工程试桩检测方案

工程试桩检测方案

第一章试验目的、方法、原理及特点

1.1试验目的

本工程为AA胶东国际机场轨道交通结建工程试桩工程，本次试桩静载检测

是基于该工程试桩设计要求进行的，共进行3根竖向抗拔承载力的试验，本次

试验目的主要是通过自平衡法静载试验验证本工程单桩竖向抗拔承载力是否能

满足其设计预估承载力特征值、预估承载力极限值等参数及各地层侧壁摩阻力。

1.2试验方法

根据图纸设计，本工程采用自平衡法试验方法、该试验方法直观明了、方便

实施、具有较好的可信度和经济性，克服了常规静载荷试验方法对单桩及桩周土

介质原始应力状态、原有性能的改变以及常规法受配载能力的限制不易做到破

坏，而该方法能轻易地实际测量得到与单桩承载能力相关的多种试验参数，诸如

上段桩的抗拔侧阻、上段桩的抗压侧阻和桩端的抗压端阻，对桩底沉渣厚度及沉

渣与桩底土的挤密性能的了解及应用也有较好的验证与加固增载方法。

试验准备工作中，我公司首先对单桩的桩侧阻和桩端受沉渣影响及沉渣与桩

底土的挤密后发挥或后压浆的提高性能作出足够充分的预估，其次在选定桩中预

放荷载箱位置的同时为便于上、下桩段的抗顶推拔力侧阻和抗压侧阻间比值关系

的直接法确定，试验过程的设计原则：遵循下段桩侧阻先破坏、再预压激发桩端

土阻力直至上段桩侧阻破坏的相对极限平衡状态。

1.3试验原理

通莫静载法（国内称自平衡法）由1960年代的以色列AfarVasela公司开创

其检测原理是将一种特制的加载装置一通莫荷载箱®（如右图），在混凝土

浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置（具体位置根据试验的不同目的而

定），将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置（位移等）从桩体引到地面，

然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载，荷载箱产生上下两个方向的

力，并传递到桩身。由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据:

荷载箱以上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数；荷载箱

以下部分，我们获得正向加载时下部分桩体的相应反应参数.通过对加载力与这

些参数（位移等）之间关系的计算和分析，我们不仅可以获得桩基承载力，而且

可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据。这种方法可

以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检验。1980年代中期,

通莫静载法（T-pile®）传入了美国，并在国际基础工程行业进行了广泛的使用。

1990年代后期，通过美国和中国的学术交流，这种方法也被引入了中国，其原

理被国内业界称为自平衡法。

第二章试验依据

1.《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）;

2.《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）;

3.AA胶东国际机场轨道交通结建工程试桩资料；

4.《AA胶东国际机场轨道交通结建工程勘察报告》；

5.《AA胶东国际机场轨道交通结建工程试桩检测实施方案》

第三章试验工作概况

3.1地质概况

拟建结建工程车站处于大沽河西岸、胶州市东北11公里处，位于周王庄村

附近，场地处现为低居民房。在机场建设时统一考虑拆迁问题。

车站与高铁站并行，北侧规划有同期建设的机场航站楼与机场高架桥，车站

大部分现落位于同期建设的规划机场GTC综合楼下及近期停车楼下，明挖法施

工。

地铁车站长度为339m，设一岛两侧三个站台，车站为地下两悬三柱四演局

部四柱五跨）框架结构，结构宽度为44.75m,埋深17.0m,与高铁合建处总宽

98.35m，高铁基坑深约20.81m，标准段覆土1.2m，与GTC重合段覆土0.8m。

车站北侧接明挖施工的地铁8号线区间，南侧接明挖施工的地铁8号线、市城

快线区间。

场区第四系厚度1.20-10.50m,主要由第四系全新坑人工填土层（04ml）、

洪冲击层组成。基岩为白垩系上统王氏群泥岩、砂岩组成。

（ow+a）（K2W）

各层具体分布详见工程地质断面图及地质柱状图。

3.2试验概况

受中铁建工集团有限公司委托，我公司于2016年5月17日至2016年5

月25日对其施工的AA胶东国际机场轨道交通结建工程3根混凝土灌注桩进行

了荷载箱及桩身应力计（钢筋计）安装预埋，整个安装预埋工作都在现场技术人

员的指导监督下顺利进行。并于2016年6月22日至2016年6月26日对该

试桩进行了静载荷试验现场测试工作。试验采用自平衡法，按预先制定的试验检

测方案严格遵照测试规程进行，现场测试顺利，试验得到了建设单位、设计单位、

监理单位及施工单位的积极配合，在此我单位对以上单位给予的积极配合和大力

支持表示衷心的感谢。

根据委托本次试验目的主要是通过自平衡法静载试验验证本工程单桩竖向

抗拔承载力是否能满足其设计预估承载力特征值、预估承载力极限值等参数及各

地层侧壁摩阻力。

3根试桩桩底标高-44.75m,桩顶标高-6.75m,有效桩长15m,反力桩

长23m,桩径2.2m，扩大为3.2m,荷载箱标高为-21.75,设计预计抗拔承

载力特征值10952kN、极限承载力标准值20873kN、加载终止荷载值25048kN

有效桩长试验时间龄期

试桩编号成孔时间成桩时间混凝土强度

长

2016.5.215m2016.6.2232

DS-1#2016.5.19C45

2

2016.5.215m2016.6.2431

DS-2#2016.5.24C45

5

2016.5.215m2016.6.2536

DS-3#2016.5.18C45

1

第四章静载试验

4.1试验装置

4.1.].加载系统

包括加载泵站、荷载箱以及加压管。

采用荷载箱为通莫公司自行研制的、具有专利技术的专业荷载箱。其特点为：

(1)设计时，荷载箱的形状、布局形式等参数，充分考虑灌浆等任务预留

实施空间；

(2)荷载箱直径和加载面积的设计，充分兼顾加载液压的中低压力和桩体

试验后的高承载能力；

(3)Tomer荷载箱通过内置的特殊增压技术设计，以很低的油压压强，产

生很大的加载力，从而能够极大地降低加载系统的故障率；

(4)根据项目资料，荷载箱端面将设计锥形体，对灌浆时产生的浮浆起导

流作用，避免浮浆存积在荷载箱端面，从而保证了试验位移数据的准确性，同时

也保证了试验补浆后的桩体强度和承载能力。

为保证桩基质量和试桩的成功，埋设荷载箱时，将有以下安全措施：

(1)为保证桩体因加载产生应力集中而破坏，荷载箱附近钢筋笼箍筋适当

加密；

(2)荷载箱与上下钢筋笼连接强度适当，以方便试验时打开荷载箱；

(3)荷载箱与上下钢筋笼连接处，焊接导正筋，以方便导管由荷载箱通孔

穿入。

4.1.3数据采集

本次数据采集全部采用全自动静载荷试验测试仪，压力由压力传感器控制，

位移由位移传感器记录。采集记录内容包括：油压，桩顶位移、荷载箱上部桩体

位移，荷载箱下部桩体位移等。

4.1.4数据传感装置

(1)位移测量装置：本次试验采用位移棒作为位移测量的装置，位移棒具

有安装要求高，位移传递准确等特点，特别是适应长桩的检测。位移值由位移传

感器进行测量，其读数精确到0.01mm。

(2)先进的位移测量装置固定结构的设计和安装，在原理上保证了位移测

量值只受桩体位移和基准梁运动的影响。

导飞隼移传感器.口葵梁

位移测量原理

测量结构实例

4.2试验方法

4.2.1加载方法

本试验采用慢速法，即慢速维持荷载法。按照试桩设计图纸要求，本次试桩

的最大加载值为25048kN，分10级施加(第一级加载为分级的2倍)，逐级加载,

待该级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，等量递增至最大加载。正式加

载时，如原理所述，以流体为加载介质，向埋设于桩基内一定深度位置的荷载箱

中加压，从而对荷载箱上下两部分桩体同时施加载荷；

4.2.2上拔测读及稳定标准

每级荷载施加后按第5、10、15min各测读一次上拔变形量，以后每隔

15min测读一次，累计lh以后每隔30min测读一次。每lh内的桩顶上拔量

不超过0.1mm,并连续出现两次(从分级荷载施加后第30min开始，按L5h

连续三次每30min的沉降观测值计算)则认为已达到相对稳定，可加下一级荷

载；

4.2.3卸载

每级卸载值为每级加载值的2倍。卸载时，每级荷载维持lh,按第15、30

、60min测度桩顶残余上拔量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，测读桩顶残

余上拔量，维持时间为

3ho

4.2.4试验终止条件

当出现下列情况之一时，可终止加载

(1)某级荷载作用下，桩位移量大于前级荷载作用下位移量的5倍；

(2)某级荷载作用下，桩位移量大于前级荷载作用下位移量的2倍，且

经24h未达到相对稳定标准；

(3)当荷载-位移曲线呈缓变型时，上段桩累计位移量超过100mm,下

段桩累计位移量超过80mm;

(4)已达到设计要求的最大加载量。

本次试验终止试验条件为"已达到设计要求的预估最大加载量"。

4.3桩身轴力测试

4.3.1试验目的：

研究试桩荷载传递机理，确定桩身轴力及桩侧摩阻力的分布情况。

4.3.2钢筋计埋设：

每个断面安装2个钢筋计，埋设在不同性质土层的界面处(根据委托单位

提供的地质柱状图)，以测量桩在不同土层中的分层摩擦力。从有效桩底起算,

各桩埋设钢筋应力计的位置如下表：

部位荷载箱断面1断面2断面3

高程(m)-21.75-19.75-7.54-6.90

共埋设3个断面，有效桩顶标高为-6.75m,有效桩底标高-21.75m,有效桩长15.0m。

4.3.3数据测读：

4.3.3.1应变量测读：用应力应变综合测试仪测读各种荷载下的钢筋应力计

频率模数，换算出桩身混凝土的应变量。

4.3.3.2在静载荷试验加载以前，先用应力应变综合测试仪测各应变计的初

始频率模数。

4.3.3.3在施加每级荷载，位移速率达到相对稳定标准后测读各钢筋应力计

的频率模数。

4.4试验资料整理与计算分析

4.4.1单桩抗拔极限承载力

抗拔桩试桩1#〜3#试验加载终止值均为25048kN荷载一位移曲线均呈缓

变型曲线，荷载箱上板最大位移分别为4.48mm、4.85mm、4.98mm。因此其荷

载箱以上加载极限承载力均为Qu'=25048kNo但由于试桩桩顶位于地面以下

6.75m，抗拔试桩有效桩顶以上范围内在试验期间用砂回填，因此试桩荷载箱上

段桩（有效桩长）的抗拔极限承载力Qu等于试验最大加载值（25048kN）减去

回填砂的自重（G）。

因此：

Qu=Qu'-G

G=Ttr2hp砂

式中：Qu一试桩单桩竖向抗拔极限承载力（kN）。

Qu一试桩荷载箱上板以上加载极限值（kN）。

G一回填砂自重（kN）o

r—桩的半径（取1.1m）。

h一桩顶埋深（取6.75m）。

P砂的堆积密度（取15kN/m3）

由以上公式计算求得3根试桩单桩竖向抗拔极限承载力均为24663kN,其

单桩竖向抗拔承载力特征值取极限值得一半为12331.5kNo均满足设计预计承

载力要求。

4.4.2等效转换单桩竖向抗拔静载试验数据汇总表及Qu-d曲线、d-lgt曲

线和d-lgQu曲线图

DS-1#桩等效转换单桩竖向抗拔静载试验验汇总表

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号：DS-1#

测试日期：2016-06-22有限桩长：15.0m有效桩径:2.2m,

扩大3.2m

荷载历时(min)沉降(mm)

序号

(kN)本级累计本级累计

00000.000.00

146251201200.250.25

271291202400.250.50

396341203600.430.93

4121391204800.421.35

5146441206000.461.81

6171491207200.552.36

7196531208400.663.02

8221581209600.653.67

92466312010800.814.48

1019653601140-0.014.47

1114644601200-0.044.43

129634601260-0.064.37

134625601320-0.074.30

1401801500-0.054.25

最大沉降量：4.48mm最大回弹量：0.23mm回弹率:5.1%

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号：DS-1#

测试日期:2016-06-22桩长:15m桩径：2.2m,扩大3.2m

462712963121146171196221246

荷载(kN)0

594394449535863

本级沉降(mm)0.000.250.250.430.420.460.550.660.650.81

累计沉降(mm)0.000.250.500.931351.812363.023.674.48

U-5曲线8-lgt曲线

8(mm)

5.00

4.50••♦••♦••24663kN

4.00

■■•♦—•------•9915RkN

3.50

3.Uv••••♦♦——•LN

2.50

•■■••••••17/1J,yQK1-Ni、J

2.00

---------.-•••wInvirTKIN

1.50

•—•.・••■•・▼•・▼[")]2QK1IpNc

1.00---―♦-♦---•—•0A24kN

nvn••・・/1QKI、

..............................................4621册n)

u.uu1I।iti)।.

5101530456090240

a-igu曲线

DS-2#桩等效转换单桩竖向抗拔静载试验验汇总表

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号：DS-2#

测试日期：2016-06-24有效桩长：15m有效桩径：2.2m,

扩大3.2m

荷载历时(min)沉降(mm)

序号

(kN)本级累计本级累计

00000.000.00

146251201200.280.28

271291202400.280.56

396341203600.521.08

4121391204800.511.59

5146441206000.632.22

6171491207200.562.78

7196531208400.603.38

8221581209600.694.07

92466312010800.784.85

1019653601140-0.014.84

1114644601200-0.024.82

129634601260-0.064.76

134625601320-0.084.68

1401801500-0.314.37

最大沉降量：4.85mm最大回弹量：0.48mm回弓裤:9.9%

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号:DS-2#

测试日期:2016-06-24桩长:15m桩径：2.2m,扩大3.2m

462712963121146171196221246

荷载(kN)0

594394449535863

本级沉降(mm)0.000.280.280.520.510.630.560.600.690.78

累计沉降(mm)0.000.280.561.081.592.222.783.384.074.85

U-6曲线8-lgt曲线

6(mm)5(mm)

5.005.00

4.504.50

4.004.00

3.503.50

3.003.00

-----------・---11

2.502.50

2.002.00

.・••••—•171VN

1.501.50

••••-♦—•-•9634kN

1.001.00

■••■•"••••,/71Z0.Q7KbIMN

0.500.50

••.....4OZZ)Kfx、

t(min)

U(kN)0.00

0.00

5101530456090240

046259634146441965324663

a-igu曲线

DS-3#桩等效转换单桩竖向抗拔静载试验验汇总表

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号：DS-3#

测试日期：2016-06-25有效桩长：15.0m有效桩径:2.2m,

扩大3.2m

荷载历时(min)沉降(mm)

序号

(kN)本级累计本级累计

00000.000.00

146251201200.420.42

271291202400.280.70

396341203600.441.14

4121391204800.511.65

5146441206000.602.25

6171491207200.602.85

7196531208400.643.49

8221581209600.764.25

92466312010800.734.98

1019653601140-0.044.94

1114644601200-0.044.90

129634601260-0.064.84

134625601320-0.104.74

1401801500-0.044.70

最大沉降量：4.98mm最大回弹量：0.28mm回弹率:5.6%

工程名称：AA胶东国际机场轨道交通结建工程试验桩号:DS-3#

桩径：2.2m,扩大3.2m

测试日期：2016-06-25桩长:15m

462712963146171196221246

荷载(kN)0

5944449535863

本级沉降(mm)0.000.420.280.440.510.600.600.640.760.73

累计沉降(mm)0.000.420.701.141.652.252.853.494.254.98

u分曲线B-lgt曲线

8-lgU曲线

|3(mm)

5.00

4.50

4.00

3.50

3.00

2.50

2.00

1.50

1.00

().5()

U(kN)

IillIHu

462524663

4.5桩身轴力及极限侧壁摩阻力计算原理和方法：

计算步骤：

4.5.1由下列公式计算出各级荷载下桩身混凝土的轴力，进而计算得各截面

的桩身轴力。

—&

Ah—混凝土的截面积(m2)

Eh—混凝土的弹性模量(取3.25xlO4MPa)

以一试桩混凝土应变量

&T冈筋应变量

4.5.2由各截面的轴力计算桩侧摩阻力(fs)：

fseP-W)/A侧

△P—相邻截面间的轴力差(kN)

A侧一相邻截面间的侧面积(m2)

WT支术段内桩身自重(kN)

4.5.3测试结果与分析：

从荷载与桩身轴力关系可见，荷载箱上段桩受竖向荷载后，上段由于受到向

上顶力，桩身产生向上位移，桩侧受到土的向下摩阻力，荷载通过发挥出来的摩

阻力传递到桩周土层中去，从而使桩身轴力随离开荷载箱越远逐渐递减。从桩侧

摩阻力表及桩侧摩阻力-荷载关系曲线可见，随着荷载增加，桩侧摩阻力逐渐发

挥。

但由于有效桩径由2.2m扩大为3.2m(计算时，按有效桩底标高以上2.0m

开始逐渐扩大，等效于上直径2.2m,下直径3.2m标准圆台。)，在荷载箱上

顶时，有效桩底扩大部分上面岩土对桩有桩端阻力，其和桩侧摩阻力共同发挥作

用。并试桩进行了后压浆，所以所得到的侧壁摩阻力并不代表岩土本身实际摩阻

力，如设计单位使用时，仅作为参考。

4.5.4桩身轴力、桩侧摩阻力汇总表及分布图

DS-1#桩有效桩身轴力数据表及桩侧摩阻力表

荷载箱一断面1断面1一断面2断面2一断面3

-21.75~-19.75m-19.75~-7.54m-7.54--6.90m

荷载

(kN)轴力轴力

轴力轴力差摩阻力轴力摩阻力轴力摩阻力

差差

(kN)(kN)(kPa)(kN)(kPa)(kN)(kPa)

(kN)(kN)

501016303380175.6016300.0000.0

751435793935207.20357928.7000.0

1001960263993210.5125590156.2012514.5

1252482494275226.51087716271.288919831.0

1043

150294592244.52438799981.1208934965.2

7

1234

175345188278.43587875990.1309649197.3

6

14751048

200385282283.74268110.63672596121.1

68

16531160

225436009325.04932123.84225707146.2

42

18171259

250486872374.05581135.64832749155.7

65

DS-2#桩有效桩身轴力数据表及桩侧摩阻力表

荷载箱一断面1断面1一断面2断面2一断面3

-21.75~-19.75m-19.75~-7.54m-7.54~-6.90m

荷载

(kN)轴力轴力

轴力轴力差摩阻力轴力摩阻力轴力摩阻力

差差

(kN)(kN)(kPa)(kN)(kPa)(kN)(kPa)

(kN)(kN)

501018963114160.51896018960.000

751438923622189.438920389232.400

1001961453874203.76145186595956.90186

1252483754149219.383751106726972.4742364

10651065

150294371231.92574808482.12159415

88

12551255

175344979266.53251930496.62796455

55

14361436

200385672305.9396710399109.53467500

66

16121612

225436416348.1465911468122.24105554

77

17841784

250487206393.0508712755137.54412675

22

DS-3#桩有效桩身轴力数据表及桩侧摩阻力表

荷载箱T断面1断面1一断面2断面2T断面3

-21.75~-19.75m-19.75--7.54m-7.54~-6.90m

荷载

(kN)轴力轴力

轴力轴力差摩阻力轴力摩阻力轴力摩阻力

差差

(kN)(kN)(kPa)(kN)(kPa)(kN)(kPa)

(kN)(kN)

501014863524183.8014860.0000.0

751435893925206.68358128.7080.0

1001959744045213.4154582055.22413015.7

1252481704354231.01108706270.094516323.1

1027

150294755253.82293798180.9200628751.2

4

1215

175345375289.03297886291.3289640177.0

9

14041016

200385995324.23876106.8340347393.3

37

16101156

225436436349.34538123.43961577116.8

79

17981287

250487062384.85107138.94437670137.8

69

DS-1#桩侧摩阻力分布图

桩侧壁阻力（KPA）

,+工」」」,』▲一十.一.…十J,，….，十.="…,十.—1

50100150200250300350

―♦-5010kN

7514kN

—A—10019kN

-H-12524kN

——15029kN

-♦-17534kN

——20038kN

--------22543kN

—25O48kN

巴2#整轴型吧/

叫

a50001000015000200002500030000

5010kN

―»-7514kN

—A—10019kN

12524kN

T-15029kN

T-17534kN

—2003SkN

-------22543kN

—25048kN

桩侧摩阻力分布图

DS-2#桩恻摩阻力(KPA)

」I一一I』一T一一1一T一」，一…1

50.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040).0

T-5010kN

"®-7514kN

-A-10019kN

-H-12524kN

T-15029kN

T-17534kN

—20038kN

--------22543kN

25048kN

-22

桩身轴力分布图

DS-3#轴力值(KN)

I——十一一j――十—―一4T

50001000015000200002500030000

5010kN