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》楼d组.灵《李xx屑x动工程地质钳柱状图》猜e挪.朽《公路工则程水泥混廉凝土试验柱规程》龄（愈JTJ0驴34-9恼3蝶）你3宗.轧自平衡试软验方法名3.望1堆测试原理朴云独自平衡测蒸试法是利雷用试桩自池身反力平景衡的原则避，在桩端优附近或桩昂身某截面酿处预先埋头设单层（箩或多层）检荷载箱，锯加载时荷念载箱以下劳将产生端枣阻灯和考/暑或向上的滚侧阻以抵闻抗向下的球位移，同厅时荷载箱宅以上将产熊生向下的谋侧阻以抵惭抗向上的遣位移，上羊下桩段的菊反力大小员相等、方执向相反，臣从而达到叼试桩自身闪反力平衡谢加载的目始的。试验描时，在地夺面上通过煌油泵加压永，随着压咳力的增加幸，荷载箱词伸长，上嫩下桩段产帜生弹（塑丹）性变形凤，从而促孕使桩侧和兔桩端阻力列逐步发挥票。荷载箱商施加的压何力可通过记预先标定秧的油泵压眼力表测得词，荷载箱碌顶底板的瘦位移可通锤过预先设含置的位移遍棒，用位旷移传感器卷测得。由零此可测得孔上下桩段腐两珍条奋Q减～顶S街曲线及相浇应任的狼S究～馆lg钟t程曲线，采掘用合理的狸测试数据同等效转换木方法和承漂载力确定浙方法，即鞭可确定基宅桩的极限习承载力、恢桩侧、桩守端阻力分伤担情况等才。影自平衡加线载受力示肚意及试验对典型曲线倒见友图参2.社图忌2医弄自平衡加拾载受力示甚意及试验秘典型曲线龟3.寄2询测试系统吐自平衡测异试系数由经加载系数戏、敏数据采集称系统和荷四载与位移竿的量测装之置汁组成，见形图稿3兼。逮图踢3堪悠自平衡测猾试系统示搂意图杀3.2.向1拍加载系统全自平衡试浙桩法的主惊要装置是瞒特别设计兆的液压千覆斤顶式的庙荷载箱，染根据试验麦桩径和试休验荷载的航大小，荷阔载箱内设歉置一个或赴多个千斤踏顶并联而哀成，为使竭荷载箱两辉端的桩身脖受力均匀兽、便于和敌钢筋笼焊邮接，在千袄斤顶上、哑下分别用寄适当厚度古的钢板连物接。它按骑不同的桩旦型、截面能尺寸和荷侧载大小设遭计制作。恨它主要由末活塞、顶旬盖、底盖签及箱壁四趁部分组成姑。为保证鬼垂直受力纹，荷载箱天平放于试伏桩中心，透荷载箱的衰轴线应尽倦量与桩身醋轴线保持祸一致；荷枣载箱位移蝇方向与桩经身轴线夹砖角思≤它5细º朗，荷载箱或极限加载浑能力应大迹于预估极斧限承载力恳的陈1.衫2营倍。通过番定点的液赏压设备生邮产厂家，棒按设计图菌纸保质、椒及时提供罩产品及美樱国剂6000免kNM渣T负S饮试验机及根法号国蹦/页国产油泵粗对荷载箱弱进行标定衣，以保证搂加载的准保确性。宁3.2.忙2腿数据采集眠系统馅采貌用吹RS-J香Y唱C桃基桩测试这仪全自动误实时观测垂并自动记代录测试数吊据，采集妇精度高。掠自动判稳醒并提醒进份行下级荷果载的测试惑。冠3.2.战3攻牢荷载与位崖移的量测朽装置得采用连于俘荷载箱输威压管的压柿力表测定泪油压，根圣据荷载箱穗标定曲线寒换算荷载扔。位移测蚁试采用位脆移传感器呜测量，在背桩顶设置暑测点测量份桩顶位移因；并通过据伸出桩顶恼的位移棒编测量荷载丸箱顶底板叶的向上和廉向下位移盘；位移管践布置见附滔图货1购。盖固定和支田承位移传鸟感器或百顾分表的基旨准梁采用速一端固定波一端竖向台约束的方型式，且与岸试桩保持掏一定的距荡离，以保险证不受气睛温、振动忆及其他外花界因素影牵响其竖向龄变位。基魔准梁必须齿具有相当粪的刚度（跑建议旁用调I40觉a畜以上的工朵字钢），壳并应避免板日照和雨挠淋。试桩潮与基准桩吩之间的中架心距离按翁下述原则吸确定筑：电a路.住试桩与基存准桩的中丘心距离奇应开≥从3线D洽（沃D异为试桩桩屈径）券；棉b虑.晶基准桩与剩试桩的中拔心距离不像小粮于充4尝m帮。厕3.2.翁4神告桩身受力著观测蝇为进行单柿桩荷载传碧递分析，隙即在桩顶塌荷载作用份下桩身轴托力沿深度时的变化，荒在钢筋笼匆不同深度此位置（桩孔侧土层分骄界处及桩振底处）埋趣设振弦式削钢筋计（档每层稀埋坟3寸～钱4泰支），钢兰筋计与主东筋焊接。言当桩进行隆静载荷试携验时，用波专用测试狗仪测出频夸率值，通族过换算公饺式，即可壳得出桩身卷轴力，相骑邻两测试攀截面的轴部力之差即扎为该段桩她身侧阻力击。堆桩身轴力资测试与加侄压荷载及伙沉降观测窝同步进行农，在每级公荷载加载杂完毕和稳挠定时，通周过测试仪属测读加载画过程桩身井各断面的糕受力，同则时可通过秧计算反映厚各段桩身抱桩侧摩阻呆力的发展闯情况。钢葵筋计的埋茫设情况见陷附蚊图走1镇。萍3.沉3帆测试方法旁3.3.后1驾试验加载塞方式抹试验采用棒慢速维持抗荷载法，削即逐级加慧载，每级首荷载达到毙相对稳定两后方可进拉行下一级绸加载，直勒至试桩破臣坏（或达成到预定的倾最大加载确量），然兼后分级卸站载至零。猛3.3.波2族加载分级泄及位移观面测切3.3.芳2.乌1幼加载分级货每级加载盆为预估极貌限荷载坏的检1/1强0盏～峰1/1碰5灶，第一级响可纷按吧2芽倍分级荷孩载施加，侦对于预估丧荷载的最胜后几级，挖可根据实少际情况适该当加密，陡对判断极廉限承载力狸精度有所揭帮助。材3.3.姓2.无2项位移观测肿每级加载堂完毕后怠按松0爸、咳5怨、榆1芒0乱、甩15mi找n仙各测读一劳次，以后疏每压隔珍15mi叶n络测读一次傲，累搅计雾1引h鸣以后每宁隔昏30mi商n炸测读一次撇。系3.3.习2.及3糖位移相对多稳定标准尊在每级荷吓载作用下扑，若桩身财位移量在学每小时内士小堂于任0.1m劝m费，或试桩湾的位移速党率虽未达哈到小果于帽0.1m超m/巾h财，但在连子续观测分的穴30mi旨n鼻位移量中劫，出现相弟邻三次平亩均位移速号率（叶由何1.5堪h万内连续观殖测瓜的宝4弦次位移量蔬计算）呈团现衰减，溉即可认为答该级荷载谦的位移已始经稳定。虾3.3.船3喜终止加载崭条件讯当出现下俯列情况之贵一时，即旧可终止加借载。普a给．总位移童量虽未达命到创40m屡m由，但已达谋到极限加微载能力；伐总位移量互大于或等楚于叶40m质m处，本级荷睁载下的位胡移量等于霉或大于前科级荷载下膏位移量古的吊5征倍；累总位移量侄大于或等痕于拦40m黄m鱼，本级荷斯载加上灾后冻24变h卖未达稳定森；嚷总位移量职达刷到搏40m负m拖，继续增糠加二级或贡二级以上鸦荷载仍无申陡变；誓e专．揭饮达到荷载葡箱最大行绪程。摊3.3.吨4觉卸载与卸务载回弹观凝测却卸载分级崖为加载分界级惊的阀2干倍，卸载透后恶隔棉15mi削n铃测读一次川，辟读认2议次后，钩隔蹈30mi鄙n棉再读一次绑，即可卸杯下一艇级荷载。掘卸载至零项后，惑在洽3宁～惹4追h尾再读一次较。贡3找．铲4舟贴施工配合摄及测试时芒的注意事访项胀a.膏荷载箱与细钢筋笼的师焊接必须毙保证钢筋篮笼与荷载稼箱基本在贝同一轴线丸上，焊点头保证质量份；为保证裳导管顺利将穿过荷载圾箱，在荷串载箱上下励连接导向桨钢筋，其仅数量与主督筋相同，屈导向钢筋见与主筋及煎荷载箱的矩连接应平投顺不阻碍孤导管的自壮由进出；三导向钢筋缴段的箍筋扑应适当加疾密。恩b.微位移棒外绒护管（压闭浆管）及富声测管的火连接最好犁用套管接拿头并与钢狭筋笼焊接享成整体，乔管壁无孔铃洞，确保省管路不渗徐入泥浆。蜜为保证上坐述要求，富施工时要粮严格按如期下操作步惩骤进行：悲荷载箱与浙钢筋笼焊岩接；元最下段位天移棒分别屯焊接于荷拿载箱的上出、下顶底匀板；趁将此段位款移棒外护嫁管焊接于浩上、下顶徐底板，检社查下底板制上的护管观通过上顶器板是否顺烦畅，并将攻其与钢筋勉笼焊接；柔并考虑下确底板位移闷棒的伸缩荷装置。扎依次接长其位移棒及宪外护管至桂桩顶适当性位置，外达护管与钢叠筋笼焊接拖，并检查贫护管是否殊有孔洞；谦液压管路避的保护与兆固定；蚊其它工作璃完备后，唐准备下放够钢筋笼。飘c.贿钢筋笼放睡入桩孔中犬后进行二按次清孔。天d.肺桩身砼灌领注时，导显管经导向臣钢筋通过扇荷载箱到公达桩端附峡近灌注砼芳，当砼顶呀面接近荷辅载箱底板舟位置时，毁应放慢导边管提升速崖度，当荷盯载箱顶板度上部砼闷在厅2淋～累3磨m烈范围时，农方可将导凝管拔过荷酬载箱，然沫后灌注砼修至设计桩矛顶。盖e.巷基准桩、狼基准梁的斜设置由按呼上述要求创完成蒸。在整个绘测试过程钟中做好导奸线保护、盲仪器设备坛的防震和绘免受气候踏等外在因孟素的影响责。测试中叔发现异常增情况，应鱼立即停止绍加载，分龟析原因、追解决问题释，然后方妥可继续加站载。任测试期间酱应保证不置间断供电驰。捕f.略由于测试臭环境的特企殊性，为遣尽量减少诊试桩时外纵部因素的毫影响，必笔须搭设防乘风防雨蓬傻，确保测醒试时不受跨外界环境执的影响；百试验时试楼桩周俊围踢10形m牵内不得有剑较大的振庸动。准g.遭灌注混凝蜓土时应制得作一定量刃的混凝土阅试块，待洽测试时作江混凝土的坡弹性模量住试验。挂h.腊试验前应给先进行超税声波检测变桩身质量粒，在桩身锹质量满足魄要求的前洋提下进行绸基桩自平使衡测试。撒3.5跳纷荷载箱埋孤设位置及枝加载程序轨根据提供县的试桩桩后位处地质屯钻孔资料童，经详细砖计算确定强荷载箱的幻埋设位置蓄及加载程朴序。波3.5.强1蓝肃荷载箱埋王设位置肢荷载箱底铸面位于标且高嫂55.6将1松m蝶。拆愁3.5.允2畅咳荷载箱加贺载程序颠试桩混凝偷土强度及棕休止期达教到要求后季，且超声馆波桩身质客量检测合各格，即可左进行测试族。对荷载献箱施加油遥压，以测爽出桩身上悄段、下段照的极限侧滚阻力和极僚限端阻力协。拘初步拟定碑的荷载箱区加卸载分量级见丘表迫1对，并可根泽据实际情笼况加以调震整。中表团1趁穴荷载箱拟岩加逃卸冒载分级表界项目筐加卸载级劣别内荷载岁（角k污N扩）祥加载翻1明4400破2犬8800皮3馆1320这0惜4桂1760流0慌5鼓2200堵0压6讯2640桂0脾7名3080香0俯8走3520信0蹲9读3960斜0符10偶4400版0戒11滥4840朗0愈12筹5280饱0非13衬5720绿0社14弯6160饼0扁15牵6600额0额卸载任1躬5280欲0及2弓4400芦0帖3赠3520葱0宝4董2640行0帖5帖1760碗0郊6嫌8800么7觉0伐4绵.虫自平衡测医试分析方现法简4.桥1既转换原理瞎及方法台4.1.薪1仰转换原理谈自平衡测暖试时可测红定各级荷伍载箱荷载摧及相应的腊向上、向稳下的位移怎量，若预洒先沿桩身楚分层埋设颈测试元件晴，可测定运桩身不同都深度的应垦变或轴力乖。通过桩柜身轴力分格布可计算散各分段单去元的平均患桩侧摩阻杠力；同时朋由桩身各素点的应变港或轴力、脏各分段单叶元的平均等断面刚度屋，可计算弓出各单元眨中点位移奇量；既可炊得到简化狡的桩侧摩滋阻鸭力与桩身扛位移的关略系。玉在转换时惰作出以下斥假定既：油a舒.荒桩为弹性棕体所；翁b道.青各分段单刘元的弹性盛变形可由委单元上、鸦下端面的业平均轴力脉和断面刚地度求得哭；表c摧.旺自平衡测钓试法测得墓的下段桩给桩顶荷载饶与向下沉岩降量的关陪系以及上悠段桩各分私段单元的鼠桩侧摩阻孔力与位移咳的关系，牺在向传统桥静载桩顶缺荷载转换局时同样适低用，这样凤偏于保守惨；或根据例有关资料洪分层设定尽正负摩阻令比值系数壮，使转换肾结果更趋华于实际情周况。按以招上假定，厌转换时将击自平衡测屈试的荷载搭分段传递马方式变为陶传统静载居的自上而虚下的传递瑞方式。朱将自平衡菜测试法中璃的荷载箱躲以上桩段构划分脆为计n淹个单元（附见墙图扯4贞），转换扭后任一单寄元顶管点吗i户的桩身轴俱力窝P脱i规和相应沉辈降烘量不S消i性可表示为锐：洲晚济粮图朝4登将上段桩单删元及节点纳编号阿猜续逼汁籍胀凤码答请（雪1速）网徒樱拦（流2韵）轧式中，驻P在j元——划i伐=狮n唉+促1构点的桩身总轴力即荷折载箱荷载纽；证S密j徐-堪—恩—架自平衡法丹中荷载箱茫底板的向糠下位移量歪；烦τ臂m惭—甩—芽传统静载匀受力方式速下桩亲身让m膏单元的平既均侧摩阻检力；腿U顶m缴—保—遇m贿点的桩周伐长热；窗A醋m淘E歌m蓝—输—招m绕点处桩身凤刚度；枕h帐m系—揪—拉m南单元分段山长度症。踏矛绿东交咽篇杆合转换后桩绿单元旁i系的中点沉薪降量剃S杜mi拐可表示为脚：意旱怒啦样径（陈3谎）拼将式仗（羊1耽）代入式笼（两2券）和夹（副3抢），可得将当毅i氧=旗n笛时，有轰由于弹性浩压缩递推唉转换是通看过理论弹陶性压缩量评计算上段贯桩的位移铺，因此上里段桩桩侧酷摩阻力显题得尤为重煤要。计算截时可由自踪平衡测得块的桩侧摩研阻力与桩早身位移的剃关系进行司公式拟合斩，对于未晴充分激发厉的土层摩势阻力，可猫根据地质领钻孔资料慕进行外延历。财同时考虑仔超长桩桩鉴侧摩阻力犬向下传递软而引起的弦桩端位移禽，应榜用猴Mind辩li剧n些公式对桩硬端荷载传厦递函数进垒行修正，痛以模拟桩僚端的实际善受力状况锤。场然后再根两据荷载箱盯的各级荷痒载及相应申的向上、华向下位移图量，利用卫以上公式续计算传统退静载下的庄桩顶荷载却及相应沉具降。截4.1.悉2恳转换方法后按照埋设冷测试元件眯的层数，扣将自平衡君测试法中肯的荷载箱净以上桩段喉划分余为叫n舍个单元，建利用上述亏原理及改机进的荷载榨传递函数步，按位移贼协调法并帮借助实测娱数据，就校可进行有雀效的转换闯。计算步疮骤如下：惰a项.殃假定下段瓣桩的桩顶棒荷载（或慧桩端阻力弓）狼P狸n+1熔—俱—酷荷载箱加耽载量，然剑后按实测兆的荷载属σ普b狠～向下位犯移呀S袭b渠曲线计算线相应的桩倚身向下位晚移舱S讽n+1程。径b援.腿按改进的皱桩侧摩阻录力传递函乱数，用位雷移协调法拘按式谜（驾1旨）、鹅（繁2猜）、勿（饱3腹）从荷载卫箱处递推歼至桩顶，麦由此可得啊到桩顶荷使载和沉降揉；状c痛.夏根据上段附桩各单元秋桩侧摩阻愚力，计算舞由桩侧摩辟阻力所引臂起的桩端岂附加沉降崭，并将此裙值叠加至困相应的桩喷身向下位洗移烦S趁n+1鬼；撒d销.介重粘复摘②倍～伸③欢计算，直柏至前后两亚次计算的脑桩顶荷载守或沉降小炸于容许值加而收敛；吴e敬.昆若已知桩殊顶荷载，诸则可通过统不断调整羡下段桩的锤桩顶荷载待（或桩端希阻力）储P愤n+1女，重驰复吐a印～咬d唇直至计算垮的桩顶荷闪载与实际蹦荷载相差土很小。济4.若2安基桩轴力离及相关指督标的计算讲方法薯4.2.鲜1拿轴力计算苗为进行单北桩荷载传马递分析，酸即在桩顶程荷载作用负下桩身轴员力沿深度请的变化，票试桩在灌型注水下混亏凝土前，晋在钢筋笼努不同深度恋位置（桩猛侧土层分凶界处）埋饮设迹JXG-结1网振弦式钢育筋应力传蛙感器。当杠桩进行静喂载荷试验婶时，钢筋行计中钢弦巷的振动频带率由于受轧力就会发到生变化，悲用振弦式质频率仪测爽出钢弦的讲频率变化驱就可得出晴钢弦的受肌力大小，抵通过下述遵公式，即妄可得出桩奇身轴力，于相邻两测赖试截面的狗轴力之差错即为该段蜻桩身侧阻稻力。桩身灯轴力计算讨公式为：公其中革：健论P晃(击i,j件)---旦-仿第晴i康级荷载作流用下数j获截面桩身湾轴伍力狸(霸kN);棋E富c味、言Es戏---波-浙分别为混尚凝土和钢依筋的弹性母模辞量陪(玉MPa)地;留A亩c嗽、衫As-贸--漠-轧分别为桩岁身截面积梦和钢筋截掉面券积姿(闸m皆2竹);炭f膊(哗0,棒j饶)---圣-涌加载亡前新j鉴截面钢筋呢计的频孩率心(玉Hz);斯f螺(蹄i,j肾)---塔-投第恳i好级荷载作虑用下万j诊断面钢筋拆计算频持率柳(荣Hz);贞k鼠---潮-警钢筋计的盒率定系早数斩(飞kN/H卡z胡2聋)侍。想桩身轴力贝测试与加狂压荷载及舰沉降观测印同步进行布，在每级城荷载加载倦完毕和稳袜定时，通替过振弦式妈频率仪测候读加载过巾程桩身各灿断面的受鹅力。迹4.2.较2苗桩侧摩阻肢力计算浅自平衡加坡载方式下筒桩身各单渠元锦i木的平均摩愿阻力痕4.2.纳3灰桩身截面摧位移计算纱为求得桩哥侧摩阻力泰的荷载传晓递函数，朗需计算各暮桩段中点厦的桩身位榆移。各单泳元顶点尚i垫的位移量词则各桩段林单元中点钓位移量沿式中，址P剪i翁‘晚—纺—炮自平衡加搏载方式下喷桩身各单穷元农i觉点的桩身僚轴力；台S颜j巷—净—饰自平衡法蛋中荷载箱罚顶板的向懒上（或向赔下）位移普量；其它啊同上。馆5假.播试验提交男的成