自平衡法的桩基检测.docx
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自平衡法的桩基检测
自平衡法桩基检测实例
、前言
杭州市某改造工程，全线长918.76m。
主线高架标准宽度为25m。
一座半互通式立交。
高架桥基础采用大直径钻孔灌注桩，桩径为250cm、150cm、120cm、100cm四种，主要桩径为120cm。
受业主委托，我院于于2007年11月1日对整治工程1根试桩进行荷载
箱预埋，整个预埋工作都在现场技术人员的指导监督下顺利进行,并于2007
年11月28日～11月29日进行了静载荷试验现场测试工作。
试验采用自平衡法，并用慢速维持荷载法加载，按预先制定的试验方案严格遵照测试规程进行，现场测试顺利。
二、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1，
岩土主要物理力学特征详见地质勘察报告。
表1:
主要地层分布表（对应Z6孔）
层号
土层名称
层底标高
（m）
层厚
（m）
桩周土摩阻力极限标准值（KPa）
桩端土承载力极限标准值（KPa）
①
填土
3.95
1.1
/
②-1
亚粘土
2.15
1.8
22.0
②-2
亚砂土
-7.45
9.6
30.0
⑦-1
亚粘土
-18.35
10.9
24.0
⒁-1
全风化粉砂
岩
-19.45
1.1
50.0
⒁-2
强风化粉砂
岩
-34.35
14.9
80.0
⒁-3
弱风化粉砂
岩
/
4.5（桩端进入持力层深度
140.0
8000.0
三、试桩参数
本段试验共进行3根试桩的静载试验。
其中1根采用自平衡深层静载荷试验方法，2根采用堆载法。
本次为1根（SZ1），试验方法采用自平衡法。
有关试桩参数见表2：
表2：
SZ1试桩主要参数表
试桩编号
SZ1
备注
试桩位置
H25墩中心桩号以北3m以西2m处
试验方法
自平衡
参考钻孔
Z6
桩径（mm）
1200
荷载箱外径（mm）
1050
砼标号
C25
桩顶标高（m）
试桩砼浇至地表，标高约
4m
桩底标高（m）
-38.85
桩长（m）
42.85
荷载箱埋设位置
桩端
持力层
14-3弱风化粉砂岩
持力层顶标高（m）
-34.35
进入持力层深度（m）
4.5
设计计算容许承载力（kN）
6850
荷载箱额定荷载（kN）
8000
设计要求试验荷载（kN）
13700
荷载分级
15级
备注
1）试桩钢筋笼延伸至桩底
2）试桩不作为工程桩用
四、试验方法、检测设备与执行标准
（一）测试原理
基桩自平衡深层静载荷试验是把荷载箱置于桩身预定深度，利用载荷箱上部桩侧摩阻做反力，进行端阻力、单桩竖向极限承载力检测，荷载箱提供向上、向下的内力，从而使桩端阻力与桩侧阻力基本相等而达到平衡。
在试验加载过程中，根据规范要求，记录逐级荷载及相应的桩身向上和向下的位移，得到荷载与位移关系曲线，根据规范评价基桩的极限承载力、端阻力和侧阻力等参数。
（二）实验仪器设备
本次基桩自平衡试验采用的设备有：
荷载箱（国家一级计量部门标定）电动油泵与压力表、百分表等。
加载采用荷载箱，通过高压油泵输油加载，加载力值由压力表测读，试桩的位移量测采用百分表人工测读，荷载箱加载时，共架设5只百分表，其中2只测量荷载箱向下位移，2只测量荷载
箱向上位移，1只测量桩顶向上位移。
现场数据经整理分析后绘制成：
荷
载箱向下位移Q-s曲线和s-lgt曲线，荷载箱向上位移U-δ曲线和δ-lgt曲线，并可根据需要转换为与传统试桩方法等效的桩顶Q-s曲线。
图1：
桩基自平衡法测试系统图
（3）测试规程
单桩竖向静荷载试验按照中华人民共和国国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）,浙江省标准《建筑地基基础设计规范》（DB33/1001-2003），《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）,《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）,《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）,并参考江苏省标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）等有关静载试验的规范进行，加载采用慢速维持法，即：
1、试验时间：
在成桩后不少于15天进行测试
2、加载分级与位移观测：
（1）每级加载为荷载箱额定荷载的1/15，第一级按两倍荷载分级加载，卸载分5级进行。
荷载箱额定荷载取设计竖向容许承载力。
（2）每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min各测读一次位移量值，以后每隔30min测读一次。
（3）电子位移计经数据采集仪连接到电脑，直接由电脑自动控制测读，在电脑屏幕上显示Q-S、S-lgt曲线。
（也可采用百分表人工测读）
3、相对稳定标准：
每一小时内的位移均不超过0.1mm，并连续出现二
次（由1.5h内连续三次观测值计算），即可认为相对稳定，可加下一级荷载。
4、下段桩（桩端）终止加载条件与极限承载力的确定
（1）荷载箱向下总位移量大于或等于40mm（对于直径大于800mm的桩可取0.05D，下同），本级荷载下的位移量大于或等于前一级荷载下的位移量的5倍时，加载即可终止。
取终止荷载的前一级荷载为极限承载力。
（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。
取终止荷载的前一级荷载为极限承载力
（3）总位移量小于40mm，但荷载已大于或等于设计要求的最大加载量时，加载即可终止。
取此时的荷载为极限承载力。
（4）当荷载～位移（Q～S）曲线呈缓变型时，总位移量已超过60mm，加载即可终止。
取对应于40mm的荷载为极限承载力。
（5）当荷载～位移（Q～S）曲线呈陡降型时，曲线上明显陡降段的起点所对应的荷载为极限承载力。
（6）根据位移随时间的变化特征，取S～lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限承载力。
5、上段桩终止加载条件与极限承载力的确定
（1）本级荷载下的荷载箱向上位移量大于或等于前一级荷载下的位移
量的5倍时，加载即可终止。
取终止荷载的前一级荷载为极限承载力。
（2）当累计荷载箱向上位移超过100mm或荷载箱行程时，加载即可终止。
取对应于40mm的荷载为极限承载力。
（3）当荷载已大于或等于设计要求的最大加载量时，加载即可终止。
取此时的荷载为极限承载力。
（4）荷载～位移（Q～S）曲线呈陡降型时，曲线上明显陡降段的起点
所对应的荷载为极限承载力
5）根据位移随时间的变化特征，取S～lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限承载力。
6、卸载分级与位移观测
（1）卸载分5级进行，即卸载为加载值的两倍，逐级等量卸载，直至到零。
（2）卸载时，每级荷载维持1h，按第30、60min各测读一次回弹量后，即可卸下一级荷载。
（3）卸载到零后，应测读残余位移量，维持时间为3h，测读时间为第
30、60min，以后每隔30min测读一次。
7、单桩竖向抗压极限承载力的确定
根据上述第4条和第5条的极限承载力确定方法，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《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：
式中：
Qu：
单桩竖向抗压极限承载力（kN）；
Qu上：
荷载箱上段桩的实测极限承载力（kN）；
Qu下：
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；
g：
荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土g取0.8，对于砂
土取0.7。
四）加卸载分级荷载表
表3：
加卸载分级荷载表
加载分级
荷载箱对应荷载（kN）
卸载分级
备注
SZ1/H25
0
0
0
2
1370
1
3
2055
4
2740
2
5
3425
6
4110
3
7
4795
8
5480
4
9
6165
10
6850
5
五、基桩自平衡深层静荷载试验结果及分析
本场地的1根试桩现场测试工作于2007年11月29日全部完成，整个测试作业严格按测试规程进行，测试过程情况正常。
由现场实测数据绘制的向下位移Q～S曲线、S～lgt曲线和向上位移U～δ曲线、δ～lgt曲线详见附录，从中可以看出：
SZ1/H25试桩：
荷载箱分级荷载按额定荷载6850kN分成10级加载，每级加载值685kN，首级为1370kN（荷载分级参见表3）,荷载箱加载至最大试验荷载第10级荷载6850kN，实测上段桩向上位移U～δ曲线呈缓变型、δ～lgt曲线呈平直型，且位移量很小，说明上段桩侧阻力表现良好且尚有余量；下段桩向下位移Q～S曲线呈缓变型、S～lgt曲线呈平直型，持力层性状一般。
当荷载箱正常加载至最大试验荷载（对应加载值为第10级荷载6850kN）时，下段桩荷载箱向下位移累计39.52mm，卸载后剩余位移为27.13mm，回弹率31.35%，而对应的荷载箱向上位移为6.61mm，卸载后剩余位移为3.55mm，回弹率46.29%。
表4：
测试成果汇总表
试桩编号
SZ1
桩号
H25
上段桩实测极限上托力Q（kN）/位移（mm）
6850/6.61
上段桩自重（kN）
730
上段桩侧土极限摩阻力（kN）
7830
下段桩（桩端）实测极限承载力Q（kN）/位移（mm）
6850/39.52
单桩竖向抗拨极限承载力（kN）
6850
备注
计算过程如下：
根据地质报告，荷载箱上段桩侧阻力修正系数取:
g=0.8
试桩SZ1（H25）单桩竖向抗压极限承载力为：
上段桩侧土极限摩阻力：
取对应于第10级荷载6850kN并考虑自重和修正因子后，经计算约为7830kN
下段桩（桩端）极限承载力：
取对应于第10级荷载6850kN
单桩竖向抗压极限承载力=上段桩侧土极限摩阻力+下段桩极限承载力，
即为：
Qu=7830+6850≈14680kN
六、结论
（1）所测共1根试桩，试桩成果如下：
SZ1试桩（H25）：
加载至最大试验荷载（对应加载值为第10级荷载6850kN）时，下段桩荷载箱向下位移累计39.52mm，卸载后剩余位移为27.13mm，回弹率31.35%，而对应的荷载箱向上位移为6.61mm，卸载后剩余位移为3.55mm，回弹率46.29%。
根据相关规范计算，该试桩单桩竖向抗压极限承载力不小于14680kN，满足设计要求。
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