新技术-自平衡静载荷试验

南通润华国际中心工程〔裙楼〕基桩自平衡静载试验方案戴国亮龚维明南京东大自平衡桩基检测二00九年五月

目录一、概述……………….2二、试验依据………….2三、桩自平衡法承载力测试…….3四、报告提供的内容……….………8五、进度安排………9六、试验工程组人员组成、简历及分工…………….9七、质保体系……….10八、试桩示意图……….11南通润华国际中心试桩自平衡静载试验方案一、概述1.1工程概况拟建的南通润华国际中心工程设计采用钻孔灌注桩根底。由华东建筑设计研究院有限责任公司设计。根据国家标准和设计院有关文件，裙楼采用自平衡法进行6根试桩，试桩主要参数见表1、表2。表1自平衡试桩有关参数编号桩径(m)桩长〔m〕桩顶标高〔m〕持力层竖向承载力极限值(kN)S431粉质粘土与粉砂互层5500S531粉质粘土与粉砂互层5500S631粉质粘土与粉砂互层5500表2自平衡工程桩有关参数编号桩径(m)桩长〔m〕桩顶标高〔m〕持力层抗压特征值(kN)抗压预估加载值(kN)抗拔特征值(kN)抗拔预估加载值(kN)B1131粉质粘土与粉砂互层21002×210012002×1200B770.731粉质粘土与粉砂互层21002×210012002×1200B11131粉质粘土与粉砂互层21002×210012002×12001.2试验内容与目的为了验证抗压和抗拔的设计承载力，测定桩基沉降。1.3总体构思及协调措施总体目标是试桩应经济、合理、工期短。建设方应召集设计单位、施工单位、监理单位、试验单位搞好工地的协调和配合工作，提供设计图纸和地质资料和其它可行的方便。二、试验依据《建筑地基根底设计标准》〔GB50007－2002〕《建筑地基根底工程施工质量验收标准》〔GB50202－2002〕《建筑基桩检测技术标准》〔JGJ106-2003〕《南京地区建筑地基根底设计标准》〔DGJ32/J12-2005〕《桩承载力自平衡测试技术规程》〔DGJ32/TJ77-2009〕三、桩自平衡法承载力测试传统的桩基荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶的反力，前者通过反力架上的堆重与之平衡，后者通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡。其存在的主要问题是：前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆放及运输问题，后者必须设置多根锚桩及反力大梁，不仅所需费用昂贵，时间较长，而且易受吨位和场地条件的限制〔堆载法目前国内试桩最大极限承载力仅达3000吨，锚桩法的试桩最大极限承载力也不超过4000吨〕，以致许多大吨位桩和特殊场地的桩〔如山地、桥桩〕的承载力往往得不到准确数据，基桩的潜力不能合理发挥，这是桩根底领域面临的一大难题。东南大学土木工程学院在理论研究的根底上，首先于1996年开始对该法的关键设备荷载箱和位移量测、数据采集处理系统进行了研究开发，经屡次专家鉴定后，1999年6月制订了江苏省地方标准，2002建设部和科技部重点推广技术。目前该法在江苏、浙江、安徽、贵州、云南、四川、北京、上海、重庆、江西、湖北、福建、广东、广西、吉林、青海、新疆、河南、河北、山西等省应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中。国内试验单桩最大承载力高达12000吨，最大桩径，最大桩长125m。自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四局部组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥，见图1。由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试。东南大学土木工程学院开发了测桩软件，可同时对多根桩测试数据进行处理。测试采用东南大学教授龚维明博士的专利技术—自平衡测桩法。该法是将一种特制的加载设备—荷载箱，与钢筋笼相接，埋入桩的指定位置，由高压油泵向荷载箱充油而加载，图1所示。荷载箱上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡来维持加载。根据向上向下Q-s、s-lgt和s-lgQ曲线确定桩承载力。图1桩承载力自平衡试验示意图自平衡测桩法与传统测桩法相比具有三方面的优点：〔1〕工期短荷载箱埋设后待混凝土到达一定〔70%左右〕强度，且土体稳定〔砂类土10天，粉土和粘性土15天〕后即可测试，一般15天就足够了。对于嵌岩端承桩，可用提高混凝土强度等级或在混凝土中加早强剂的方法使测试时间提前，并且多根桩同时测试，测试时间大大缩短。〔2〕材料省试桩完全按工程桩制作，桩顶无需特殊处理，也不需露出地面，对于有地下室的桩根底，与其它试桩法相比，桩长减小很多，因而节省材料，降低试桩本身的造价。〔3〕场地小由于无需笨重的反力架和大量的“堆载”，加载只需几台高压油泵，占用场地极小，且不受场地条件的限制。测试时只要能保证在试桩周围10米内无较大的震动，施工可照常进行。由于其独特的优点和显著的社会效益，该专利技术已在江苏、浙江、上海、河南、云南、安徽、福建、辽宁、贵州、广东等省市的三百十多个工程中应用，并荣获2000年度江苏省科技进步一等奖，2002年建设部和科技部重点推广工程。3.1测试仪器设备3.1.1〔1〕每根试桩采用一个环形荷载箱——专利产品，行程10cm，如图2所示，加载值的率定曲线由计量部门标定，荷载箱的埋设位置根据现场地质资料确定。〔2〕高压油泵：最大加压值为60MPa，加压精度为每小格0.5MPa，其压力表亦由计量部门标定。3.2.2电子位移传感器〔图2所示〕量程50mm〔可调〕，每桩4只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于量测桩身荷载箱处的向上位移，2只用于量测桩身荷载箱处的向下位移。由计量部门标定。图2加载用荷载箱图3加载用电子位移传感器〔2〕电脑及数据自动采集仪一套〔图4〕。图4笔记本电脑及数据采集仪3.3试桩施工要求试桩除严格满足施工技术标准以及设计院要求外，由于自平衡测桩法的需要，自平衡试桩施工时应注意以下几点：〔1〕地面上绑扎和焊接钢筋笼，由施工单位负责，测试单位配合，位移棒外护管管连接用套筒围焊，确保护管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体。〔2〕荷载箱应立放在平整地上，吊车将上节钢筋笼〔外钢管〕吊起与荷载箱上顶板焊接〔所有主筋围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离〕保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘点焊，保证荷载箱水平度小于5%；然后荷载箱下底板与下节钢筋笼连接，焊接下喇叭筋〔具体要求同上〕。〔3〕试桩混凝土标高同工程桩，导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土大于时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm〔4〕埋完荷载箱，保护油管及钢管封头〔用钢板焊，防止水泥浆漏入〕。〔5〕测试期间应保证不间断供电〔380V、220V两种电源〕，试桩周围10米内不得有较大的振动。〔6〕布置平衡梁〔基准梁〕。基准梁一端与基准桩铰接，另一端与基准桩焊接，基准梁长度由试桩影响区域确定〔>6D〕。〔7〕为尽量减少试桩时外部因素的影响，须搭设防风蓬架〔保护罩〕，确保测试时仪表不受外界环境的影响。〔8〕施工单位需提供的材料每根试桩提供4根φ48钢管，每根长度由地面标高到荷载箱标高的距离，壁厚不小于3mm。3.4试验前期室内工作安排理论分析计算〔1〕由设计单位提供桩基设计极限承载力要求。〔2〕测试单位根据地勘资料进行桩基极限承载力分析。〔3〕测试单位按自平衡法试桩理论进行计算，确定平衡点及试验荷载值。仪器、设备测试元件的鉴定及标定〔1〕加载系统〔电动油泵、高压油管、荷载箱等〕加载前由省计量部门进行系统标定后，由生产厂家进行系统试压，以确保试验荷载的准确性。〔2〕测试仪器的标定所有设备〔电子表、压力表〕由省级计量标准站在实验室进行调试、标定。3.5试桩前期现场工作〔1〕桩头处理，翻开护管封头；〔2〕检查荷载箱是否正常工作，仪器初调；〔3〕布置平衡梁〔基准梁〕。基准梁一端与基准桩铰接，另一端与基准桩焊接，基准梁长度由试桩影响区域确定〔>6D〕；〔4〕搭设防风蓬架，尽量减少外部环境〔风、温度〕的影响，由施工单位负责。3.6现场试验、测试工作现场测试时，由业主、设计、监理、施工、测试等各方组成试桩现场指挥部，由业主组织协调各方关系，以保证测试顺利进行；施工方协助测试方完成测试辅助工作，负责基准桩打入及平衡梁准备工作；测试方做好测试记录、核对加载吨位，桩身位移等数据。在整个测试过程中做好仪器设备的防冲击、防振动和免受气候条件的影响措施，并及时整理、计算出相关数据。3.7试验程序加、卸载分级试桩的加载按预估加载值分10级进行，卸载分5级进行。观测程序〔1〕加载量测：每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，同时在电脑屏幕上显示Q-s曲线、s—lgt曲线和s—lgQ曲线。〔2〕卸载量测：每级荷载卸载后，应观测桩顶的回弹量，观测方法与加载相同。卸载到零后，至少在2h内每30min观测一次。〔3〕稳定标准：在每级荷载作用下桩的位移量在1小时内小于，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〕。〔4〕终止加载条件：当荷载—位移〔Q—s〕曲线和位移—时间〔s—lgt〕曲线上有可判定极限承载力的陡降段；2〕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；3〕某级荷载作用下，桩的位移量的大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24h尚未到达相对稳定。4〕载到预估承载力即终止。四、报告提供的内容〔1〕绘制Q－s曲线、s-lgt曲线和s-lgQ曲线，提供加载、卸载曲线及实测数据表。〔2〕提供试桩的垂直极限抗压承载力推荐值。〔3〕提供试桩工程检测总报告，综合分析试验成果。五、进度安排合同签定后5天内完成荷载箱的设计、生产和标定，同时制作好钢筋笼。钢筋笼由试桩的施工单位按设计图纸和测试单位的图纸制作。下钢筋笼，浇灌混凝土。成桩后15天左右进行自平衡测试，二天即可测好。测试后5天内提供初步报告，10天内提供最终报告。六、试验工程组人员组成、简历及分工表3试验工程组人员组成姓名性别职务职称从事专业所在单位本工程中职务龚维明男教授岩土工程南京东大自平衡桩基检测工程总负责戴国亮男副教授岩土工程南京东大自平衡桩基检测技术负责缪国军男工程师岩土工程南京东大自平衡桩基检测现场测试戴群男技术员岩土工程南京东大自平衡桩基检测现场测试靳朋刘男技术员岩土工程南京东大自平衡桩基检测现场测试七、质保体系完本钱次自平衡静载试验的质量保证体系如