某大桥基桩自平衡法检测方案.docx

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某大桥基桩自平衡法检测方案

湖北xxx大桥工程基桩

自平衡法试桩

检

测

方

案

一、概述

1、概况

1.1工程概况

拟建项目位于湖北省xx区，为市政工程。

因工程需要进行单桩竖向抗压极限承载力检测。

为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，提供桩基础设计和施工实施科学的依据，本方案采用自平衡法静载对其进行试桩检测。

1.2试验目的

1）提供试验的单桩竖向极限承载力；

2）提供试桩在各级荷载作用下的采集数据的汇总表；

3）提供相关曲线及试桩分析报告；

4）提供分层侧摩阻力；

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）《基桩自平衡静载试验法检测技术规程》（DB62/T25-3065-2013）

4）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

5）《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009）

6）设计图纸及岩土工程勘察报告

2、试桩资料

2.1荷载箱埋设位置

桩号

桩径（m）

桩长（m）

荷载箱埋设位置

特征值（kN）

混凝土导管通道（mm）

参考柱状图

YK1+752.908

1.8

45

桩端以上6m

12000

550

SVI-V-4-42

备注

注：

1）荷载箱每个导管通道预留550mm。

导管最宽处（含法兰头）应小于350mm。

2）安装后检测前土建施工单位必须做好管线（位移拉索和油管）保护工作，如被破坏，我方将不对检测结果负责。

3）声测管和桩端桩侧后注浆管均由施工单位提供。

4）试验后荷载箱打开面处注浆和桩端桩侧后注浆均由施工单位实施。

5）要求全笼到地面，桩顶到地面需布置简易钢筋笼，主筋数量12根或以上。

6）增强系数按1.2倍考虑。

2.2平衡点计算

参考柱状图

工程名称

襄阳苏岭山大桥

试桩编号

YK1+752.908

荷载箱位置

桩端向上6米

桩径（m）

1.8

桩长（m）

45

计算参考柱状图

CQZK13

土层编号

土层名称

桩侧摩阻力标准值

qsik（kPa）

端阻力标准值qpk（kPa）

负摩阻系数

a

层厚Li

（m）

竖向qsik*Li

修正后侧阻a*qsik*Li

②-1

粉质粘土

50

0.7

1.5

75.0

52.5

②-2

粉质粘土

40

0.7

1.9

76.0

53.2

②-3

淤泥质粉质粘土夹粉质粘

20

0.7

1.1

22.0

15.4

②-4

粉砂

20

0.7

3.5

70.0

49.0

②-5

圆砾

100

0.7

5

500.0

350.0

②-6

圆砾

140

0.7

12.2

1708.0

1195.6

②-6b

粉砂

70

0.7

1

70.0

49.0

②-6c

粉质粘土

60

0.7

4.3

258.0

180.6

②-6

圆砾

140

0.7

4.5

630.0

441.0

②-6

圆砾

140

0.7

4

560.0

470.4

荷载箱位置

②-6

圆砾

140

4116

1.00

6

840.0

840.0

上段桩侧阻和

2856.7

上段桩极限侧阻力

16146.1

上段桩自重

2479.8

上段桩极限上托力

18625.9

下段桩侧阻和

840.0

下段桩极限侧阻力

5697.2

下段桩极限端承力

12562.4

下段桩极限承载力

18259.6

荷载箱标高

桩端上6米

6.0

上段桩长

39.0

总桩长

45.0

2.3钢筋计埋设位置

从桩顶到桩端每根桩放9层钢筋计，每层放3套钢筋计，合计27套钢筋计。

钢筋笼主筋直径28mm，放置位置根据现场实际情况确定。

3、工程地质概况

根据场地岩土工程勘察报告，场地桩长范围内主要地层分布参见下表。

地基基础设计主要岩土参数一览表

土层

桩侧阻力特征值（kPa）

桩的极限端阻力标准值

承载力特征值fak（kPa）

桩的极限端阻力标准值

qpk（kPa）

-1

①-1杂填土

40

80

②-1粉质粘土

50

120

②-2粉质粘土

40

80

②-3淤泥质粉质粘土夹粉质粘土

20

60

②-4粉砂

20

100

②-4a圆砾

100

300

②-5圆砾

100

300

②-6圆砾

140

500

②-6a粉砂夹细砂、中砂及粗砂

40

200

②-6b粉砂

70

400

②-6c粉质粘土

60

190

②-6d粉砂夹细砂、中砂及粗砂

40

200

③-1粘土

90

420

③-2粘土

110

450

③-3粉砂

55

200

二、基桩承载力自平衡法静载试验

1、试验原理及优点

1.1 自平衡法原理

自平衡法的检测原理是将一种特制的加载装置—自平衡荷载箱，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、应力等）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、应力等）之间关系的计算和分析，我们可以获得桩基承载力等一系列数据。

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验证。

1.2 自平衡法优点

与传统的静载试验（检测）方法（堆载法和锚桩法）相比，自平衡法具有以下特点：

1、省力：

没有堆载，也不要笨重的反力架，检测十分简单、方便、安全。

2、省时：

土体稳定即可测试，并可多根桩同时测试，大大节省试验（检测）时间。

3、不受场地条件和加载吨位限制：

每桩只需一台高压泵、一套位移测读仪器、一根基准梁，检测设备体积小、重量轻，任何场地（基坑、山上、地下、水中）都可。

1.3测试仪器设备

1.3.1 加载设备

（1）试桩采用环形全液压面式荷载箱，带下导流体。

荷载箱直径同钢筋笼外径，高约40cm，行程约18cm，直径和加载面积的设计，充分兼顾加载液压的中低压力和桩体试验后的高承载能力。

欧感荷载箱通过内置的特殊增压技术设计，以很低的油压压强，产生很大的加载力，从而能够极大地降低加载系统的故障率。

浮浆导流原理图

荷载箱

高压油泵：

最大加压值为60MPa，加压精度为每小格0.5MPa，其压力表由计量部门标定并提供标定证书。

荷载箱高油压泵标定完成后，运往现场安装到位。

1.3.2 位移量测装置

量程50mm（可调），每套荷载箱对应5只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于测量桩身荷载箱处的向上位移，2只用于测量桩身荷载箱处的向下位移，1只用于量测桩顶向上位移。

由计量部门标定。

或使用静载仪。

测试仪器数控盒

测试仪器显示屏

1.3.3拟投入试验仪器设备

拟投入试验仪器设备汇总如下表

拟投入试验仪器设备汇总表

序号

设备名称

型号

单位

数量

备注

1

荷载箱

SC-1800-1650/500-M4-2400

套

1

2

高压水泵

OUGAN

台

1

可重复使用

3

电子位移传感器

WY-50

只

5

可重复使用

4

油压传感器

2YBZ2-80

只

1

可重复使用

5

全自动位移采集仪

RSM-JCIII（B）

台

1

可重复使用

6

钢筋计

GJ-16

只

27

7

钢筋计读数仪

FY-CTY203

套

1

可重复使用

备注：

根据现场实际情况配置相应设备

2、现场安装

为了确保自平衡桩基检测结果可靠准确，根据相关检测规范的技术要求，荷载箱在安装时必须按照既定的规定操作，部分工作需施工方配合。

荷载箱安装前施工方需准备设备及材料：

20吨以上吊车、电焊机、位移管计护管、混凝土、钢筋等；安装流程：

荷载箱及相关附件运抵现场——荷载箱预浇注混凝土——荷载箱与钢筋笼焊接——油管及位移检测管线布置——下钢筋笼——桩头管线保护。

2.1荷载箱及相关附件运抵现场

a）卸车时应轻搬轻放，防止磕碰，碰坏管线；

b）按照装箱单清点货物，防止丢失；

c）荷载箱及附件存放时需要防雨防尘。

2.2组合式荷载箱上下导流体预浇混凝土

a）将组合式荷载箱导流体朝上，放置在平整地面上，放置时保护好位移管线；

b）将混凝土灌入导流体内，然后用振动棒充分捣实，混凝土强度不低于桩身混凝土强度；

c）灌注完成10小时内，不得移动荷载箱；

d）待一面导流体内混凝土凝固后，用吊车翻转，浇筑另一面导流体。

组合式荷载箱灌注混凝土示意图

2.3组合式荷载箱与钢筋笼焊接

将灌注好的荷载箱用吊车侧吊，将吊起后的荷载箱与钢筋笼进行焊接；焊接方法为：

a）组合式荷载箱箍筋焊接：

在荷载箱的上下面各焊接一个箍筋，箍筋外径应和钢筋笼内径一致。

a组合式荷载箱箍筋焊接示意图

a组合式荷载箱箍筋焊接示意照片

b）组合式荷载箱与上下钢筋笼对接：

荷载箱上下钢筋笼主筋分别与上下面的箍筋焊接，焊接时钢筋笼与荷载箱必须保证垂直，偏心度控制在5°之内。

b组合式荷载箱与上下钢筋笼对接示意图

b组合式荷载箱与上下钢筋笼对接示意照片

c）焊接上下喇叭筋：

喇叭筋的一端与荷载箱导管孔边缘焊接，另一端与其对应的钢筋笼焊接。

喇叭筋应保证与荷载箱平面夹角大于60°。

数量不小于钢筋笼主筋数，间距小于混凝土导管的口径。

c焊接上、下喇叭筋示意图

c焊接上、下喇叭筋示意照片

d）布置位移管线及油管：

1）位移拉索：

根据荷载箱的安装深度，配套位移拉索的长度。

上下位移拉索分别固定在荷载箱的上下方钢上，呈90°布置，分别用于测量桩体上下位移。

2）位移杆：

采用内杆外套护管的方式，根据孔深设计长度，顺着钢筋笼连接至地面，采用丝扣连接。

呈90°布置，分别用于测量桩体上下位移。

3）油管：

预先盘好在荷载箱处，待下钢筋笼时连续盘开，绑扎至地面。

所用油管为高压软管，油管两端接头为24°锥M14x1.5。

d布置位移管线及油管示意图

d布置位移管线及油管示意照片

e）钢筋笼盘筋加密：

为提高荷载箱上下面的抗压强度，在荷载箱上下各2m范围内，对钢筋笼横向箍筋进行加密处理,使其间距小于10cm。

e钢筋笼盘筋加密示意图

e钢筋笼盘筋加密示意照片

2.4下放钢筋笼及灌注桩身混凝土

a）下放钢筋笼：

下笼过程中，需要对位移管线和油管进行绑扎，位移管线每隔0.5m用扎丝绑扎，油管每隔1m用扎丝绑扎。

当桩顶标高低于地面时，桩顶到地面需放置简易钢筋笼，用于引导保护管线。

为保证荷载箱与钢筋笼连接强度及吊装，试桩钢筋笼必须要有足够的强度，建议试桩下部的钢筋笼主筋数翻倍。

b）灌注桩身混凝土：

检测桩混凝土标高按设计要求，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高度大于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。

2.5桩头管线保护

钢筋笼下放完毕要现场开始检测有约20d的休止期，需要在桩头做好警示标记，保护油管及钢管封头（用钢板焊，防止水泥浆漏入），保证管线不受破坏。

桩头警示标记

桩头警示标记

3、检测步骤

为了确保自平衡桩基检测结果可靠准确，根据相关检测规范的技术要求，荷载箱在检测时必须按照方案要求操作，部分工作需施工方配合。

安装流程：

前期准备——搭设基准梁、基准桩——搭设帐篷——准备电源——开始检测——检测结束——荷载箱断开面注浆

3.1前期准备

a）成桩15天后，即混凝土强度达到标称强度70%以上方可开始检测。

b）检测前需将场地整理平整，桩头修整完毕。

c）检测方需准备一套完整的检测设备。

d）施工方所需准备的设备及材料:

20吨吊车、电焊机、配电箱、搭帐篷及基准梁所需的材料。

3.2搭设基准梁、基准桩

依据自平衡桩基检测规范，基准梁一端与基准桩铰接，另一端与基准桩焊接。

基准梁长度应不小于试桩桩径的6倍，以桩中心为中心，每边各3倍桩径，搭设在试桩的正上方；

基准梁搭建示意图

3.3搭设帐篷

测试时，为尽量减少温度、雨水、风等外部因素的影响，须搭设防风蓬架，确保测试设备﹑基准梁﹑基准桩﹑仪表及管线检测时不受外界环境的影响。

防风帐篷

检测现场

3.4准备电源

检测阶段，确保数据采集系统及油压泵的正常使用，现场需配备一只电压稳定不间断三相四线制配电箱。

配电箱带漏电保护，有380V、220V两种电源，容量不小于10千瓦。

3.5开始检测

现场检测期间，加载流程及时间应符合相关规范的规定。

检测用仪器设备应在检定或校准周期的有效期内，检测前应对仪器设备检查调试。

检测所使用的仪器仪表及设备应具备检测工作所必须的防尘、防潮、防震等功能，并能在-10oC~40oC温度范围内正常工作。

测压传感器或压力表精度均应优于或等于0.4级，量程不应小于60MPa，压力表、油泵、油管在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的80%。

位移传感器宜采用电子百分表或电子千分表，测量误差不得大于0.1%FS，分辨力优于或等于0.01mm。

检测设备连接示意图（位移杆）

3.5.1加卸载

3.5.1.1加载应分级进行。

每级加载量为顶估最大加载量的1/10～1/15。

3.5.1.2卸载也应分级进行。

每级卸载量为2～3个加载级的荷载值。

3.5.1.3加卸载应均匀连续,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的I0%。

3.5.2位移观测和稳定标准

3.5.2.1位移观测

采用慢速维持荷载法。

每级加（卸）载后第1h内应在第5min、10min、15min、30min、45min、60min测读位移,以后每隔30min测读一次,达到相对稳定后方可加（卸）下一级荷载。

卸载到零后应至少观测2h,测读时间间隔同加载。

5.3.2.2稳定标准

每级加（卸）载的向上、向下位移量在下列时间内均不大于0.1mm:

3.6试验加载程序

●终止加载条件：

（1）某级荷载作用下，位移量大于或等于前一级荷载作用下位移量的5倍。

但位移能相对稳定且上、下位移量均小于40mm时，宜加载至位移量超过40mm。

（2）某级荷载作用下，位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。

（3）已达到最大极限加载值。

（4）当荷载—位移曲线呈缓变型时，可加载至位移量60mm～80mm；在特殊情况下，根据具体要求，可加载至累计位移量超过80mm。

3.7检测结束

检测结束后，保存好记录数据。

将检测设备、加测设备等擦拭干净，装箱放好。

4、桩身轴力测试

4.1钢筋计的安装埋设

①按钢筋直径选配相应的钢筋计，如果规格不相符，可选择与钢筋直径相近的钢筋计。

埋设在不同性质土层的界面处，以测量桩在不同土层中的分层摩擦力。

②将钢筋计两端的连接拉杆拧下，选配与钢筋计规格相同的钢筋与连接拉杆焊接在一起。

将钢筋计（已接电缆）与已焊好钢筋的连接拉杆用管钳对旋拧紧，钢筋计与连接拉杆的螺纹拧紧时可附胶。

焊接时，要在传感器的部位浇水或用湿布包裹冷却，以免温度过高损坏传感器。

③每个断面安装3~4个点,埋设在不同性质土层的界面处，以测量桩在不同土层中的分层摩擦力。

在制作钢筋笼时,需留出对称4个点位置的主筋,待安装上钢筋应力计后再焊接到钢筋笼上相应位置，或者在钢筋笼制作完成后，在相应位置割断对称点位置的主筋。

为保证钢筋计与钢筋的轴线一致，钢筋应力计焊接安装示意图如下：

钢筋应力计导线绑定实物图

4.2桩身应力测试及计算

采用弦式传感器测量时，将钢筋计实测频率通过率定系数换算成力，再计算成与钢筋计断面处的混凝土应变相等的钢筋应变量。

在数据整理过程中，应将零漂大、变化无规律的测点删除，求出同一断面有效测点的应变平均值，并按下式计算该断面处桩身轴力：

式中：

Qi——桩身第i断面处轴力（kN）；

——第i断面处应变平均值；

Ei——第i断面处桩身材料弹性模量（kPa），当桩身断面、配筋一致时，宜按标定断面处的应力与应变的比值确定；

Ai——第i断面处桩身截面面积（m2）。

按每级试验荷载下桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。

再由桩顶极限荷载下对应的各断面轴力值计算桩侧土的分层极限摩阻力和极限端阻力：

式中qsi——桩第i断面与i+1断面间侧摩阻力（kPa）；

qp——桩的端阻力（kPa）；

i——桩检测断面顺序号，i=1，2，……，n，并自桩顶以下从小到大排列；

u——桩身周长（m）；

li——第i断面与第i+1断面之间的桩长（m）；

Qn——桩端的轴力（kN）；

A0——桩端面积（m2）。

4.3试验数据的分析、整理

4.3.1单桩竖向极限承载力的确定

实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q

和荷载箱下段桩的极限承载力Q

，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

抗压：

Qu=

+Q

式中：

Qu：

单桩竖向抗压极限承载力（kN）；

Q

：

荷载箱上段桩的实测极限承载力（kN）；

Q

：

荷载箱下段桩的实测极限承载力（kN）；

W：

荷载箱上段桩的自重；

：

荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土取0.8，对于砂土取0.7。

4.3.2等效转换曲线实测荷载箱向上（Q+—s+）、向下（Q－—s－）两条曲线，根据位移协调原则，转换成传统桩顶Q—s曲线，如图所示。

转换示意图

桩身无轴力实测值等效转换方法采用如下公式计算：

桩顶等效荷载P为：

P=（Qu-W）/+Ql

与等效桩顶荷载P对应的桩顶位移s为：

s=s1+Δs

其中上段桩身的弹性压缩量Δs为：

Δs=

式中（下同）：

Qu：

对应上段桩Qu-su曲线中位移绝对值等于s1时的荷载（kN）；

Ql：

荷载箱向下荷载（kN），可直接测定；

s1：

荷载箱向下位移，可直接测定（mm）；

W：

试桩荷载箱上部桩自重（kN）；

：

试桩上部桩土修正系数。

L：

上段桩长度（m）；

EP：

桩身弹性模量；

AP：

桩身截面面积（m2）。

4.3.3报告内容

1）试桩的 Q-S 曲线，S-lgt 的实测数据及加载、卸载曲线。

2）试桩的竖向抗压单桩极限承载力。

3）试桩的桩周与各土层间的极限摩阻力。

。

4）试桩的桩尖处土的端阻力。

5）试桩的桩身轴力分布曲线、桩身总侧阻力Qf分布曲线。

三、工程桩试验后的注浆要求

1荷载箱位置注浆说明

试验后，利用下位移管对荷载箱加载后桩体间隙进行注浆处理，并保证注浆部分的桩体强度不低于桩体设计强度。

用注浆泵将加入膨胀剂的水泥浆注入，试桩即可作为工程桩使用。

理由如下：

a）注浆采用P52.5（可根据工程桩混凝土标号调整）新鲜普通硅酸盐水泥；

b）注浆不仅填满荷载箱处混凝土的缝隙，而且还相当于桩侧注浆，使荷载箱附近10m左右范围内的桩身侧摩阻力提高20～60%。

也就是说，试验后的桩经注浆处理承载力比原来要高；

c）试验时已将桩底沉渣和土压实，试验后的桩沉降量要比试验前小很多；

d）由于荷载箱置于桩的自平衡点处（大都靠近桩底），该处桩身主要承受竖向压力，且数值不超过桩的竖向极限抗压承载力的一半；

e）即使该处仍有剪力（一般情况，相应于自平衡点处的桩身剪力很小，可忽略），荷载箱自身强度足以承担；

2、注浆步骤

a）通过预埋的下位移管进行压水清洗，一管中压入清水，待另一管中流出的污水变成清水时，开始对荷载箱处的缝隙进行压浆；

b）补浆量以从一根注浆管压入，另一根注浆管冒出新鲜水泥浆为准。

然后封闭管头采用压力补浆，压力4--6MPa，建议持续1小时时间；

c）压浆水泥量约0.8～1.5t（以压浆压力、压浆量双重控制）；

四、主要人员及进度安排

1、主要人员安排

序号

姓名

职称

在本项目中的职务

1

工程师

桩基检测

2

施工单位安排若干现场人员，辅助安装，定位，确保荷载箱正常工作

2、进度安排计划

一根桩进度安排如下：

（1）接到中标通知书后，完成荷载箱设计生产，根据施工单位钻孔进度进场安装。

（2）荷载箱导流体预浇筑混凝土，1天。

（3）荷载箱与钢筋笼焊接及管线布置，1~2天。

（4）钢筋计与钢筋笼焊接及缆线整理，1天。

（5）成桩后混凝土强度达到70%测试，见试件报告。

（6）每次现场测试2天。

（7）现场测试3天后提供初步报告。

（8）15天提供最终报告。

施工方

检测方

备注

设备生产

提前准备导流体中所需混凝土，制作钢筋笼，及时确定成孔周期

负责提供方案，荷载箱生产和运输

安装阶段

施工方提供荷载箱预浇筑用的混凝土，最低强度为桩身同标号。

在检测方指导下，由施工方安排人员进行灌注，并用振动棒搅拌均匀密实

灌注分1次进行，每次需1方混凝土，混凝土由施工单位提供。

施工方负责钢筋笼的制作，并负责将荷载箱焊接于钢筋笼上

检测方负责提供现场指导

施工方负责负责将钢筋计焊接于钢筋笼上，并协助整理钢筋计缆线

施工方负责制作并实施荷载箱处混凝土导管导向装置，即喇叭筋。

检测方负责提供现场指导

喇叭筋数目最好与主筋同，粗细可看具体情况，长度为1.5米，荷载箱上下均需焊接喇叭筋

施工方提供人员参与安装位移管。

每套荷载箱布置4根，从荷载箱处到地面

检测方负责提供现场指导

可利用下位移杆外护管做荷载箱断开面处的注浆管。

预埋设备进场之前，施工方负责将电源（220V、380V）直接通到需要安装的位置，并配备吊机、电焊机、混凝土搅拌装置等辅助装置。

检测方负责提供符合桩长度的加压油管、荷载箱、钢筋计等预埋设备，指导施工人员进行安装和焊接，管线固定等配合工作。

桩顶到孔口放置简易钢筋笼，由施工方负责现场制作并实施

检测方负责提供现场指导和负责提供现场保护标识

检测阶段

检测设备进场之前，施工方负责完成检测现场的三通一平，试验场地平整，甲方将电源

（2