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1、蒙華鐵路23標段橋梁工程基樁承載力自平衡法靜載試驗檢測方案 山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司二一五年九月目 錄一、 概述11、概況11.1工程概況11.2試驗目的11.3試驗依據11.4試樁參數22、工程地質概況33、荷載箱埋設位置44、鋼筋計埋設位置5二、 基樁承載力自平衡法靜載試驗51、試驗原理及優點51.1自平衡法原理51.2自平衡法優點61.3測試儀器設備62、現場安裝72.1荷載箱及相關附件運抵現場72.3荷載箱與鋼筋籠焊接82.4下放鋼筋籠及灌注樁身混凝土82.5樁頭管線保護83、檢測步驟93.1前期準備93.2搭設基準梁、基準樁93.3搭設帳篷103.4準備電源103.5開始檢測2、103.6終止加載條件113.7檢測結束124、樁身軸力測試124.1鋼筋計的安裝埋設124.2樁身應力測試及計算134.3試驗數據的分析、整理14三、 試樁荷載箱測試管布置及測試現場布置示意圖15四、 現場各單位協作分工19一、 概述1、概況1.1工程概況新建蒙西至華中地區鐵路煤運通道工程MHTJ-23標起訖里程DK1213+800DK1287+298.9，正線長度70.65公里。本標段地處湖北省荊門市和荊州市，由北向南依次經過荊門市沙洋縣，荊州市沙市區、荊州開發區、江北農場、江陵縣。主要工程數量：橋涵：橋梁21.35公里/27座(特大橋9座、大橋4座、中橋14座)、框架小橋988.22延米3、/105座。蒙華鐵路23標段橋梁試樁工點及位置選定如下：表1-1 蒙華鐵路23標段橋梁試樁工點及位置表序號橋梁名稱建議試樁位置試樁數量1跨漢宜高鐵特大橋82號83號墩左側用地范圍內3根1.2試驗目的（1）確定試樁的單樁豎向承載力，驗證設計。（2）確定樁頂在自由狀態下，試樁的水平承載力、樁側土地基系數的比例系數m值。（3）測試試樁穿越各土層的實際摩阻力，驗證摩擦力取值。（4）根據試驗結果進行施工工藝總結，為后續的工程樁提供參考。（5）進行工藝、數據對比、應用數據采集匯總說明，通過試樁判別能夠達到設計承載力要求，為確定后續施工工藝提供參照。1.3試驗依據1）鐵路橋涵施工規范(TB10203-2004、2)2）鐵路工程樁基檢測技術規范(TB10218-2008)3）建筑基樁檢測技術規范（JGJ106-2014）；4）基樁靜載試驗 自平衡法(JT/T 738-2009)；5）設計圖紙及巖土報告。1.4試樁參數表2-1 自平衡試樁有關參數試樁位置82號墩左側82號墩左側82號墩左側試樁編號SZ2-1SZ2-2SZ2-3參考鉆孔編號D2Z-HYGS-82D2Z-HYGS-82D2Z-HYGS-82樁徑（m）1.01.01.0荷載箱外徑/內徑mm860/430860/430860/430樁頂標高m+26.062+26.062+26.062樁底標高（m）-4.938-4.938-4.938設計樁長（m5、）31.031.031.0孔深（m）33.533.533.5單樁容許承載力(kN)4037.24037.24037.2預估加載值(kN)810081008100荷載箱埋設位置樁端向上2.5m樁端向上2.5m樁端向上2.5m荷載箱加載分級4050KN/104050KN/104050KN/10鋼筋籠主筋 161616備注純試驗樁純試驗樁純試驗樁表2-2：加卸載分級荷載表加載分級荷載箱對應荷載(kN)卸載分級SZ2-1SZ2-2SZ2-3SZ2-1/SZ2-2/SZ2-30000(1)2800800800(2)31200120012004160016001600(3)52000200020006246、0024002400(4)72800280028008320032003200(5)9360036003600104000400040002、工程地質概況試樁：跨漢宜高鐵特大橋三根試樁參考同一個剖面圖實際鉆孔過程中需要再次對地質情況進行核對，以便確定設計地層與實際地層的差異，保證試驗數據的準確性。3、荷載箱埋設位置根據地勘資料進行計算，需達到以下要求：Q1： 荷載箱以上樁體各土層的極限側阻力之和正負側阻力修正系數荷載箱以上樁體的自重Q2： 荷載箱以下樁體各土層的極限側阻力之和極限端承力以上計算的結果達到以下要求：試樁：Q1 Q23930KN表3-1工程名稱蒙華鐵路MHTJ-23標跨漢宜高鐵特大7、橋試樁編號82#荷載箱位置樁端上2.5米樁徑(m)1樁長(m)31計算參考柱狀圖D2Z-HYGS-82土層編號土層名稱樁側摩阻力標準值qsik (kPa)端阻力標準值qpk (kPa)負摩阻系數a層厚Li(m)豎向qsik*Li修正后側阻a*qsik*Li2-8粉質粘土420.7013.142552.0386.43-11細砂460.7010.6487.6341.34-12粗圓礫土1350.704.758642.3449.6荷載箱位置4-12粗圓礫土13541551.002.5337.5337.5上段樁側阻和1177.3上段樁極限側阻力3696.8上段樁自重559.3上段樁極限上托力4256.18、下段樁側阻和337.5下段樁極限側阻力1059.8下段樁極限端承力3261.8下段樁極限承載力4321.6荷載箱標高樁端上2米2.5上段樁長28.5總樁長31.04、鋼筋計埋設位置樁號：SZ-1/SZ-2/SZ-3 樁徑： 1.0， 樁長：31m, 鋼筋籠主筋16；鋼筋計埋設位置如表4-1。表4-1 鋼筋計埋設位置纜線長度（m）數量標高地面+28.562樁頂+26.062截面一193只+24.0截面二293只+12.92截面三343只+2.32截面四393只-1.438荷載箱-2.438截面五413只-3.938樁底-4.938注意：在土層界面兩側分別布設一個斷面二、 基樁承載力自平衡法靜載試9、驗1、試驗原理及優點1.1自平衡法原理自平衡法的檢測原理是將一種特制的加載裝置自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內相應的位置（具體位置根據試驗的不同目的而定），將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置（位移、應力等）從樁體引到地面，然后灌注成樁。由加壓泵在地面向荷載箱加壓加載，荷載箱產生上下兩個方向的力，并傳遞到樁身。由于樁體自成反力，我們將得到相當于兩個靜載試驗的數據：荷載箱以上部分，我們獲得反向加載時上部分樁體的相應反應系列參數；荷載箱以下部分，我們獲得正向加載時下部分樁體的相應反應參數。通過對加載力與這些參數（位移、應力等）之間關系的計算和分析，我們可以獲得樁基承載力等一系列10、數據。這種方法可以用于為設計提供數據依據，也可用于工程樁承載力的驗證。 1.2自平衡法優點與傳統的靜載試驗（檢測）方法（堆載法和錨樁法）相比，自平衡法具有以下特點：1、省力：沒有堆載，也不要笨重的反力架，檢測十分簡單、方便、安全。2、省時：土體穩定即可測試，并可多根樁同時測試，大大節省試驗（檢測）時間。3、不受場地條件和加載噸位限制：每樁只需一臺高壓泵、一套位移測讀儀器、一根基準梁，檢測設備體積小、重量輕，任何場地（基坑、山上、地下、水中）都可。1.3測試儀器設備1.3.1加載設備（1）試樁采用組合式荷載箱，荷載箱直徑同鋼筋籠外徑，行程約15cm，直徑和加載面積的設計，充分兼顧加載液壓的中低壓11、力和樁體試驗后的高承載能力。歐感荷載箱通過內置的特殊增壓技術設計，以很低的油壓壓強，產生很大的加載力，從而能夠極大地降低加載系統的故障率。環形荷載箱 浮漿導流原理圖高壓油泵：最大加壓值為60MPa，加壓精度為每小格0.5MPa，其壓力表亦由浙江省計量部門標定并提供標定證書。荷載箱高油壓泵標定完成后，運往現場安裝到位。位移量測裝置量程50mm（可調），每樁5只，通過磁性表座固定在基準鋼梁上，2只用于測量樁身荷載箱處的向上位移，2只用于測量樁身荷載箱處的向下位移，1只用于量測樁頂向上位移。由計量部門標定。測試儀器數控盒測試儀器顯示屏2、現場安裝為了確保自平衡樁基檢測結果可靠準確，根據相關檢測規范的12、技術要求，荷載箱在安裝時必須按照既定的規定操作，部分工作需施工方配合。荷載箱安裝前施工方需準備設備及材料：20噸以上吊車、電焊機、鋼筋等；安裝流程：荷載箱及相關附件運抵現場荷載箱預澆注混凝土荷載箱與鋼筋籠焊接油管及位移檢測管線布置下鋼筋籠樁頭管線保護。2.1荷載箱及相關附件運抵現場a)卸車時應輕搬輕放，防止磕碰，碰壞管線；b)按照裝箱單清點貨物，防止丟失；c)荷載箱及附件存放時需要防雨防塵。2.2預澆混凝土(只針對設計有導流體結構的荷載箱)：i) 將荷載箱錐體朝上，倒置于平整地面上，注意下口需用水泥紙鋪住，以防止灌注時水泥漿直接黏結在地面；ii) 將混凝土料澆筑入錐體內后，用振動棒充分搗實后；13、混凝土強度需不得低于C30標準； iii) 澆注完畢后10小時內，不得移動荷載箱體；iv) 待一面荷載箱錐體凝固后，用吊車翻轉，澆筑另一面錐體；v) 如果施工單位能保證沉渣的控制，也可不設導流裝置。2.3荷載箱與鋼筋籠焊接i) 將荷載箱用吊車側吊，將吊起后的荷載箱與鋼筋籠進行焊接；焊接方法為：鋼筋籠的主筋與荷載箱上的方鋼或加強筋（現場加工制作）進行焊接；焊接標準：鋼筋籠與荷載箱必須保持垂直，偏心度控制在5度之內。ii) 將灌注導管的導向結構焊接在鋼筋籠上（導向結構根據現場情況在現場加工制作），數量與主筋數相同，荷載箱上下面都需要布置，材料使用20的圓鋼，每根長度不小于1.0m。iii) 在荷載14、箱上下各1米范圍內,對鋼筋籠橫向箍筋進行加密處理,使其間距縮減至10cm。iv) 位移桿采用內桿加外套護管的方式，兩上位移桿焊接在荷載箱上蓋板，兩下位移焊接在預留好的下位移連接處，采用絲扣連接，呈90分布，擰緊時需纏生料帶，順著鋼筋籠連接至地面。2.4下放鋼筋籠及灌注樁身混凝土a)下放鋼筋籠：下籠過程中，需要對位移管線和油管進行綁扎，位移管和油管沿著主筋一直綁到樁身頂部，位移管線每隔0.5米用扎絲綁扎，油管每隔1米用扎絲綁扎。當樁頂標高低于地面時，樁頂到地面需放置簡易鋼筋籠（沒有盤筋的鋼筋籠即可），用于引導保護管線。為保證荷載箱與鋼筋籠連接強度及吊裝，試樁鋼筋籠必須要全籠。b)灌注樁身混凝土：15、檢測樁混凝土標高按設計要求，導管通過荷載箱到達樁端澆搗混凝土，當混凝土接近荷載箱時，拔導管速度應放慢，當荷載箱上部混凝土高度大于2.5m時導管底端方可拔過荷載箱，澆混凝土至設計樁頂；荷載箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。2.5樁頭管線保護 鋼筋籠下放完畢要現場開始檢測有差不多半個月以上的休止期，需要在樁頭做好警示標記，保護油管及鋼管封頭（用鋼板焊，防止水泥漿漏入），保證管線不受破壞。樁頭警示標記樁頭警示標記3、檢測步驟為了確保自平衡樁基檢測結果可靠準確，根據相關檢測規范的技術要求，荷載箱在檢測時必須按照方案要求操作，部分工作需施工方配合。安裝流程：前期準備搭設基準梁16、基準樁搭設帳篷準備電源開始檢測檢測結束荷載箱斷開面注漿3.1前期準備a)成樁15天后，即混凝土強度達到標稱強度70%以上方可開始檢測。b)檢測前需將場地整理平整，樁頭修整完畢。c)檢測方需準備一套完整的檢測設備。d)施工方所需準備的設備及材料:20噸吊車、電焊機、配電箱、搭帳篷及基準梁所需的材料。3.2搭設基準梁、基準樁依據自平衡樁基檢測規范，基準梁一端與基準樁鉸接，另一端與基準樁焊接。基準梁長度應不小于試樁樁徑的6倍，以樁中心為中心，每邊各3倍樁徑，搭設在試樁的正上方； 基準梁基準樁試樁基準樁焊接支座鉸接支座6倍樁徑3倍樁徑3倍樁徑D基準梁搭建示意圖3.3搭設帳篷測試時，為盡量減少溫度、雨17、水、風等外部因素的影響，須搭設防風蓬架，確保測試設備基準梁基準樁儀表及管線檢測時不受外界環境的影響。防風帳篷檢測現場3.4準備電源檢測階段，確保數據采集系統及油壓泵的正常使用，現場需配備一只電壓穩定不間斷三相四線制配電箱。配電箱帶漏電保護，有380V、220V兩種電源，容量不小于10千瓦。3.5開始檢測現場檢測期間，加載流程及時間應符合相關規范的規定。檢測用儀器設備應在檢定或校準周期的有效期內，檢測前應對儀器設備檢查調試。檢測所使用的儀器儀表及設備應具備檢測工作所必須的防塵、防潮、防震等功能，并能在-10oC40oC溫度范圍內正常工作。測壓傳感器或壓力表精度均應優于或等于0.4級，量程不應小于18、60MPa，壓力表、油泵、油管在最大加載時的壓力不應超過規定工作壓力的80%。位移傳感器宜采用電子百分表或電子千分表，測量誤差不得大于0.1%FS，分辨力優于或等于0.01mm。檢測設備連接示意圖(位移桿) 加卸載.1 加載應分級進行。每級加載量為頂估最大加載量的 1/10。.2 卸載也應分級進行。每級卸載量為2個加載級的荷載值。.3 加卸載應均勻連續 ,每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的 10%。 位移觀測和穩定標準.1 位移觀測采用慢速維持荷載法。每級加 (卸 )載后第 1h內 應在第 5min、10min、15min、30min、45min、60min測讀位移,以后每隔3019、min測讀一次,達到相對穩定后方可加 (卸 )下 一級荷載。卸載到零后應至少觀測2h,測讀時間間隔同加載。3.5.2.2 穩定標準每級加 (卸 )載 的向上、 向下位移量在下列時間內均不大于 0.1mm:a) 樁端為巨粒土、粗粒土或堅硬黏質土,最后30min。b) 樁端為半堅硬黏質土或細粒土，最后1h。3.6終止加載條件（1）某級荷載作用下，位移量大于或等于前一級荷載作用下位移量的5倍。但位移能相對穩定且上、下位移量均小于40 mm時，宜加載至位移量超過40 mm。（2）某級荷載作用下，位移量大于前一級荷載作用下位移量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準。（3）已達到最大極限加載值。（4）當20、荷載位移曲線呈緩變型時，可加載至位移量60mm80mm；在特殊情況下，根據具體要求，可加載至累計位移量超過80mm。3.7檢測結束檢測結束后，保存好記錄數據。將檢測設備、加測設備等擦拭干凈，裝箱放好。4、樁身軸力測試4.1鋼筋計的安裝埋設按鋼筋直徑選配相應的鋼筋計，如果規格不相符，可選擇與鋼筋直徑相近的鋼筋計。埋設在不同性質土層的界面處，以測量樁在不同土層中的分層摩擦力。將鋼筋計兩端的連接拉桿擰下，選配與鋼筋計規格相同的鋼筋與連接拉桿焊接在一起。將鋼筋計（已接電纜）與已焊好鋼筋的連接拉桿用管鉗對旋擰緊，鋼筋計與連接拉桿的螺紋擰緊時可附膠。焊接時，要在傳感器的部位澆水或用濕布包裹冷卻，以免溫度過21、高損壞傳感器。每個斷面安裝34個點,埋設在不同性質土層的界面處，以測量樁在不同土層中的分層摩擦力。在制作鋼筋籠時,需留出對稱4個點位置的主筋,待安裝上鋼筋應力計后再焊接到鋼筋籠上相應位置，或者在鋼筋籠制作完成后，在相應位置割斷對稱點位置的主筋。為保證鋼筋計與鋼筋的軸線一致，鋼筋應力計焊接安裝示意圖如下：鋼筋應力計導線綁定實物圖4.2樁身應力測試及計算采用弦式傳感器測量時，將鋼筋計實測頻率通過率定系數換算成力，再計算成與鋼筋計斷面處的混凝土應變相等的鋼筋應變量。在數據整理過程中，應將零漂大、變化無規律的測點刪除，求出同一斷面有效測點的應變平均值，并按下式計算該斷面處樁身軸力：式中：Qi樁身第i斷22、面處軸力（kN）；第i斷面處應變平均值；Ei 第i斷面處樁身材料彈性模量（kPa），當樁身斷面、配筋一致時，宜按標定斷面處的應力與應變的比值確定；Ai 第i斷面處樁身截面面積（m2）。按每級試驗荷載下樁身不同斷面處的軸力值制成表格，并繪制軸力分布圖。再由樁頂極限荷載下對應的各斷面軸力值計算樁側土的分層極限摩阻力和極限端阻力：式中 qsi 樁第i斷面與i+1斷面間側摩阻力（kPa）；qp樁的端阻力（kPa）；i樁檢測斷面順序號，i=1，2，n，并自樁頂以下從小到大排列；u樁身周長（m）；li 第i斷面與第i+1斷面之間的樁長（m）；Qn樁端的軸力（kN）；A0樁端面積（m2）。4.3試驗數據的分23、析、整理4.3.1單樁豎向極限承載力的確定實測得到荷載箱上段樁的極限承載力Q和荷載箱下段樁的極限承載力Q，按照相關規范中的承載力計算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：抗壓： Qu = + Q式中：Qu ：單樁豎向抗壓極限承載力（kN）；Q：荷載箱上段樁的實測極限承載力（kN）；Q：荷載箱下段樁的實測極限承載力（kN）；W ：荷載箱上段樁的自重；g ：荷載箱上段樁側阻力修正系數，對于粘土、粉土 g 取0.8，對于砂土取0.7。4.3.2等效轉換曲線實測荷載箱向上（Q+s+）、向下（Qs）兩條曲線，根據位移協調原則，轉換成傳統樁頂Qs曲線，如圖所示。QQS+SS0S0傳統靜載曲線轉換示意圖樁身無軸力24、實測值等效轉換方法采用如下公式計算：樁頂等效荷載P為：P=（Q u-W）/ g+ Q l與等效樁頂荷載P對應的樁頂位移s為：s=s1+s其中上段樁身的彈性壓縮量s為：s=式中（下同）：Q u：對應上段樁Q u-su曲線中位移絕對值等于s1時的荷載（kN）；Q l：荷載箱向下荷載（kN），可直接測定；s1 ：荷載箱向下位移，可直接測定(mm)；W ：試樁荷載箱上部樁自重（kN）；g ：試樁上部樁土修正系數。L ：上段樁長度（m）；EP ：樁身彈性模量；AP ：樁身截面面積（m2）。4.3.3報告內容1）試樁的Q-S曲線，S-lgt的實測數據及加載、卸載曲線。2）試樁的豎向抗壓單樁極限承載力。3）25、試樁的樁周與各土層間的極限摩阻力。4）試樁的樁身軸力分布曲線、樁身總側阻力Qf分布曲線。三、 試樁荷載箱測試管布置及測試現場布置示意圖 施工方檢測方備注設備生產提前準備導流體中所需混凝土，制作鋼筋籠，及時確定成孔周期負責提供方案，荷載箱生產和運輸在下鋼筋籠前10天通知檢測單位，提前準備設備，發往工地。安裝階段施工方負責鋼筋籠的制作，并負責將荷載箱焊接于鋼筋籠上檢測方負責提供現場指導施工方負責負責將鋼筋計焊接于鋼筋籠上，并協助整理鋼筋計纜線施工方負責制作并實施荷載箱處混凝土導管導向裝置，即喇叭筋。檢測方負責提供現場指導喇叭筋數目最好與主筋同，粗細可看具體情況，長度為1.2米，荷載箱上下均需焊接喇26、叭筋預埋設備進場之前，施工方負責將電源（220V、380V）直接通到需要安裝的位置，并配備吊機、電焊機、混凝土攪拌裝置等輔助裝置。檢測方負責提供符合樁長度的加壓油管、荷載箱、鋼筋計等預埋設備，指導施工人員進行安裝和焊接，管線固定等配合工作。樁頂到孔口放置簡易鋼筋籠，由施工方負責現場制作并實施檢測方負責提供現場指導和負責提供現場保護標識檢測階段檢測設備進場之前，施工方負責完成檢測現場的三通一平，試驗場地平整，甲方將電源（220V、380V）直接通到需要安裝和檢測的位置，并提供及安裝檢測用基準梁（工字鋼 I25，長度為6倍樁徑以上）和支架、電焊機、注漿機等輔助裝置檢測方指導施工人員進行安裝和搭設施工方提供輔助人員協助乙方進行荷載箱及相關檢測設施的安裝和檢測設備轉場檢測方負責提供現場指導檢測前，施工方負責搭設防風蓬檢測方負責提供現場指導帳篷尺寸：長8米，寬4米，高2.5米四、 現場各單位協作分工