820米斜拉长江大桥组合压浆桩检测技术研究

石

首

长

江

大

桥

组

合

压

浆

桩检

测

技

术

研

究汇报人：王

磊东南大学

土木工程学院2016年9月报

告

提

纲12研究背景桩端桩侧组合压浆施工工艺3

压浆前后自平衡现场静载试验研究45钻孔取芯与标贯检测分析工程应用简介东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司21

研

究

背

景

石首长江公路大桥是《国家公路网规划》中

(兴隆—阳江)跨越长江的控制性工程。主桥推荐采用主跨820米斜拉桥方案，工程规模大，技术含量高，属于世界级桥梁工程。桥址区属于超厚软弱地层，基岩埋深在250m以下，地质条件较差。主桥索塔基础设计推荐采用超长大直径钻孔灌注桩方案，桩径为2.2m，桩长超过120m。

为提升项目科技水平，验证并优化指导基础设计，促进行业技术进步，开展了超厚软弱地层超长大直径钻孔灌注桩提高承载力的技术研究。提高钻孔灌注桩竖向承载力的措施主要有桩端压浆和桩侧压浆技术，以及两者共用的组合压浆技术。

本项目开展了桩基组合压浆技术研究，采用自平衡测试法对压浆前后的桩基承载力进行现场实测研究，对压浆效果进行取芯检测和CT检测。研究成果直接应用到石首长江大桥中，并可在类似工程中推广应用。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司32

桩

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工

艺图

2.1

注浆示意图东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司42

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施

工

工

艺（1）压浆设备：注浆泵，浆液搅拌机，储浆桶，压浆管路，压力表，球阀，溢流阀，纱网等。图

2.2双缸双液压浆泵东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司52

桩

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施

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工

艺（a）水泥搅拌桶（b）水泥上料机图2.3

水泥搅拌系统东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司62

桩

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工

艺称重流量计靶式流量计自动控制系统中心多分流分配系统东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司72

桩

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施

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工

艺（2）桩侧压浆管：采用Ф30壁厚大于2.5

mm普通小钢管作为压浆管。环向压浆管固定在钢筋笼上，按照设计位置绑扎在钢筋笼外侧，先从最上排压浆管开始压浆。图2.4

桩侧压浆管路布置东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司82

桩

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工

艺

组合压浆施工工艺流程图2.5

水泥存储及输出设备东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司92

桩

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合

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施

工

工

艺

组合压浆施工工艺流程图2.6

水泥浆搅拌系统东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司102

桩

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桩

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施

工

工

艺组合压浆施工工艺流程图2.7

水泥浆压浆系统东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司112

桩

端

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施

工

工

艺组合压浆施工工艺流程图2.8

自动控制和数据采集系统东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司122

桩

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施

工

工

艺组合压浆施工工艺流程图2.9

桩端桩侧组合压浆具体流程东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司133

组合后压浆桩自平衡测试研究主桥SSSZ-03~SSSZ-06试桩参数汇总表

试桩概况本项目共做试桩14根。主桥北侧靠近索塔的辅助墩（主桥2、3号墩）及滩桥跨南碾子堤桥的北过渡墩（滩15号墩）开展试桩研究，主桥试桩根数共6根。主桥试桩SSSZ-01~SSSZ-02压浆后加载；主桥试桩SSSZ-03~SSSZ-06压浆前后均加载。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司143

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩概况引桥试桩SSSZY-05~08试桩参数汇总表引桥北侧（88、99号墩）及南侧（226、227号墩）、南干堤大桥（243、244号墩）开展试桩研究，引桥试桩根数共8根。引桥试桩SSSZY-05、SSSZY-06及SSSZY-08压浆前后均加载测试。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司153

组合后压浆桩自平衡测试研究

检测方法滑轮位移传感器配重块基准梁加载设备测试采用自平衡法。该法主要利用专利产品荷载箱进行加载。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩的摩擦力及端阻力相平衡－自平衡来维持加载。根据向上向下Q-s曲线、以及等效转换曲线确定基桩承载力。数据采集仪油管测上盖板位移上荷载箱测下盖板位移测上盖板位移下荷载箱测下盖板位移钢管(可用来测桩底位移或作为压浆管)图3.1

自平衡测试示意图东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司163

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩目的（1）检测试桩的成孔质量；（2）检测试桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；（3）通过试验得出分层极限摩阻力和桩端极限阻力；（4）验证桩端后注浆及桩侧注浆对单桩承载力的提高作用；（5）提出后压浆技术在本项目沿线各土层的作用机理及压浆效果；（6）为确定本项目后压浆各项设计参数提供理论和技术依据；东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司173

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩依据（1）《基桩静载试验

自平衡法》JT/T

738-2009（2）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG

D63-2007）（3）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T

F50-2011）（4）《潜江至石首高速公路石首长江公路大桥及接线工程地勘勘察报告》（5）

设计图纸及相关文件要求东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司183

组合后压浆桩自平衡测试研究

加载设备•

（1）SSSZ-01～SSSZ-02采用单荷载箱，SSSZ-03～SSSZ-06采用双荷载箱（HZX）专利产品，其加载值的率定曲线由计量部门标定。•

（2）高压油泵和0.4级精密压力表，压力表最大加压值为60MPa，其压力表亦由计量部门标定。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司193

组合后压浆桩自平衡测试研究

量测设备（1）

电子位移传感器每桩6只，2只测荷载箱处的向上位移，2只测荷载箱处的向下位移,2只测桩顶向上位移。（2）

振弦式钢筋计（3）

笔记本电脑及数据自动采集仪一套。（4）振弦式频率测定仪二套。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司203

组合后压浆桩自平衡测试研究荷载箱下放荷载箱连接钢筋计焊接东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司213

组合后压浆桩自平衡测试研究1、成桩至试验间隙时间在桩身强度达到设计要求并不应少于15天，压浆后不应少于20天。2、荷载分级每级加载为预估加载值的1/15，第一级按两倍荷载分级加载，每级卸载量为3个加载级的荷载值。3、位移观测采用慢速维持荷载法。每级加（卸）载后第1h内应在第5、10、15、30、45、60min测读位移，以后每隔30min测读一次，达到相对稳定后方可加（卸）下一级荷载。卸载到零后应至少观测2h。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司223

组合后压浆桩自平衡测试研究4、稳定标准每级加（卸）载的向上向下位移量在最后30min时间内均不大于0.1mm。5、终止加载条件向上向下两个方向应分别判定和取值，平衡状态下两个方向都达到终止加载条件再终止加载。•

a）总位移量大于或等于40mm，且本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载的位移量的5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限加载值；•

b）总位移量大于或等于40mm，且本级荷载加上后24h未稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限•

c）

达到荷载箱最大加载能力东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司233

组合后压浆桩自平衡测试研究东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司243

组合后压浆桩自平衡测试研究本次测试因为桩基承载力较大，且平衡点不易找到，采用双荷载。先进行下荷载箱测试，主要目的是测试桩端阻力，然后进行上荷载箱测试然后关闭下荷载箱，下段桩可以提供反力，继续加载，测试出上段桩承载力。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司253

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩结果分析桩端阻力/kN05000100001500020000桩端阻力/kN05000100001500020000250001020304050601020304050压浆前压浆后压浆前压浆后（a）SSSZ-03（b）SSSZ-04桩端阻力/kN桩端阻力/kN050001000015000200002500005000100001500020000102030405060102030405060压浆前压浆后压浆前压浆后（d）SSSZ-06主桥各试桩压浆前后桩端阻力-位移曲线（c）SSSZ-05东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司263

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩结果分析桩端阻力/kN桩端阻力/kN桩端阻力/kN0100020003000400050006000700080000100020003000400050006000700080000100020003000400050006000102030405060102030405060102030405060压浆前压浆后压浆前压浆后压浆前压浆后（a）SSSZ-05引桥各试桩压浆前后桩端阻力-位移曲线（b）SSSZ-06（c）SSSZ-08东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司273

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩结果分析自平衡静载荷测试结果须转换为传统静载试验等效的桩顶荷载-桩顶位移曲线。根据相关规程中的方法转换得到Q-s关系曲线，如图

所示。桩顶荷载/kN桩顶荷载/kN020000400006000080000100000

120000

140000020000400006000080000

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120000

1400001020102030405060708090304050607080压浆前压浆后压浆前压浆后90100（b）SSSZ-04（a）SSSZ-03桩顶荷载/kN桩顶荷载/kN0200004000060000800001000001200000200004000060000800001000001200001020304050607080901020304050607080压浆前压浆后压浆前压浆后90100（d）SSSZ-06（c）SSSZ-05主桥各试桩压浆前后等效转换Q-s曲线东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司283

组合后压浆桩自平衡测试研究

试桩结果分析桩顶荷载/kN桩顶荷载/kN桩顶荷载/kN05000100001500020000250003000035000050001000015000200002500030000350000500010000150002000025000102030405060102030405060102030405060压浆前压浆后压浆前压浆后压浆前压浆后（a）SSSZY-05（b）SSSZY-06（c）SSSZY-08引桥各试桩压浆前后等效转换Q-s曲线东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司293

组合后压浆桩自平衡测试研究

测试结论（1）后压浆提高承载力，减小沉降。压浆后桩的极限承载力均有所提高，压浆效果显著。根据压浆前后的Q-s曲线可知，在相同的荷载作用下，桩端压浆后的桩基的沉降减小。（2）桩端阻力大幅增加，由摩擦桩转变为端承摩擦桩。压浆前，端阻占总承载力的比例为4.14%~15.53%，基本属摩擦型桩；压浆后，端阻力占总承载力也有所提高（12.95%~25.24%），属端承摩擦桩，即由摩擦桩转变为端承摩擦桩，端阻力提高幅度为0.99~6.86倍。（3）桩侧摩阻力大幅提高。经分析，压浆后整个桩侧摩阻力提高50.14%～128.40%。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司304组

合

钻

孔

取

芯

与

标

贯

检

测

分

析

钻孔取芯检测取芯检测：压浆完成且浆液强度达到要求后，在桩外侧距离钢护筒20cm处，对称取2个孔芯样。对主桥试桩SSSZ-02、SSSZ-04及SSSZ-05、SSSZ-06共四根试桩8个桩侧取芯孔进行取样，并通过预埋Φ130取芯管对桩端取芯，对主桥试桩六根试桩进行桩端取样。试桩SSSZ01~SSSZ06试桩SSSZ01~SSSZ06（a）桩侧取芯

（b）桩端取芯试桩取芯孔布置东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司314组

合

钻

孔

取

芯

与

标

贯

检

测

分

析

桩侧取芯各试桩桩侧取芯的结石体东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司324组

合

钻

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取

芯

与

标

贯

检

测

分

析

桩端取芯各试桩桩端取芯的结石体东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司334组

合

钻

孔

取

芯

与

标

贯

检

测

分

析

检测结果分析通过对主桥南岸试桩SSSZ-05、SSSZ-06及北岸试桩SSSZ-02、SSSZ-04共四根桩8个桩侧取芯孔的取芯结果来看，基本在自然地面标高下37m至40m左右出现水泥浆，在60m左右浆液逐渐变浓，桩端上10m浆液最浓，呈柱状、短柱状。主桥6根试桩桩桩端都从预留取芯管内取芯，桩端压浆效果非常好，浆液较浓，芯样呈柱状或短柱状，影响范围桩底标高下4.5m~6m范围不等。1）压浆后所施工的钻孔均见有未固结的水泥灰浆及其与粉细砂所形成的混合物；2）压浆后所有压浆体均为未凝固或半凝固状态，从地下取芯后12～24小时形成固结的水泥灰浆；3）桩端桩侧组合压浆效果显著，取出芯样呈柱状或短柱状；4）在三度空间分布上，相同条件下灰浆向下的渗透能力强，向上渗透能力差，而侧向渗透能力间于两者之间。东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司344组

合

钻

孔

取

芯

与

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贯

检

测

分

析

标准贯入度试验标贯试验：对主桥北岸试桩SSSZ-02、SSSZ-04及南岸试桩SSSZ-05、SSSSZ-06四根桩8个桩侧取芯孔进行标准贯入试验。标贯数N标贯数N102030405060708090102030405060708090100010010粉细砂粉细砂粉细砂粉细砂黏土粉土黏土粉土2020粉细砂粉细砂30粉细砂30404050粉细砂粉细砂50606070708080粉细砂地勘标贯数90地勘标贯数90100110120压浆后标贯数100110120压浆后标贯数（a）桩侧A（b）桩侧BSSSZ-02试桩标贯数对比东南大学南京东大自平衡桩基检测有限公司南京赛宝液压设备有限公司354组

合

钻

孔

取

芯

与

标

贯

检

测

分

析

标准贯入度试验（a）桩侧A

（b）桩侧BSSSZ-04标贯数N100标贯数N100试桩标贯数对比2040608012014016018020020406080120140160180200010010粉细砂粉细砂粉细砂粉细砂粉质黏土粉质黏土2020粉细砂粉细砂30304040粉细砂粉细砂5050606070粉细砂70压浆后标贯数粉细砂压浆后标贯数地勘标贯数地勘标贯数80809090100110卵石含砾黏土100110卵石含砾黏土结论：各试桩从钻孔所取样做的标贯击数看，其压浆后的标贯击数要高于地勘标贯数，表明采用桩侧压浆不仅可以改善和消除桩孔护壁泥皮，充填挤密桩身混凝土与桩侧周围土体间的间隙和桩