1、邢汾高速公路邢台至冀晋界段灌注桩检验荷载与破坏试验检测方案河北道桥工程检测有限公司2010 年 12 月 16 日1. 工程概况邢汾高速公路邢台至冀晋界段全线。业主单位拟对于：土建 L4 标段沙河特大桥 35 号桩进行检验荷载试验、土建 L1 标段留村枢纽 1 号跨线桥 3 号桩进行检验荷载试验、土建 L5 标段沙河特大桥 200 号桩进行破坏荷载试验。桥涵设计汽车荷载公路-级，各项技术指标按交通部公路工程技术标准 （JTG B01-2003）有关规定执行。土建主体 L1、L4、L5 标段桩基础检验荷载试验、破坏荷载试验。三根试桩由提供资料可知其基本概况：试桩编号 试桩位置桩径（cm）桩长（m
2、）试验最大加载值（kN）混凝土等级 桩型 试验类型SZ-1 LJ4 标沙河特大桥 35 号桩 180 35 11921 C25 混凝土灌注桩 检验荷载SZ-2 LJ5 标沙河特大桥 200 号桩 180 35 18000 C25 混凝土灌注桩 极限荷载SZ-3L1 标段留村枢纽 1 号跨线桥 3号桩160 45 17400 C25 挤扩支 盘桩 检验荷载2. 试验检测工作范围通过静载试验检验基桩的单桩竖向承载力是否满足设计要求，试验数量 2根；通过基桩破坏载荷试验测定试桩的极限承载力，试验数量 1 根。3. 试验检测工作的目标桩基础能否既经济又安全的通过设置在岩土层的基桩，将外荷载传递到深层岩
3、土体中，主要取决于基桩桩身质量预计装承载力是否能够达到设计要求。为确保基桩检测工作质量，规范基桩检测方法，使基桩质量检测工作符合安全适用、技术先进、数据准确。编制试验检测方案。桩基础属于隐蔽工程，要确保桩基础的工质量，必须对桩基础所用材料、施工方法、施工工艺、成桩质量等进行质量控制与检测。施工中的检测目的是监督施工过程，保证施工质量，达到设计要求；施工后的检测目的是对施工质量进行验收、评估和对质量问题的处理提供依据。4. 技术服务方案编制依据的规范与规程检测技术服务建议书设计主要依据国家、行业有关技术规范：建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2002）建筑地基基础工程施工质量验收规范 (
4、GB 50202-2002)建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2008 ）建筑基桩检测技术规范 （JGJ 106-2003 ）及条文说明公路桥涵施工技术规范 （JTJ 041-2000）基桩静载试验 自平衡法 （JT/T 738-2009）国家现行的其它公路、桥涵工程验收检测标准、规范、规程相关设计图及相关原材料试验资料等。5. 试验检测工作程序在桩基础试验检测过程中将按照以下程序进行。包括单桩竖向抗压静检验性荷载试验和破坏性荷载试验桩基础承载力检测。接受委托设备仪器检定计算分析和结果评价现场检测制定检测方案调查、资料收集重新检测、验证、扩大检测前期准备检测报告桩基础检测工作程序图6. 试验检
5、测方案6.1 检验荷载试验、破坏荷载试验桩基础承载力检测：对基桩承载力检测，达到判定与评价基桩承载力是否满足设计要求的目的。桩基础检验荷最大加载值为桩基础设计值的 2 倍；桩基础破坏荷载试验包括桩身材料破坏和地基土的强度破坏。6.2 试验设备加载装置：锚桩横梁反力装置，锚桩需要 4 根。灌注桩做锚桩须通长配筋。选用 4 台或 6 台千斤顶并联加载横梁使用自制钢梁，基准梁采用槽钢。量测装置：荷载量测选用高精度压力表测定油压，压力表精度为0.4MPa，事先标定千斤顶率定曲线换算荷载或者传感器直接测定，采用 JCQ-503A 型静载测试仪系统；沉降量测采用安装与磁性表座上的 DSB-50 型容栅式位
6、移传感器。具体设备安装见下图：6.3 试桩头处理试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致。桩顶部高出桩承台底面1 米，即试桩较其它工程桩顶部多灌注 1 米，桩头需进行如下处理：（1）. 应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土；（2）. 试桩顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合；主梁 拉杆次梁锚桩试桩千斤顶承压板基准梁（3）. 桩头主筋应全部通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上；（4）. 距桩顶 1 倍桩径范围内，宜用厚度为 35mm 的钢板围裹或距桩顶1.5 倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于 100mm，桩顶应设置钢筋网 23 层，间距 60100mm；（5）. 桩头混凝土
7、强度等级宜比桩身混凝土提高 12 级，且不得低于C30。6.4 试验加载的步骤现场检测步骤：宜采用慢速维持荷载法，加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载应为最大加载量或预估极限承载力的 1/101/12 ，其中第一级可取分级荷载的 2 倍。（1）. 每级荷载施加后按第 5、15、30min 测读桩顶沉降量，以后每隔30min 测读一次；（2）. 试桩沉降相对稳定标准：在每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第 30min 开始，按 1.5h 连续三次每 30min 的沉降观测值计算） ；（3）. 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准后，再施加下一级荷载；（4）.
8、 卸载时，每级荷载维持 1h，按第 15、30、60min 测读桩顶沉降量后，在卸下一级荷载，然后直至卸载至零。6.5 终止加载的条件当出现下列情况之一时，可终止加载：（1）. 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 5 倍；（2）. 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 2 倍，且经 24h 尚未达到相对稳定标准；（3）. 已达到设计要求的最大加载量。6.6 资料整理（1）. 试验数据分析资料的记录与整理采用建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003 的规定。确定单桩竖向抗压承载力时,应绘制竖向荷载-沉降（Q-s） 、沉降-时间对数（s-lgt）曲线，沉降荷
9、载对数（s-lgQ ）曲线。（2）. 抗压静载极限承载力的确定单桩竖向抗压极限承载力的分析确定：A. 根据沉降随荷载的变化特征确定：对于陡降型 Q-s 曲线,取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。B. 根据沉降随时间变化的特征确定：s-lgt 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。C. 某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的 2 倍，且经 24h 尚未达到相对稳定标准时，取该荷载前一级荷载。D. 对于缓变型 Q-s 曲线可根据沉降量确定，取 s=0.05D (D 为桩端直径）对应的荷载值。7. 建议措施建议破坏荷载试验采用自平衡的方法。该方法节约锚桩制作费用，且在我省多条高速公
10、路应用。青红高速邯郸段、廊涿高速永定河特大桥、津汕高速公路子牙新河特大桥、漳卫新河大桥、邢威高速二期卫运河特大桥、廊沧高速沧州段子牙新河特大桥、沿海高速沧州段等多座桥梁灌注桩检测中使用。河北道桥工程检测有限公司多次使用该技术，极大地降低了静载试验工程造价。该方法的最大优点是不需要制作锚桩。交通部发布基桩静载试验 自平衡法 （JT/T 738-2009 ）列入行业标准。8. 自平衡试桩法8.1 方法及原理简介自平衡试桩法是采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的一种试验方法，可确定单桩竖向抗压极限承载力和桩周土层的极限侧摩阻力、桩端土极限端阻力。其主要装置是一种特制的荷载箱，它与钢筋笼连接而安置于桩
11、身下部。试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至破坏。将桩侧土摩阻力与桩底土阻力迭加而得到单桩抗压承载力，其测试原理见下图。自平衡测桩法具有许多优点：（1）. 装置简单，不占用场地，不需构筑笨重的反力架；试验时十分安全；（2）. 利用桩的侧阻与端阻互为反力，直接测得桩侧阻力与端阻力；（3）. 试桩准备工作省时省力；（4）. 试验费用较省，不需要制作锚桩。检测时间：从成桩到开始试验的间歇时间：成桩达到 28 天。8.2 测试设备（1）. 试验加载采用专用的荷载箱，经法定检测单位标定。荷载箱平放于试桩中心；荷载箱位移方向与桩身轴线夹角50
12、，荷载箱极限加载能力应大于预估极限承载力的 1.2 倍。（2）. 荷载与位移的量测仪表：采用联于荷载箱的压力表测定油压，根据荷载箱率定曲线换算荷载。试桩位移一般采用百分表或电子位移计测量。采用专用装置分别测定向上位移和向下位移。固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其他外界因素的影响以防止发生竖向变位。（3）. 试桩和基准桩之间的中心距离应大于等于 3D 且不小于 2.0m。（4）. 荷载箱在成孔以后，混凝土浇捣前设置。护管与钢筋笼焊接成整体，荷载箱与钢筋笼焊接在一起，护管还应与荷载箱顶盖焊接，焊缝应满足强度要求，并确保护管不渗漏水泥浆。荷载箱摆放处一般有加强措施，可配置
13、加密钢筋网 2 层。护 管荷 载 箱基 准 梁 位 移 杆油 管 加 载 系 统位 移 传 感 器数 据 采 集 系 统 应 变 仪应 变 计传 感 线P荷 载 箱（5）. 荷载箱摆设位置根据地质报告进行估算。8.3 试验方法与步骤（1）. 桩头处理：A. 混凝土应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土。B. 桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。（2）. 试验加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后方可加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。（3）. 加卸载与位移观测：A. 加载分级：每级加载为预估极限荷载的 1/101/15，第一级可按 2 倍分级 1
14、500kN 荷载加荷。B. 位移观测：每级加载后在第 1h 内应在 5、15、30、45、60（min）测读一次，以后每隔 30min 测读一次，每次测读值记入试验记录表。C. 位移相对稳定标准：每一小时的位移不超过 0.1mm 并连续出现两次（由 1.5h 内连续三次观测值计算） ，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。D. 终止加载条件：当出现下载情况之一时，即可终止加载。（a）已达到极限加载值；（b）某级荷载作用下，桩的位移量为前一级荷载作用下位移量的 5 倍；（c）某级荷载作用下，桩的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；（d）累计上拔量超过 100
15、mm。E. 卸载与卸载位移观测：每级卸载值为每级加载值的 2 倍。每级卸载后隔15min 测读一次残余沉降，读两次后，隔 30min 再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔 34h 再读一次。8.4 资料整理（1）. 单桩竖向静载试验记录见表 4.1。单桩竖向静载试验记录表 表 4.1荷载 观测时间 间隔时间 向上位移（mm） 向下位移（mm）（kN） 日 /月时分 （min） 表 1 表 2 平均 累计 表 1 表 2 平均 累计试验： 资料整理： 校核：（2）. 单桩竖向静载试验荷载沉降汇总表 4.2。单桩竖向抗压静载试验结果汇总表 表 4.2历时(min) 向上位移(mm) 向下位移
16、(mm)序号荷载（kN） 本级 累计 本级 累计 本级 累计试验： 资料整理： 校核：（3）. 确定单位竖向极限承载力：绘制 Q-S 上、Q-S 下，S 上-lgt、S下-lgt、 S 上-lgQ、S 下-lgQ 曲线。8.5 单桩竖向极限承载力的确定（1）. 根据位移随荷载的变化特征确定极限承载力，对于陡变型 Q-S曲线取 Q-S 曲线发生明显陡变的起始点。（2）. 对缓变形 Q-S 曲线，按位移值确定极限值，极限侧阻取对应于向上位移 S 上 =4060mm 对应的荷载；极限端阻取 S 下=4060mm 对应荷载。（3）. 根据位移随时间的变化特征确定极限承载力，下段桩取 S-lgt 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值，上段桩取 S-lgt 曲线尾部出现明显向上弯曲的前一级荷载值。分别求得上、下段桩的极限承载力 Qu 上 、Q u 下 ，然后考虑桩自重影响，得出单桩竖向抗压极限承载力为（1）下上 uuWQ式中：W荷载箱上部桩自重；对于粘性土、粉土 =0.8；对于砂土 =0.7。
