单桩水平向动静载试验实施细则汇总.docx
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单桩水平向动静载试验实施细则汇总
第四项单桩水平向动静载试验研究
一、编制依据
1．《软土地基路桥设计参数试验项目修改施工设计》总说明书及相关图纸2002.10
2．《软土地基路桥设计参数试验项目试验研究大纲》2002.12
3．《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-99）
4．《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）1995.7.1
5.软土地基路桥设计参数试验项目—既有铁路桥墩桩基础基顶动力测试研究报告，铁道第四勘察设计院、中南大学铁道学院，2002.12
6.《京沪高速铁路设计暂行规定》（上册），2002年
二、试验项目概况
高速铁路要求桥梁墩台具有较大的水平线刚度，而软土地区桥梁墩台的线刚度主要与墩台结构刚度及桩侧土的地基系数的比例系数m值有关。
本次试验主要了解试验点内桥梁桩基的水平向极限承载力、地基系数的比例系数m值及动力作用的影响，指导京沪高速铁路软土地区桥梁桩基设计。
（1）通过单桩水平单向多循环加卸载试验，获得该地区桩的水平力传递规律。
（2）通过单桩水平静载试验确定单桩的地基系数的比例系数m值。
（3）通过测出桩身应力变化，了解桩身弯矩分布图。
（4）通过桩基水平向动静载对比试验，研究桥梁桩基的地基系数的比例系数m值在高速列车通过时的变化情况。
（5）以试验成果为基础，进行软土地区桩基进行桩-土水平动力有限元分析，为软土地区高速铁路桥梁桩基设计提供参考。
三、试验测试内容及方法
为了进行对比试验，单桩水平向动静载试验分为单桩水平向纯静载试验和单桩水平向静动载试验（即模拟实际情况，在有静载作用情况下，施加动力荷载）。
（一）单桩水平向纯静载试验
1、单桩水平向静动载试验类型与数量
桩型
试桩根数
钻孔灌注桩
φ1.0m桩径
3根
φ0.8m桩径
3根
预制桩
φ0.55m桩径
3根
2、试验方法
单向多循环加载法。
3、试验设备与仪表装置
水平反力利用试验桩承台提供，试验装置示意图参见图一。
图一水平静载试验装置示意图
①200吨千斤顶1台；
②压力表（0～60MPa）1只；
③百分表（0～50mm）4只；
④基准梁（5m长）4根；
⑤磁性表座4个；
⑥高压软管6根；
⑦传力板（柱）若干。
4、现场测试
（1）荷载分级
取预估水平极限承载力的1/10～1/15作为每级荷载的加载增量。
根据桩径大小并适当考虑土层软硬，每级荷载增量可取10kN；
（2）加载程序与位移观测
每级荷载施加后，恒载4min测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。
加载时间应尽量缩短，测量位移的间隔时间应严格准确，试验不得中途停歇。
（3）终止试验条件
当桩身折断或水平位移超过40mm时，可终止试验。
5、成果
（1）有关试验成果曲线：
水平力-时间-位移（
）、水平力-位移梯度（
）或水平力-位移及对数（
）曲线，应力沿桩身分布和水平力-最大弯矩截面钢筋应力（
）等曲线；
（2）单桩水平极限承载力标准值；
（3）地基水平抗力系数的比例系数m值。
（二）单桩水平向静动载试验
1、单桩水平向静动载试验类型与数量
桩型
试桩根数
钻孔灌注桩
φ1.0m桩径
3根
φ0.8m桩径
预制桩
φ0.55m桩径
3根
2、水平向静动载试验加载方法
第一步：
施加水平动力，动载循环次数100万次；
第二步：
在第一步完成以后，立即逐级加水平静载，对水平动力作用后的桩进行水平静载试验，测定桩在水平动力作用后的水平承载力和地基系数的比例系数m值与变化情况。
3、试验测试内容
⑴施加水平动载，动载循环次数100万次。
实测桩侧向位移的变化、桩身应变时程曲线，分析桩的动力响应。
（2）第一步完成后，对水平动力作用后的桩进行水平向静荷载单向多循环加卸载试验：
每级水平荷载施加后，测水平位移，然后卸载至零，测读残余水平位移。
如此反复进行，直到桩达到水平受力破坏状态。
（3）通过埋设在桩身的钢筋计、侧向土压力盒和测斜管，测试出各级水平荷载作用下桩身应力、不同深度的水平抗力和位移。
（4）对比研究水平向动静载试验结果，得出指导高速铁路宁沪段桥梁桩基的设计原则和有关设计参数。
4、水平向静动载试验观测方法与步骤
4.1水平动力试验观测
水平动力试验期间，第一天的第一个4小时，每一小时记录一次桩身动应变时程曲线（每次连续记录约15分钟）和桩顶动位移；第二个4小时，每二小时记录一次；以后每4小时记录一次。
若第一天的桩土作用反应为“弹性状态”（24小时水平位移增量小于0.6mm）；则第二天继续以每4小时记录一次。
若第二天的24小时水平位移增量不大于第一天的，则继续每4小时记录一次桩身动应力和桩顶动位移。
若有异常现象，要详细记录并及时报告，具体分析后，调整记录频率。
水平动载幅值如下：
单桩水平静动载试验参数
桩型
动载幅值ΔTi（kN）
频率
（Hz）
钻孔灌注桩
φ1.0m桩径
60
3
φ0.8m桩径
预制桩
φ0.55m桩径
10
3
4.2水平动力试验后继续水平静载的试验观测方法与步骤
采用多循环加卸载试验法，按下列规定进行加卸载和位移观测：
⑴荷载分级：
取预估水平极限承载力的1/10～1/15作为每级荷载的加载增量。
根据桩径大小并适当考虑土层软硬，每级荷载增量可取10kN；
⑵加载程序与位移观测：
每级荷载施加后，恒载4min测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。
加载时应尽量缩短，测量位移的间隔时间应严格准确，试验不得中途停歇；
⑶终止试验的条件：
当桩身折断或水平位移超过40mm时，可终止试验。
5、成果
⑴水平动力循环作用下，桩身应变时程曲线；动力沿桩身的衰减规律和影响深度。
⑵桩周土阻尼值；
⑶水平动力循环作用后，单桩的水平极限承载力、水平临界荷载；
⑷水平动力循环作用后，地基系数的比例系数m值；
⑸由此求得桩身弯矩分布；
⑹水平动力循环作用后有关试验成果曲线：
水平力-时间-位移（
）、水平力-位移梯度（
）或水平力-位移及对数（
）曲线，应力沿桩身分布和水平力-最大弯矩截面钢筋应力（
）等曲线。
⑹软土地区桩的水平动力有限元计算结果。
⑺与水平向纯静载试验的对比分析结果。
四、试验测试实施工作安排
1、水平动静载试验加载装置
水平动静载试验加载装置平面及立面见图号“软桩试—4”。
激振装置采用改装疲劳动力试验机，以比较精确控制所要求的动力大小和频率。
2、试验加载设备与仪表装置
⑴采用千斤顶施加水平力，水平力作用线应通过地面标高处（地面标高应与实际工程桩基承台底面标高一致）。
在千斤顶与试桩接触处宜安置一球形铰座，以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线；
⑵桩的水平位移宜采用大量程百分表测量，每一试桩在力的作用水平面上和在该平面以上50cm左右各安装一或二只百分表（下表测量桩身在地面处的水平位移，上表测量桩顶水平位移，根据两表位移差与两表距离的比值求得地面以上桩身的转角）。
如果桩身露出地面较短，可只在力的作用水平面上安装百分表测量水平位移；
⑶固定百分表的基准桩宜打设在试桩侧面靠位移的反方向，与试桩的净距不少于1倍试桩直径。
3、水平动静载试验桩身测试元件与埋设
水平向荷载试桩测试元件包括钢筋计、土压力盒和测斜管，它们的布置见图号“软桩试—3”。
3.1水平动静载试验钻孔灌注桩测试元件的埋设
用于水平试验的钻孔灌注桩钢筋计的制作、标定和安装同轴向试验钻孔灌注桩的，但同截面只在水平方向对称布置两支钢筋计。
土压力盒利用事先安装在钢筋笼上的弹射器将其部分击入土中。
测斜管的埋设：
先绑扎于钢筋笼上，同钢筋笼一同下放。
测斜管高出桩头顶面1.0m。
3.2水平动静载试验预制桩测试元件的埋设
水平动静载试验预制桩测试元件布置情况见图号“软桩试-3”。
水平试验预制桩的钢筋计和侧向土压力盒埋设：
在工厂制做预制桩时，在要埋设钢筋计的位置处，预埋一块小钢板，然后在现场利用小钢板制做钢筋计；并在小钢板面预留安装侧向土压力盒的浅孔，以便在现场嵌入土压力盒。
设计尺寸与埋设详图见图号“软桩试-3”。
测斜管的埋设：
测斜管安装在水平力作用方向上。
沉桩完成后在桩侧土中钻孔安装，测斜管和孔壁之间的间隙要用特制灌浆材料充填。
这些安装工作要与其它测试元件安装位置协调好，详图见图号“软桩试-3”。
4、主要仪器与测试设备。
试验中需要用到的主要仪器、设备和性能如下表所示。
（除表中动力疲劳试验机、电阻补偿钢筋计外，水平向纯静载试验与静动载试验所需仪器、设备同，不另列表）
编号
仪器名称
规格
精度
用途
数量
1
电阻应变式钢筋计
<1%FS
测桩身静动应变
灌注桩162（80）个
预制桩62个
2
电阻补偿钢筋计
<1%FS
测桩身静动应变
灌注桩162（80）个
预制桩62个
3
钢弦式土压力盒
0.5Mpa
<2%FS
测桩侧水平抗力（静力）
86（56）个
4
土压力盒弹射器
安装土压力盒
84（54）个
5
钢弦频率测定仪
与钢弦式钢筋计和土压力盒配套使用
1台
6
屏蔽线
钢筋计和土压力盒的信号传输
8500（7000）m
7
测斜系统：
测斜管、探头式倾角计、电缆、数字式测读仪
测桩身水平位移
1套
8
油压式千斤顶
2500kN
施加水平荷载
1台
9
电动高压油泵
与千斤顶配套使用
1台
10
压力表
与千斤顶配套使用
1个
11
静态应变仪与测试分析系统
采集和分析试验数据
1套
12
动态应变仪与测试分析系统
采集和分析试验数据
1套
13
百分表及表架
大量程100mm
0.01mm
桩顶水平位移
各5个
14
球形铰座
保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线
2
15
动力疲劳试验机
fz=2-8Hz
Q=500kN
<1%FS
水平动力试验加动载
1套
注：
表中括号内数据为静动载试验数据
五、进度安排
（1）2003年2月完成应力、应变测试相关测试元器件的标定及埋设工作；
（2）2003年3-6月完成单桩轴向动静载试验；
（3）2003年6-10月完成数据的分析、报告的编写工作。
具体时间安排视现场施工进度等情况定。
六、现场数据测读处理要求
试验前制做好各种数据表格，复印充足的分数。
准备充足的电脑数据存储硬盘和移动硬盘。
试验时及时记录，对试验过程出现的异常现象要做专门记录和说明，所有记录要有观测和记录人签字。
自动采集于电脑和测试仪中的数据，要及时调出来查证，看是否记录在指定的目录中。
笔记的数据表当天必须复写一份备份，并且由专人签字保存。
存于电脑中的数据也要做双份，若现场有条件可通过网络及时传回，确保万无一失。
用数码相机或数字摄像机把现场重要机器和设备的安装请况、仪器系统、测试元件、重要试验过程和关键环节进行照相和摄录下来，并存于计算机硬盘，并可通过网络及时传回。
事先编制数据处理程序，对重要数据在现场及时进行初步处理，发现有错，及时纠正。
七、试验人员分工
1）纯静载试验人员分工
序号
试验单位
姓名
职称
年龄
分工
全时率
1
铁四院
蔡华炳
工程师
31
项目负责人，负责全面工作
100%
2
铁四院
潘茂盛
高级工程师
36
指导课题研究
20%
3
铁四院
文望青
高级工程师
36
数据分析
20%
4
铁四院
王德志
高级工程师
33
数据分析
50%
5
铁四院
吴斌
助工
25
现场测试、数据分析
100%
6
铁四院
陈英贵
工程师
26
现场测试、数据分析
100%
7
铁四院
余泽宽
工程师
28
现场测试、数据分析
100%
8
中科院武研所
吴文
副研究员
36
测试技术负责人
30%
9
中科院武研所
郭启军
副研究员
36
现场试验负责人
100%
10
中科院武研所
盛建豪
副研究员
38
现场测试、数据分析、编写报告
100%
11
中科院武研所
李九思
高级工程师
40
现场测试负责人
100%
12
中科院武研所
闽虹
副研究员
39
现场测试、数据分析
100%
13
中科院武研所
徐松林
博士后
32
现场测试、数据分析
100%
14
中科院武研所
朱家桥
高级工程师
60
现场测试
100%
15
中铁二十局
杨启维
工程师
34
配合现场试验
100%
16
中铁二十局
徐庆升
助工
27
配合现场试验
100%
2）静动载试验人员分工
序号
试验单位
姓名
职称
年龄
分工
全时率
1
铁四院
蔡华炳
工程师
31
项目负责人，负责全面工作
100%
2
铁四院
潘茂盛
高级工程师
36
指导课题研究
20%
3
铁四院
文望青
高级工程师
36
数据分析
20%
4
铁四院
王德志
高级工程师
33
数据分析
50%
5
铁四院
吴斌
助工
25
现场测试、数据分析
100%
6
铁四院
陈英贵
工程师
26
现场测试、数据分析
100%
7
铁四院
余泽宽
工程师
28
现场测试、数据分析
100%
8
中南大学
冷伍明
教授
38
试验组织、试验方法与细则、现场试验,研究报告
75%
9
中南大学
方理刚
教授
42
试验方法与试验细则，研究报告
30%
10
中南大学
刘宝琛
院士
70
审阅研究报告
10%
11
中南大学
何群
讲师
33
现场试验负责人：
现场试验，数据整理，研究报告
100%
12
中南大学
肖武权
副教授
39
现场试验、数据整理，研究报告
100%
13
中南大学
律文田
讲师
24
现场试验、数据整理
100%
14
中南大学
试验员
3人
现场试验
100%
15
中铁二十局
杨启维
工程师
34
配合现场试验
100%
16
中铁二十局
徐庆升
助工
27
配合现场试验
100%
由于动力循环试验要求昼夜进行不能中断，要求试验采取24小时轮班制。
现场试验人员保持6人。
八、预期目标及成果
（1）《软土地基单桩水平向纯静载试验研究报告》
（2）《软土地基单桩水平向静动载试验研究报告》
（3）《软土地基单桩水平向动静载试验研究总报告》
（4）现场试验原始资料、图片及录象
附件一：
各种原始数据记录表格形式
附件二：
水平动静载试验测试元件布置图
附件三：
水平动静载试桩钢筋计和土压力盒埋设位置图
附件四：
水平动静载试验加载装置图
单桩水平静载试验概况记录表表J-1（）
工程名称
地点
试验单位
试桩编号
桩型
试验起止时间
成桩工艺
桩断面尺寸
桩长
混凝土
标号
设计
灌注桩虚土厚度
配筋
规格
配筋率
实际
灌注充盈系数
长度
综合柱状图
试桩平面布置示意图
层次
土层名称
描述
地质符号
相对标高
相对标高
桩身剖面
1
2
3
4
5
6
土的物理力学指标
层次
深度
（m）
（kN/m3）
（%）
e
Sr
p
（%）
Ip
IL
a1-2
（a2-3）
Es
（MPa）
（）
fk
（kPa）
1
2
3
4
5
试验：
资料整理：
校核：
单桩水平静载试验记录表表J-2（）
试桩编号：
荷载
（kN）
观测时间
日/月时分
间隔时间
（min）
读数
沉降（mm）
备注
表
表
表
表
平均
本次
累计
试验：
记录：
校核：
单桩水平静载试验记录表表J-3（）
试桩编号：
序号
荷载
（kN）
历时（min）
沉降（mm）
本级
累计
本级
累计
试验：
记录：
校核：
单桩水平静动载试验概况记录表表AD-1（）
工程名称
地点
试验单位
试桩编号
桩型
试验起止时间
成桩工艺
桩断面尺寸
桩长
混凝土
标号
设计
灌注桩虚土厚度
配筋
规格
配筋率
实际
灌注充盈系数
长度
综合柱状图
试桩平面布置示意图
层次
土层名称
描述
地质符号
相对标高
相对标高
桩身剖面
1
2
3
4
5
6
土的物理力学指标
层次
深度
（m）
（kN/m3）
（%）
e
Sr
p
（%）
Ip
IL
a1-2
（a2-3）
Es
（MPa）
（）
fk
（kPa）
1
2
3
4
5
试验：
资料整理：
校核：
单桩水平静动载试验记录表表AD-2（）
试桩编号：
荷载
（kN）
观测时间
日/月时分
间隔时间
（min）
读数
沉降（mm）
备注
表
表
表
表
平均
本次
累计
升级会员 