单桩水平向动静载试验实施细则

1、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 2002.102软土地基路桥设计参数试验项目试验研究大纲2002.123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）1995.7.15.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，2002.126.京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

2、。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

3、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1.0m桩径3根0.8m桩径3根预制桩0.55m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200吨千斤顶1台；压力表（060MPa）1只；百分表（050mm）4只；基准梁（5m长）4根；磁性表座4个；高压软管6根；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1/101/15作为每级荷载的加载增量。根据

4、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

5、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1.0m桩径3根0.8m桩径预制桩0.55m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

6、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

7、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Ti (kN)频率(Hz)钻孔灌注桩1.0m桩径6030.8m桩径预制桩0.55m桩径1034.2 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：荷载分级：取预估水平极限承载力的1/101/15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； 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，

8、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；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。桩周土阻尼值；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；水平动力循环作用后，地基系数的比例系数m值；由此求得桩身弯矩分布；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

9、力()等曲线。软土地区桩的水平动力有限元计算结果。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； 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，

10、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；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

11、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

12、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0.5Mpa2%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）m7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

13、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100mm0.01mm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215动力疲劳试验机fz=2-8HzQ=500kN1%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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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123456土 的 物 理 力 学 指 标层次深度(m)g(kN/m3)w(%)eSrwp(%)IpILa1-2(a2-3)Es(MPa)j()fk(kPa)12345试验： 资料整理： 校核： 单桩水平静载试验记录表 表J-2