完整版桥梁工程基桩自平衡法检测方案.docx
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完整版桥梁工程基桩自平衡法检测方案
桥梁工程基桩自平衡法
检测方案
一、概述
1、概况
1.1工程概况
新建****地区铁路煤运通道工程MHTJ-23标起讫里程DK1213+800～DK1287+298.9，正线长度70.65公里。
本标段地处湖北省荆门市和荆州市，由北向南依次经过荆门市沙洋县，荆州市沙市区、荆州开发区、江北农场、江陵县。
主要工程数量：
桥涵：
桥梁21.35公里/27座（特大桥9座、大桥4座、中桥14座）、框架小桥988.22延米/105座。
**铁路23标段桥梁试桩工点及位置选定如下：
表1-1**铁路23标段桥梁试桩工点及位置表
序号
桥梁名称
建议试桩位置
试桩数量
1
跨汉宜高铁特大桥
82号～83号墩左侧用地范围内
3根
1.2试验目的
（1）确定试桩的单桩竖向承载力，验证设计。
（2）确定桩顶在自由状态下，试桩的水平承载力、桩侧土地基系数的比例系数m值。
（3）测试试桩穿越各土层的实际摩阻力，验证摩擦力取值。
（4）根据试验结果进行施工工艺总结，为后续的工程桩提供参考。
（5）进行工艺、数据对比、应用数据采集汇总说明，通过试桩判别能够达到设计承载力要求，为确定后续施工工艺提供参照。
1.3试验依据
1）《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）
2）《铁路工程桩基检测技术规范》（TB10218-2008）
3）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）；
4）《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009）；
5）设计图纸及岩土报告。
1.4试桩参数
表2-1自平衡试桩有关参数
试桩位置
82号墩左侧
82号墩左侧
82号墩左侧
试桩编号
SZ2-1
SZ2-2
SZ2-3
参考钻孔编号
D2Z-HYGS-82
D2Z-HYGS-82
D2Z-HYGS-82
桩径（m）
1.0
1.0
1.0
荷载箱外径/内径mm
860/430
860/430
860/430
桩顶标高m
+26.062
+26.062
+26.062
桩底标高（m）
-4.938
-4.938
-4.938
设计桩长（m）
31.0
31.0
31.0
孔深（m）
33.5
33.5
33.5
单桩容许承载力（kN）
4037.2
4037.2
4037.2
预估加载值（kN）
8100
8100
8100
荷载箱埋设位置
桩端向上2.5m
桩端向上2.5m
桩端向上2.5m
荷载箱加载分级
4050KN/10
4050KN/10
4050KN/10
钢筋笼主筋
Φ16
Φ16
Φ16
备注
纯试验桩
纯试验桩
纯试验桩
表2-2：
加卸载分级荷载表
加载分级
荷载箱对应荷载（kN）
卸载分级
SZ2-1
SZ2-2
SZ2-3
SZ2-1/SZ2-2/SZ2-3
0
0
0
0
（1）
2
800
800
800
（2）
3
1200
1200
1200
4
1600
1600
1600
（3）
5
2000
2000
2000
6
2400
2400
2400
（4）
7
2800
2800
2800
8
3200
3200
3200
（5）
9
3600
3600
3600
10
4000
4000
4000
2、工程地质概况
试桩：
跨汉宜高铁特大桥三根试桩参考同一个剖面图
实际钻孔过程中需要再次对地质情况进行核对，以便确定设计地层与实际地层的差异，保证试验数据的准确性。
3、荷载箱埋设位置
根据地勘资料进行计算，需达到以下要求：
Q1：
荷载箱以上桩体各土层的极限侧阻力之和×正负侧阻力修正系数＋荷载箱以上桩体的自重
Q2：
荷载箱以下桩体各土层的极限侧阻力之和＋极限端承力
以上计算的结果达到以下要求：
试桩：
Q1≈Q2＞3930KN
表3-1
工程名称
**铁路MHTJ-23标跨汉宜高铁特大桥
试桩编号
82#
荷载箱位置
桩端上2.5米
桩径（m）
1
桩长（m）
31
计算参考柱状图
D2Z-HYGS-82
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
2-8
粉质粘土
42
0.70
13.142
552.0
386.4
3-11
细砂
46
0.70
10.6
487.6
341.3
4-12
粗圆砾土
135
0.70
4.758
642.3
449.6
荷载箱位置
4-12
粗圆砾土
135
4155
1.00
2.5
337.5
337.5
上段桩侧阻和
1177.3
上段桩极限侧阻力
3696.8
上段桩自重
559.3
上段桩极限上托力
4256.1
下段桩侧阻和
337.5
下段桩极限侧阻力
1059.8
下段桩极限端承力
3261.8
下段桩极限承载力
4321.6
荷载箱标高
桩端上2米
2.5
上段桩长
28.5
总桩长
31.0
4、钢筋计埋设位置
桩号：
SZ-1/SZ-2/SZ-3桩径：
Φ1.0，桩长：
31m,钢筋笼主筋Φ16；
钢筋计埋设位置如表4-1。
表4-1钢筋计埋设位置
缆线长度（m）
数量
标高
地面
+28.562
桩顶
+26.062
截面一
19
3只
+24.0
截面二
29
3只
+12.92
截面三
34
3只
+2.32
截面四
39
3只
-1.438
荷载箱
-2.438
截面五
41
3只
-3.938
桩底
-4.938
注意：
在土层界面两侧分别布设一个断面
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）试桩采用组合式荷载箱，荷载箱直径同钢筋笼外径，行程约15cm，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。
环形荷载箱
浮浆导流原理图
高压油泵：
最大加压值为 60MPa，加压精度为每小格 0.5MPa，其压力表亦由浙江省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），每桩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。
测试仪器数控盒
测试仪器显示屏
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、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预浇混凝土（只针对设计有导流体结构的荷载箱）：
i）将荷载箱锥体朝上，倒置于平整地面上，注意下口需用水泥纸铺住，以防止灌注时水泥浆直接黏结在地面；
ii）将混凝土料浇筑入锥体内后，用振动棒充分捣实后；混凝土强度需不得低于C30标准；
iii）浇注完毕后10小时内，不得移动荷载箱体；
iv）待一面荷载箱锥体凝固后，用吊车翻转，浇筑另一面锥体；
v）如果施工单位能保证沉渣的控制，也可不设导流装置。
2.3荷载箱与钢筋笼焊接
i）将荷载箱用吊车侧吊，将吊起后的荷载箱与钢筋笼进行焊接；焊接方法为：
钢筋笼的主筋与荷载箱上的方钢或加强筋（现场加工制作）进行焊接；焊接标准：
钢筋笼与荷载箱必须保持垂直，偏心度控制在5度之内。
ii）将灌注导管的导向结构焊接在钢筋笼上（导向结构根据现场情况在现场加工制作），数量与主筋数相同，荷载箱上下面都需要布置，材料使用Φ20的圆钢，每根长度不小于1.0m。
iii）在荷载箱上下各1米范围内,对钢筋笼横向箍筋进行加密处理,使其间距缩减至10cm。
iv）位移杆采用内杆加外套护管的方式，两上位移杆焊接在荷载箱上盖板，两下位移焊接在预留好的下位移连接处，采用丝扣连接，呈90°分布，拧紧时需缠生料带，顺着钢筋笼连接至地面。
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，位移管和油管沿着主筋一直绑到桩身顶部，位移管线每隔0.5米用扎丝绑扎，油管每隔1米用扎丝绑扎。
当桩顶标高低于地面时，桩顶到地面需放置简易钢筋笼（没有盘筋的钢筋笼即可），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，试桩钢筋笼必须要全笼。
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差不多半个月以上的休止期，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。
3.5.1.2卸载也应分级进行。
每级卸载量为2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10%。
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。
3.5.2.2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:
a）桩端为巨粒土、粗粒土或坚硬黏质土,最后30min。
b）桩端为半坚硬黏质土或细粒土，最后1h。
3.6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）试桩的桩身轴力分布曲线、桩身总侧阻力Qf分布曲线。
三、试桩荷载箱测试管布置及测试现场布置示意图
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
在下钢筋笼前10天通知检测单位，提前准备设备，发往工地。
安装阶段
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1.2米，荷载箱上下均需焊接喇叭筋
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
（220V、380V）直接通到需要安装和检测的位置，并提供及安装检测用基准梁（工字钢I25，长度为6倍桩径以上）和支架、电焊机、注浆机等辅助装置
检测方指导施工人员进行安装和搭设
施工方提供辅助人员协助乙方进行荷载箱及相关检测设施的安装和检测设备转场
检测方负责提供现场指导
检测前，施工方负责搭设防风蓬
检测方负责提供现场指导
帐篷尺寸：
长8米，宽4米，高2.5米
四、现场各单位协作分工
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