种方法也被引入了中国，其原理被国内业界称为自平衡法。

1999年6月制订了江苏省地方标准，2002年建设部和科技部重点推广技术。

目前该法应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中。

国内试验单桩最大承载力高达20000吨，最在桩径2.8m，最大桩长125m。

4.2自平衡测试法优点

传统的桩基荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。

两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶的反力，前者通过反力架上的堆重与之平衡，后者通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡。

其存在的主要问题是：

前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆入及运输问题，后者必须设置多根锚桩及反力大梁，不仅所需费用昂贵，时间较长，而且易受吨位和场地条件的限制（堆载法目前国内试桩最大极限承载力仅达3000吨，锚桩法的试桩最大极限承载力也不超过4000吨），以致许多大吨位桩和特殊场地的桩（如山地、桥桩）的承载力往往得不一准确数据，基桩的潜力得不到合理发挥，这是桩基础领域面临的一大难题。

自平衡测桩法与传统测桩法相比具有以下几方面的优点：

桩基自平衡检测法具有以下优点：

1.试验装置简便

与传统锚桩法或堆载法相比，其试验装置比较简单，不需要数量巨大的堆载物，更不需要构筑笨重的反力架，试桩的准备工作省时、省力、安全、环保、占用场地少，这是传统桩基承载力试验方法的最大区别，也是其最显著的优点。

2.试验投资较低

根据有关工程统计资料表明，桩基自平衡测试方法与传统桩基承载力试验方法相比，尽管荷载箱为一次性投入的器件，但其他可以节省大量的试验费用，一般可降低30%~50%。

具体比例可根据桩与地质条件而定，工程实践证明，吨位越大的桩试验节省投资越明显。

3.试验桩可利用

桩基自平衡测试完毕后，试验桩可以不必废除，仍可作为工程桩使用，必要时可利用压浆管对试桩底进行压力灌浆处理。

这样，可以做到测试桩与工程桩实现有机地结合，从而也可以降低整个桩基工程的投资。

4.应用范围广泛

桩基自平衡测试方法，不仅可用于普通施工场地土基的试桩，而且在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩、大吨位桩等情况下，更可以显示出这种测试方法的优越性

5.缩短测试时间

采用桩基自平衡测试方法，由于试桩的成桩工艺和质量控制标准与工程桩一致，不必要其他施工机械和质量控制，所以，不仅易于掌握试桩的操作工艺，而且还可以大大缩短整个测试时间，从而可加快桩基工程的施工速度。

6.方便重复试验

在试桩自平衡测试过程中，如果采用双荷载箱或多荷载箱技术，可以在不同的桩端深度和同一桩端深度的不同时间，在同一根桩上方便地进行重复试验，也可以测试桩体压浆前后试桩的不同效果。

7.测试结果可靠

桩基自平衡测试方法，利用桩的侧向阻力和端部阻力互为反力，可以测得侧向阻力与端部阻力和各自的荷载–位移曲线。

试验荷载可以保留所需要的任意长时间段，可以实测桩侧和桩端阻力的蠕变行为的数据。

因此，这种测试方法所测得的结果比较可靠。

4.3检测原理

自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。

自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。

它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。

顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒。

将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。

试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥，见下图。

由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试。

自平衡试验示意图

4.4平衡点计算

计算依据：

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）表5.3.9及表5.4.6-2（抗拔桩承载力验算）、《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009）。

荷载箱上部按抗拔桩计算，下部按抗压桩试桩进行计算，抗拔系数、后注浆增强系数参见设计图纸。

4.5试验装置

1.加载系统

包括加载油泵、荷载箱以及加压油管。

本次试验采用的荷载箱为特制的专业荷载箱。

荷载箱大样

（1）荷载箱的安装埋设

为保证桩基质量和试桩的成功，埋设荷载箱时，将有以下安全措施：

a）为保证桩体因加载产生应力集中而破坏，荷载箱附近钢筋笼箍筋适当加密。

b）荷载箱与上下钢筋笼连接强度适当，以方便试验时打开荷载箱。

c）荷载箱与上下钢筋笼连接处，焊接锥形导向筋，以方便导管由荷载箱中心孔穿入。

（2）荷载箱安装位置:

利用地质报告的资料，计算荷载箱的位置，预先将荷载箱安装在钢筋笼的相应位置。

当放置在桩身中部时，荷载箱中间留有通孔，便于混凝土导管连续浇灌混凝土。

2.数据采集系统

项目的数据采集，采用自动载荷仪记录方式。

记录内容包括：

油压，荷载箱上部位移，荷载箱下部位移等。

3.数据传感装置

（1）位移传感器：

传统的位移棒作为位移测量的装置，安装要求高，安装效率低，特别是不适应长桩的检测。

此次项目采用位移丝外套护管的方式，以简化安装过程并提高检测精度。

检测点截面引出若干组位移丝（通常4组），到桩顶后，将这些位移丝进行固定，并读取这些位移的平均值。

位移值由位移传感器（或百分表）进行测量，其读数精确到0.01mm。

（2）位移丝将穿在钢管中引至地面。

（3）先进的位移传感器固定结构的设计和安装，在原理上保证了位移测量值只受桩体位移和基准梁运动的影响。

测试示意图

4.6试验桩施工要求

检测桩除严格满足相应基桩检测技术规范及设计图纸要求外，由于自平衡测桩法的需要，自平衡检测桩施工时应注意以下几点：

1.绑扎和焊接钢筋笼，由施工单位负责、检测单位现场指导，并保证位移管（声测管）机械套丝管箍连接，确保护管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体。

2.荷载箱应立放在场地上，钢筋笼所有主筋与荷载箱外缘围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离，保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘点焊后满焊，保证荷载箱水平度小于5‰。

3.工程桩混凝土标高以图纸为依据，导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷载箱处上翻。

4.埋完荷载箱，保护加压油管及位移线。

5.灌注混凝土时，要求制作一定量的混凝土试块，待测试时作混凝土强度试验。

6.检测期间应保证不间断供电（380V、220V两种电源），检测桩周围10米内不得有较大的振动。

4.7检测前期室内工作安排

1.理论分析计算

（1）由设计单位提供桩基设计承载力要求。

（2）检测单位根据地勘资料进行桩基极限承载力分析。

（3）检测单位按自平衡法检测桩理论进行计算，确定平衡点及试验荷载值。

2.仪器、设备测试元件的标定

（1）加载系统（电动油泵、高压油管、荷载箱等）

加载前由省计量部门进行系统标定后，由生产厂家进行系统试压，以确保试验荷载的准确性。

（2）测试仪器的标定

所有设备（电子百分表、压力表、应变计）由法定计量标准站在实验室进行调试、标定。

4.8检测桩前期现场工作

1.检查荷载箱是否正常工作，仪器初调；

2.布置平衡梁（基准梁）；

3.测混凝土试块强度，由施工单位负责；

4.搭设防风蓬架，尽量减少外部环境（风、温度）的影响，由施工单位负责。

4.9现场检测工作

现场检测时，由业主组织协调各方关系，以保证测试顺利进行；

施工方协助检测方完成检测辅助工作，负责基准桩打入及平衡梁准备工作；

检测方做好检测记录、核对加载吨位，桩身位移等数据。

在整个检测过程中做好仪器设备的防冲击、防振动和免受气候条件的影响措施，并及时整理、计算出相关数据。

4.10检测程序

1.加、卸载分级

加载分级：

每级加载值为预估极限承载力的1/10。

卸载分级：

卸载分5级进行。

2.观测程序

（1）加载量测：

每级加载后在第1h内应在5、10、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次。

电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，同时在电脑屏幕上显示Q-s曲线、s-lgt曲线和s-lgQ曲线。

（2）卸载量测：

每级荷载卸载后，应观测桩顶的回弹量，观测办法与加载相同。

卸载到零后，至少在3h观测残余变形。

测读时间间隔同加载。

（3）稳定标准：

每级加载每一小时的向上、向下位移量均不大于0.1mm，并连续出现2次（从加载后30min开始，按1.5h连续三次每30min的位移量计算）。

每级荷载下位移达到稳定标准时，再施加下一级荷载。

（4）抗压终止加载条件：

1）位移量大于或等于40mm，本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载的位移量的5倍时，加载即可终止。

取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

2）总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h未达稳定，加载即可终止。

取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

3）总位移量小于40mm，但荷载已达到压力箱极限或位移达到荷载箱行程，加载即可终止，取此最大加载值荷载为极限荷载。

4）对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取40mm对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对于直径大于或等于800mm的桩，可取0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。

4.11试验数据的分析、整理

单桩竖向抗压极限承载力判断标准

根据《基桩自平衡法静载试验技术规程》（DGJ32/TJ77-2009），工程桩竖向抗压极限承载力为：

Qu=

+Q

式中，Qu——单桩竖向抗压极限承载力；

Qus——荷载箱上部桩的极限加载值；

Qux——荷载箱下部桩的极限加载值；

W——荷载箱上部桩有效自重；

——荷载箱上部桩侧阻力修正系数。

5所需配合事项

自平衡方法测试：

我中心负责提供测试设备及相关设备安装时的现场人员技术指导，试验测试。

其它荷载箱（测力元件）焊接、吊装、位移丝的穿引、油管（位移丝）保护、桩头处理等工作均由施工方完成。

因设备安装时要求较高，需施工各方积极配合，以确保试验正常进行。

试验完成后，需施工单位对工程桩桩底荷载箱进行高压注浆处理，以确保桩基安全，浆液以425高标号水泥，水灰比0.5。

6工期及检测资料

试验进度安排如下（不含抗拔桩检测），详细见下表：

1.自平衡试验于注浆完成后15d进行自平衡试验。

每组试验时间约需要1天。

2.检测工作全部完成后，10个工作日内提供最终报告。

7安全措施

1.参与检测的相关人员必须按相关安全生产规程及现场工作安全措施进行工作。

2.进入试验场地戴好安全帽。

3.设备吊装时，应做好安全防护措施，与工作无关人员应远离现场。

4.保证用电安全，接电应由专业电工完成，用电设备由其检查合格后方可使用。

5.试验人员还应遵守现场施工安全规定及工地具体安全细则

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