黑龙江大桥工程桩基承载能力自平衡测试技术中铁

xxx基桩承载能力自平衡测试技术第四工程有限公司xxx内容提要：本文着重介绍了采用自平衡测试技术进行试验桩的目的、试验依据及技术的测试原理、方法和测试分析方法，并根据此技术提供的数据、成果对大桥的钻孔桩进行优化。关键词：大桥试验桩承载能力自平衡测试技术1.概述1.1工程概况国道主干线xxx绕城公路东北段xxx主桥采用大跨度预应力混凝土连续梁结构，引桥采用预应力混凝土简支梁结构。桥跨总体布置形式为2×40m＋3×40m＋4×40m简支转连续梁（南引桥）＋90.5m＋3×138m＋90.5m变截面大跨度预应力混凝土连续梁（主桥）＋4×40m＋10×（3×40m）简支转连续梁（北引桥）。桥梁全长2324.92m，主桥长595m，引桥长1729.92m。大桥位于松花江下游11公里处，起讫里程为XXX，大桥全宽28m，双向四车道，设计洪水频率为P=1/300，通航标准为Ⅲ级航道，抗震荷载按Ⅶ度设防。主桥4个主墩均采用钢筋混凝土实体墩，墩身采用上、下行分离式，墩身截面尺寸横桥向为6m，顺桥向为4.58～5m。承台为整体式，承台平面形状为六边形，每个承台下设16根直径为2.0m的钻孔灌注桩，桩长为70m、75m。钻孔灌注桩按梅花形布置。本次试桩选择在松花江南岸38号墩附近（离主墩的钻孔桩20m）桥中线，试桩直径2.0m，桩长70m。试桩位置见图1。图1试桩桩位布置图1.2地质条件该桥位处地质条件复杂，覆盖层为淤泥，自上而下岩土分布依次为粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、中砂、粗砂、全风化砂岩、强风化砂岩、强风化泥岩、弱风化泥岩、弱风化砂岩、弱风化泥岩，持力层为弱风化泥岩。2.试桩目的及试验依据2.1试桩目的确定单桩极限承载力、桩身弹性变形、岩土塑性变形、桩身轴力分布、桩侧岩土分层实测摩阻力、桩侧摩阻力与桩端阻力的分担情况，了解基桩的承载性状等。2.2试验依据a.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）b.《公路桥涵地基基础设计规范》（JTJ024-85）c.《xxx主桥钻孔桩基础施工图设计》未d.拜《腹xxx狸工程地质柱状唇图》岸e.撤《公路工程水揉泥混凝土试验去规程》芬（欢JTJ034帮-9的3参）漏3份.壁自平衡试验方页法辨3.温1器测试原理楚何自平衡测试法休是利用试桩自践身反力平衡的论原则，在桩端庭附近或桩身某朽截面处预先埋帮设单层（或多慧层）荷载箱，嘴加载时言荷载箱忍以下将产生端细阻和嫌/摇或向上的侧阻轰以抵抗向下的蠢位移，同时尼荷载箱释以上将产生向旅下的侧阻以抵吵抗向上的位移径，上下桩段的黑反力大小相等剥、方向相反，辰从而达到试桩蚀自身反力平衡桌加载的目的。挎试验时，在地万面上通过油泵蛇加压，随着压帝力的增加，荷裂载箱伸长，上党下桩段产生弹菊（塑）性变形新，从而促使桩层侧和桩端阻力动逐步发挥。荷粘载箱施加的压岭力可通过预先奴标定的油泵压高力表测得，荷颤载箱顶底板的悉位移可通过预精先设置的位移露棒，用位移传格感器测得。由趋此可测得上下港桩段两条帮Q逢～滑S楼曲线及相应的矛S疮～康lg逮t绑曲线，采用合状理的测试数据浓等效转换方法怒和承载力确定狸方法，即可确琴定基桩的极限练承载力、桩侧冤、桩端阻力分缠担情况等。言自平衡加载受触力示意及试验阴典型曲线见望图宋2.拿图场2枣择自平衡加载受颗力示意及试验币典型曲线针3.更2壤测试系统繁自平衡测试系挑数由加载系数搂、断数据采集系统帐和宋荷载与位移的镰量测装置婆组奋成，见压图苦3转。替图退3怨宏自平衡测试系伯统示意图纺起加载系统弦自平衡试桩法畜的主要装置是猛特别设计的液芝压千斤顶式的受荷载箱，根据受试验桩径和试肆验荷载的大小壮，荷载锦箱向内设置一个或跃多个千斤顶并蚕联而成，为使范荷载箱两端的田桩身受力均匀表、便于和钢筋校笼焊接，在千勾斤顶上、下分碌别用适当厚度哪的钢板连接。践它按不同的桩肚型、截面尺寸室和荷载大小设痛计制作。它主哥要由活塞、顶傍盖、底盖及箱缠壁四部分组成膏。为保证垂直传受力，荷载箱教平放于试桩中户心，荷载箱的岸轴线应尽量与晴桩身轴线保持傅一致；荷载箱脏位移方向与桩森身轴线夹照角筝≤肤5心º慢，荷载箱极限芬加载能力应大夺于预估极限承勒载力晓的裕1.撞2稻倍。通过定点亦的液压设备生剧产厂家，按设蓬计图纸保质、偏及时提供产品盟及美揭国秋6000kN盘MT巡S庭试验机及法国扁/怨国产油泵对荷城载箱进行标定顶，以保证加载归的准确性。验斥数据采集系统碎采因用搁RS-JY告C机基桩测试仪全凤自动实时观测吨并自动记录测饼试数据，采集争精度高。自动扇判稳并提醒进狠行下级荷载的篮测试。直安标荷载与位移的线量测装置胞采用连于荷载动箱输压管的压庆力表测定油压纠，根据荷载箱并标定曲线换算勤荷载。位移测萌试采用位移传姜感器测量，在既桩顶设置测点妨测量桩顶位移胞；并通过伸出争桩顶的位移棒阵测量荷载箱顶叨底板的向上和吩向下位移；位译移管布置见附盛图绒1劳。赵固定和支承位铸移传感器或百恋分表的基准梁筛采用一端固定也一端竖向约束楼的方式，且与隆试桩保持一定御的距离，以保趟证不受气温、渡振动及其他外增界因素影响其纵竖向变位。基基准梁必须具有牙相当的刚度（配建议废用项I首40a副以远上谁的看工字钢），并责应避免日照和腥雨淋。试桩与姓基准桩之间的喷中心距离按下欲述原则确定：兄a.皇试桩与基准桩喷的中心距离设应貌≥肃3纵D痕（饲D荡为试桩桩径）毒；这b.慌基准桩与试桩喉的中心距离不泳小于股4m昆。臭签收桩身受力观测秀为进行单桩荷笑载传递分析，葡即在桩顶荷载楚作用下桩身轴披力沿深度的变掩化，在钢筋笼缘不同深度位置典（桩燃侧土层分界处民及桩底处）埋躬设振弦式钢筋常计（每层铺埋订3籍～谋4划支），钢筋计逐与主筋焊接。淋当桩进行静载漠荷试验时，用仁专用测试仪测倘出频率值，通菊过换算公式，采即可得出桩身饱轴力，相邻两冬测试截面的轴畅力之差即为该数段桩身侧阻力苗。盒桩身轴力测试似与加压荷载及业沉降观测同步乏进行，在每级喷荷载加载完毕取和稳定时，通倘过测试仪测读妨加载过程桩身疲各断面的受力看，同时可通过片计算反映各段语桩身桩侧摩阻异力的发展情况东。钢筋计的埋垃设情况见附省图公1狠。耽3.傲3皂测试方法粗霸试验加载方式炸试验采用慢速岩维持荷载法，占即逐级加载，峰每级荷载达到洒相对稳定后方裁可进行下一级难加载，直至试从桩破坏（或达蹄到预定的最大站加载量），然握后分级卸载至换零。谷犹加载分级及位瑞移观测之胡.柔1示加载分级贯每级加载为预孩估极限荷载的数1/1驱0怨～继1/1蜓5饺，第一级可夹按华2唉倍分级荷载施帽加，对于预估耗荷载的最后几酒级，可根据实种际情况适当加规密，对判断极示限承载力精度青有所帮助。偿图.侮2壳位移观测已每级加载完毕授后状按仙0饲、牺5左、县1泳0翼、序15mi何n预各测读一次，掏以后每艳隔岸15mi啄n家测读一次，累满计销1收h余以后每潜隔宪30mi虚n礼测读一次。杯脏.敏3质位移相对稳定穿标准润在每级荷载作吹用下，若桩身闷位移量在每小佛时内小于敌0.1mm笨，或试桩的位议移速率虽未达良到小于乱0.1mm策/挑h肠，但在连续观座测留的阔30mi边n持位移量中，出短现相邻三次平思均位移速率（佛由蛙1.5圆h词内连续观测授的飘4笑次位移量计算踪）呈现衰减，桌即可认为该级烟荷载的位移已踢经稳定。充姐终止加载条件河当出现下列情侍况之一时，即匹可终止加载。奴a忍．取总位移量虽未畜达到售40mm禾，但已达到极蔑限加载能力；兽总位移量大于嘉或等于兴40mm赶，本级荷载下割的位移量等于闲或大于前级荷蔑载下位移量态的删5疲倍；据总位移量大于大或等于时40mm钩，本级荷载加国上雪后阀24汗h挤未达稳定；甚总位移量达到史40mm侍，继续增加二槽级或二级以上分荷载仍无陡变闸；摔e粗．如互达到荷载箱最玻大行程。成嫩卸载与卸载回翻弹观测滩卸载分级为加勒载分级打的嫁2旁倍，卸载后离隔虾15mi晃n结测读一次，晚读编2屡次后，盗隔探30mi渔n书再读一次，即移可卸下一降级荷载。卸载择至零后，在喝3琴～丰4值h辅再读一次。籍3甚．季4锅隔施工配合及测残试时的注意事你项迈a.凉荷载箱与钢筋幸笼的焊接必须逗保证钢筋笼与峰荷载箱基本在斩同一轴线上，掏焊点保证质量纪；为保证导管霜顺利穿过荷载控箱，在荷载箱伶上下连接导向预钢筋，其数量赵与主筋相同，彩导向钢筋与主柜筋及荷载箱的史连接应平顺不禽阻碍导管的自仓由进出；导向须钢筋段的箍筋惭应适当加密。梁b.称位移棒外护管奔（压浆管）及俯声测管的连接哈最好用套管接林头并与钢筋笼泉焊接成整体，丝管壁无孔洞，貌确保管路不渗衰入泥浆。为保杠证上述要求，灵施工时要严格尚按如下操作步贯骤进行：杆荷载箱与钢筋演笼焊接；块最下段位移棒息分别焊接于荷厅载箱的上、下喊顶底板；体将此段位移棒楚外护管焊接于暮上、下顶底板抓，检查下底板炭上的护管通过申上顶板是否顺坟畅，并将其与斧钢筋笼焊接；德并考虑下底板内位移棒的伸缩跳装置。集依次接长位移巡棒及外护管至庙桩顶适当位置耕，外护管与钢纱筋笼焊接，并猫检查护管是否品有孔洞；乔液压管路的保汤护与固定；训其它工作完备块后，准备下放折钢筋笼。柱侍c.雨钢筋笼放入桩站孔中后进行二访次清孔。妙d.笔桩身砼灌注时毕，导管经导向声钢筋通过荷载显箱到达桩端附哥近灌注砼，当滚砼顶面接近荷拾载箱底板位置姨时，应放慢导凡管提升速度，歌当荷载箱顶板鱼上部砼在放2近～房3m睁范围时，方可络将导管拔过荷短载箱，然后灌纠注砼至设计桩婆顶。血e爪.纽基准桩、基准惹梁的设置由按副上述要求完成方。景在整个尝测试过程中做五好导线保护、唯仪器设备的防置震和免受气候剪等外在因素的揪影响。测试中膊发现异常情况酒，应立即停止口加载，分析原鸦因、解决问题富，然后方可继糕续加载。扎测试期间应保窃证不间断供电并。他f.纤由于测试环境饭的特殊性，为正尽量减少试桩象时外部因素的泉影响，必须搭劈设防风防雨蓬衰，确保测试时脊不受外界环境表的影响；试验铲时试桩周围桨10锄m怀内不得有较大万的振动。俯g.削灌注混凝土时称应制作一定量泥的混凝土试块医，待测试时作衔混凝土的弹性善模量试验。首h.该试验前应先进雅行超声波检测线桩身质量，在视桩身质量满足属要求的前提下在进行基桩自平壮衡测试。习3.5伶张荷载箱埋设位凯置及加载程序尸根据提供的试菌桩桩位处地质逮钻孔资料，经驰详细计算确定名荷载箱的埋设盗位置及加载程津序。刚步喂荷载箱埋设位证置报荷载箱底面位眼于标高坐55.61m惨。畜练誉举荷载箱加载程赞序锁试桩混凝土强陕度及休止期达死到要求后，且挡超声波桩身质抄量检测合格，隙即可进行测试鼠。对荷载箱施证加油暂压，以测出桩陷身上段、下段召的极限侧阻力肢和极限端阻力梦。眠初步拟定的荷您载箱加卸载分咱级见哀表浮1明，并可根据实祥际情况加以调秃整。谁表她1懒熔荷载箱拟加惩卸冰载分级表气项目垮加卸载级别愚荷载旦（曾k揪N本）题加载蔑1昏4400乳2接8800催3竖13200叛4职17600泽5警22000义6朋26400互7霜30800伴8顿35200岂9装39600声10侧44000购11滩48400哄12芹52800笨13挪57200救14脖61600匪15毫66000期卸载逆1抚52800毫2煌44000羡3夜35200碍4葡26400养5殿17600踢6素8800失7竿0除4迅.另自平衡测试分仿析方法拦4.道1放转换原理及方猾法射刚转换原理盒自平衡测试时爹可测定各级荷配载箱荷载及相菊应的向上、向庆下的位移量，盏若预先沿桩身亮分层埋设测试湖元件，可测定并桩身不同深度引的应变或轴力树。通过桩身轴捏力分布可计算顷各分段单元的晌平均桩侧摩阻竿力；同时由桩愉身各点的应变领或轴力、各分半段单元的平均固断面刚度，可且计算出各单元合中点位移量；链既可得到简化歪的桩侧摩阻宜力与桩身位移泉的关系。战在转换时作出巴以下假定：油a.叮桩为弹性体；游b.阔各分段单元的剩弹性变形可由指单元上、下端桃面的平均轴力智和断面刚度求灌得；坝c.越自平衡测试法仔测得的下段桩徒桩顶荷载与向着下沉降量的关绞系以及上段桩危各分段单元的帜桩侧摩阻力与秃位移的关系，渴在向传统静载咸桩顶荷载转换外时同样适用，组这样偏于保守蔑；或根据有关丰资料分层设定务正负摩阻比值年系数，使转换盗结果更趋于实奖际情况。按以敲上假定，转换镜时将自平衡测厅试的荷载分段奉传递方式变为腾传统静载的自丰上而下的传递骑方式。筐将自平衡测试诱法中的荷载箱遗以上桩段划分郊为天n伤个单元（见图胡4劫），转换后任帮一单元顶奇点写i诞的桩身轴券力邻P牛i呼和相应沉降视量积S兄i泰可表示为榆：袭暂厕图宋4豪老上段桩单元及衡节点编号麻纪共虾铅信怠斤翻长元渴（汗1犹）虾周监（播2猪）济式中，跟P复j蛛——凯i个=投n独+遣1羞点的桩身轴力再即荷载箱荷载销；抱S行j笔-谊—喉—抵自平衡法中荷征载箱底板的向疲下位移量；摔τ链m恳—薯—讲传统静载受力故方式下桩廊身彼m碍单元的平均侧奥摩阻力；正U农m慈—推—隔m领点的桩周长罪；迟A皮m径E欣m帮—填—失m灭点处桩身刚度者；先h赵m舅—像—吴m剥单元分段长度窄。肤颗金哭侦包夫转换后桩单元弦i啊的中点沉降量览S卸mi励可表示为：乏衫汉再辅（累3食）白将式固（堵1民）代入式违（俗2紫）和亏（粘3阁），可得延当果i翠=隶n双时，有花由于弹性压缩五递推转换是通娘过理论弹性压舰缩量计算上段柏桩的位移，因必此上段桩桩侧烘摩阻力显得尤质为重要。计算您时可由自平衡璃测得的桩侧摩岁阻力与桩身位能移的关系进行岔公式拟合，对暑于未充分激发畏的土层摩阻力忽，可根据地质仗钻孔资料进行鸽外延。充同时考虑超长油桩桩侧摩阻力郊向下传递而引罪起的桩端位移搞，应塔用汪Mindli尾n捐公式对桩端荷千载传递函数进骂行修正，以模辫拟桩端的实际粪受力状况。葡然后再根据荷舰载箱的各级荷胳载及相应的向粘上、向下位移乘量，利用以上藏公式计算传统妻静载下的桩顶谁荷载及相应沉哈降。翅缎转换方法仪按照埋设测试亭元件的层数，符将自平衡测试捧法中的荷载箱垂以上桩段划分奴为导n水个单元，利用诚上述原理及改鹿进的荷载传递抖函数，按位移才协调法并借助绝实测数据，就老可进行有效的左转换。计算步斥骤如下：盒a.亦假定下段桩的泉桩顶荷载（或榴桩端阻力）触P划n+1乌—恩—底荷载箱加载量精，然后按实测门的荷载哑σ维b糕～向下位移数S恢b鬼曲线计算相应窑的桩身向下位遇移怪S区n+1安。原b.愤按改进的桩侧凤摩阻力传递函凯数，用位移协柴调法按式垮（烧1令）、含（谁2尾）、和（蹈3侍）从荷载箱处燃递推至桩顶，早由此可得到桩恋顶荷载和沉降绿；喂c.雁根据上段桩各苍单元桩侧摩阻予力，计算由桩烈侧摩阻力所引唐起的桩端附加哈沉降，并将此得值叠加至相应惭的桩身向下位盯移桂S芬n+1派；堵d.送重险复臣②搂～消③棒计算，直至前彻后两次计算的轻桩顶荷载或沉蔽降小于容许值己而收敛；减e.促若已知桩顶荷刷载，则可通过简不断调整下段帝桩的桩顶荷载贞（或桩端阻力樱）遵P抱n+1忆，重失复掘a口～蝴d沃直至计算的桩愿顶荷载与实际约荷载相差很小令。战4.罩2厉基桩轴力及相纯关指标的计算饲方法鹿归轴力计算除为进行单桩荷窗载传递分析，族即在桩顶荷载抄作用下桩身轴钻力沿深度的变折化，试桩在灌优注水下混凝土盲前，在钢筋笼迎不同深度位置芦（桩侧土层分煎界处）埋混设拦JXG-僻1氏振弦式钢筋应贵力传感器。当痒桩进行静载荷毕试验时，钢筋侧计中钢弦的振根动频率由于受堆力就会发生变导化，用振弦式帽频率仪测出钢语弦的频率变化吊就可得出钢弦慎的受力大小，常通过下述公式壁，即可得出桩研身轴力，相邻刊两测试截面的闸轴力之差即为株该段桩身侧阻茂力。桩身轴力餐计算公式为：旗其中锈：勿际P健(刺i,j侧)---歼-吵第霞i槐级荷载作用下蹦j职截面桩身轴汇力预(霜kN);初贱脾E玉c雄、肌Es基---索-烘分别为混凝土裁和钢筋的弹性匹模覆量同(腐MPa);铃娇季A叨c笼、刊As-透--兽-茫分别为桩身截肚面积和钢筋截摧面戚积阅(箭m锋2腐);华蛛欢f亮(定0,仗j枪)---辜-税加载液前扔j通截面钢筋计的忘频肾率到(醒Hz);赤骆心f毅(质i,j泄)---咽-读第慈i虎级荷载作用下悦j家断面钢筋计算派频赵率缩(绿Hz);咏赖k-岁--双-感钢筋计的率定倦系买数削(移kN/Hz集2耕)百。丰桩身轴力测试膊与加压荷载及尖沉降观测同步醉进行，在每级粱荷载加载完毕傲和稳定时，通恼过振弦式频率歉仪测读加载过搬程桩身各断面番的受力。籍玩桩侧摩阻力计聪算乖自平衡加载方案式下桩身各单迅元倘i柄的平均摩阻力散船桩身截面位移强计算抵为求得桩侧摩骄阻力的荷载传萄递函数，需计叫算各桩段中点肢的桩身位移。暴各单元顶点忘i暖的位移量眨则各桩段单元挨中点位移量梦式中，观P限i格‘之—敏—待自平衡加载方笑式下桩身各单奴元沈i话点的桩身轴力穴；末S绞j碌—袄—稍自平衡法中荷灭载箱顶板的向鞭上（或向下）喷位移量；其它狭同上。蕉5校.贞试验提交的成妙果循