试桩锚桩法检测方案

哈尔滨站改造工程

地下城市通廊

试验桩检测（锚桩法）方案

编制：刘同占

复核：高鹏

中铁二十二局集团哈尔滨铁路建设集团有限责任公司

二O一六年三月

表A.0.1 施工组织设计（方案）报审表工程项目名称：哈尔滨站改造工程施工合同段：编号：

目录

一、工程概况 (1)

二、检测目的 (1)

三、检测依据 (1)

四、检测数量 (1)

1.静荷载试验（锚桩法） (2)

2.桩身完整性检测（声波透射法） (2)

五、场地地层情况 (2)

六、单桩竖向抗压静载荷试验技术要求 (3)

1.试验方法 (3)

2.试验桩位置 (3)

3.试验装置 (3)

4.试验荷载 (4)

5.加荷观测 (4)

6.卸荷观测 (5)

7.检测数据的整理 (5)

8.锚、试桩设计 (6)

9.基准桩 (8)

七、声波透射法检测桩身完整性技术要求 (8)

1.检测原理 (8)

2.检测数量 (9)

3.检测时间 (9)

4.检测方法 (9)

5.声测管安装的施工要求 (13)

八、主要仪器设备 (14)

1.静载荷试验 (14)

2.完整性检测 (14)

3.仪器照片 (14)

九、质量保证 (15)

1.人员配置 (15)

2.质量保证体系 (16)

3.质量管理措施 (17)

十、试验进度及资料提交 (17)

1.试验进度 (17)

2.报告的提交 (18)

十一、双方配合事项 (18)

1．甲方配合事项 (18)

2．乙方责任 (18)

十二、安全文明生产 (19)

1．安全生产制度 (19)

2．危险源辨识及控制措施 (19)

一、工程概况

哈尔滨站改造工程位于哈尔滨市南岗区，在哈尔滨火车站原址上进行改扩建，地下城市通廊由城市通廊、出站通道、出站楼梯、设备及办公用房组成。城市通廊基坑深13.45m，宽105.74.m，长280.8m，采用两级放坡开挖，放坡处坡率1：1。下层采用800mm直径，间距1000mm钻孔桩围护+锚索+截水帷幕。本工程主要工程量土方271456m3、基坑支护钻孔灌注桩1217根、基础钻孔灌注桩377根，三轴水泥搅拌桩2867根、锚索431道等。结合站场倒改方案，本工程基坑工程分为两期实施。一期工程为北侧城市通廊基坑，主要工程量土方105000m3、基坑支护钻孔灌注桩568根、基础钻孔灌注桩176根，三轴水泥搅拌桩1091根、锚索156道等；二期工程南侧城市通廊基坑，主要工程量土方166456m3、基坑支护钻孔灌注桩649根、基础钻孔灌注桩201根，三轴水泥搅拌桩1776根、锚索275道等。

二、检测目的

由于桩基础参数设计及工程桩施工的需要，依据设计及规范要求，需要对该四根试桩进行单桩竖向抗压、抗拔极限承载力的静载荷试验，确定单桩竖向抗压、抗拔极限承载力标准值。鉴定桩身混凝土质量，包括缩颈、裂纹、断裂、空洞、夹泥等缺陷。

三、检测依据

（1）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）；

（2）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；

（3）“哈尔滨站改造工程城市通廊”项目基础桩设计资料；

（4）本工程勘察报告；

（5）甲方、设计对试验的要求。

四、检测数量

1.静荷载试验（锚桩法）

设计指定的3根试验桩。

2.桩身完整性检测（声波透射法）

对15根桩（3根试桩和12根锚桩）进行检测。

五、场地地质概况

(1) 第①2层杂填土广泛分布于整个场区，层位普遍较厚。

(2) 第②23层粉质黏土主要为黄褐色，分布较有规律，呈层状分布，层位较厚，主要以硬塑及可塑为主，含氧化铁、锰，性质较好。局部含

②21及②22软可塑～软塑状态粉质黏土夹层。

(3) 第③53层黄褐色粉砂，分布较有规律，呈层状分布，砂质较均匀，含少量黏性土，呈中密状态。部分地段上覆稍密状态的③52层黄褐色粉砂，局部地段揭露密实状态的③54层黄褐色粉砂。

(4) 第③64层黄褐色细砂，分布较有规律，呈层状分布，砂质较均匀，含少量黏性土，呈密实状态。部分地段上覆中密状态的③63层黄褐色细砂，偶见稍密状态的③62层细砂。

(5) 第③74层黄褐色中砂，分布较有规律，呈层状分布，砂质较均匀，分布较为稳定，呈密实状态，性质较好。

(6) 第④13层粉质黏土主要为灰褐色，呈薄层条带状分布，局部地段缺失，主要以可塑为主，性质较好。局部为④11及④12软可塑～软塑状态粉质黏土层。

(7) 第④64层灰黄色、灰褐色细砂，呈层状分布，局部地段缺失，含较多粉质黏土和粉砂透镜体，粉质黏土呈软可塑状态，呈条带状和透镜体交互分布。

(8) 第④74层灰黄色、灰褐色中砂，呈层状分布，含较多粉质黏土和粉细砂夹层，多呈透镜体状分布，为无（有）柱雨棚的桩端持力层。

(9) 第④75层灰褐色中砂，呈层状分布，在土性和层厚上变化较大，

含较多粉质黏土和粉细砂，多呈薄层条带状分布，含少量粗砾砂夹层，多呈透镜体状，为站房的桩端持力层。

(10) 第④76层灰褐色中砂，呈层状分布，在土性和层厚上变化较大，含较多粉质黏土和粉细砂，多呈薄层条带状及透镜体分布，含少量粗砾砂夹层，多呈透镜体状，为站房的桩端持力层。

(11) 第④96层灰色砾砂，呈薄层状分布，上伏于基岩层上部。

(12) 第⑤11层灰绿色全风化泥岩层面分布较稳定，出露高程较为平稳，分布均匀，性质稳定，为该场地稳定地层，局部地段揭露第⑤21层全风化砂岩。

甲方提供的二、三区灌注桩参数建议值如下：

六、单桩竖向抗压静载荷试验技术要求

1.试验方法

用垂直静载荷抗压实验、低应变动测发，分别作试验检测，静载荷试前先进行低应变检测。。

2.试验桩位置

设计指定位置的3根试验桩（详见试桩设计图）。

3.试验装置

（1）试验采用锚桩反力装置(如图1)。

图1 单桩竖向抗压静载荷试验锚桩反力装置图

四根锚桩与反力梁连接。使用2台10000kN千斤顶，配合高压油泵施加反力，载荷试验仪通过安装在千斤顶上的压力传感器和安装在桩头上的位移传感器控制加荷量，自动记录沉降位移。加载补载均自动完成。

（2） 2台千斤顶加载时应并联同步工作，且应符合下列规定：

1、采用的千斤顶型号、规格应相同；

2、千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。

（3）加载反力装置提供的反力不小于最大加载量的1.2倍。

（4）试桩与锚桩的距离不小于3倍桩径，基准梁采用9米长工字钢。

（5）荷载测量采用并联于千斤顶油路的压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载，传感器的测量误差不应大于1%；沉降测量宜采用调频位移传感器，测量误差不大于0.1%，分辨力优于或等于0.01mm 。

4.试验荷载

根据设计要求，试验最大加载量14000kN。

5.加荷观测

(1) 加载分级：采用逐级等量加载，加载级差取最大试验荷载的1/15，其中第一级荷载为分级荷载的2倍。

(2) 每级荷载施加后按第5、10、15、30、45、60min测读桩顶沉降

量，以后每隔30min测读一次。

(3) 相对稳定标准：每小时桩顶沉降不超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算）,当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，进行下一级荷载。

(4) 单桩抗压静载荷试验过程中出现下列情况之一时，即可终止加载：

①某级荷载作用下，桩沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍（当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm）；

②某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24小时尚未达到相对稳定标准；

③已达到设计要求的最大加载量；

④当荷载-沉降曲线呈缓变形时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；

⑤发生不可测异常情况。

6.卸荷观测

卸载时应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载，读记回弹量。

7.检测数据的整理

(1)确定单桩竖向抗压承载力时，应绘制竖向荷载-沉降（Q -S）、沉降-时间对数（S-lgt）曲线，需要时也可绘制其他辅助分析所需曲线。

(2)单桩竖向抗压极限承载力可按下列方法综合分析确定：

①根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q-S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；

②根据沉降随时间变化的特征确定：取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值；

③出现五.5.②款情况时，取前一级荷载值；

④对于缓变型Q-S 曲线可根据沉降量确定，宜取S＝40mm 对应的荷载值；当桩长大于40m 时，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于8mmm 的桩，可取S=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。

⑤当按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。

(3)单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定应符合下列规定：

①参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。

②当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。

③工程桩抽检数量少于3 根时，应取低值。

(4) 单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。

8.锚、试桩设计

（1）试验桩设计及桩头处理

试验桩按设计图进行设计，见图2。

图2 试验桩设计图

试验桩的桩头处理示意图见图3。在桩头外箍同直径的钢质套筒(约6mm厚，高度1～1.5D,D为桩直径)，桩顶以下按照10cm、30cm、30cm的间距设置三层Φ12的双向拉筋网。桩顶凿除浮浆后用水泥砂浆抹平(不露

出主筋)。

图3试桩桩头处理示意图

（2）锚桩位置

按照试桩设计图中锚桩位置打入反力锚桩（详见），锚桩与试验桩的桩顶位于同一标高，锚桩主筋露出桩顶约1000 mm，便于反力梁的安装焊接。锚、试桩位置示意图见图4。

图4 锚、试桩位置示意图

（3）锚桩设计

为满足试验需要，锚桩需具备以下条件：

a.桩长不小于试验桩桩长（按25m）；

b.锚桩侧摩阻力能够提供足够的试验反力（不小于最大加载量的1.2倍）；

c.主筋应通长配筋，主筋数量应保证抗拉力足够（不小于最大加载量的1.2倍）；

d.埋设声测管（同试验桩要求）。

9.基准桩

基准桩用于固定基准梁，确保基准梁的稳定。试桩和基准桩之间的中心距离应大于等于3D 且不小于2.0m，基准桩与试验桩位置见图5。基准桩打入土中，为一长方形承台，深度不小于2.0m，截面1200mm×800mm，采用C20的素混凝土。基准桩桩顶标高高于试验桩桩顶标高50cm。

图5基准桩与试验桩位置图

七、声波透射法检测桩身完整性技术要求

1.检测原理

混凝土灌注桩声波透射法检测的工作原理是：在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂，由仪器的发射换能器发射超声脉冲，穿过待测的桩体混凝土，并经接收换能器被仪器所接收，判读出超声波穿过混凝土的声时、接收波首波的波幅以及接收波主频等参数。超声脉冲信号在混凝土的传播过程中因发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接收信号在混凝土中传播的时间、振动幅度、波形及主频等发生变化，这样接收信号就携带了有关传播介质（即被测桩身混凝土）的密实缺陷情况、完整程度等信息。由仪器的数据处理与判断分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析，即可对桩身混凝土的完整性进行检测，判断桩基缺陷的程度并确定其位置。

图5 声波透射法测试原理图

2.检测数量

3根试验桩。

3.检测时间

超声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。本工程考虑到砼在龄期14天后声波波速等性能参数已经趋于平缓，一般要求砼桩基的龄期大于14天。

4.检测方法

（1）声测管的安装

本工程超声波透射检测声测管采用ф50mm金属管，每根桩埋设3根声测管，声测管牢固焊接在钢筋笼内侧，使之成桩后相互平行并埋设至桩底，管口高于桩顶面50cm，声测管下端封闭，上端加盖。声测管埋设平面位置及编号如图7所示（图6中A、B、C位置）。

图6 声测管埋设平面位置及编号图

（2）检测前的准备

检测前应冲洗声测管，以保证换能器在全程范围内升降顺畅，同时防止声测管中的浑浊水加大声波衰减和延长时间，给声波检测结果带来误差。

（3）现场检测

超声波透射测试装置有平测法、斜测法和扇面测法三种，一般采用平测和斜测两种方法。

平测法是将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上，进行测试，通过平测可知道缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度，但不能确定缺陷在水平方向上的大概部位。此方法常用于桩身完整性检测。

斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上，进行测试。在斜测过程中，采用固定的相差高程（即高差同步），且同一剖面进行两次单独的测试。一般来说高程相差越大，越能缩小缺陷在水平方面的范围，但是高程相差越大，测试信号就越弱，各种干扰信号就越强，就越容易形成误判。所以测试时在保证信号较好的情况下，可适当增大两换能器间的高程差。斜测法常作为平测法的补充测试方法，一个测线一般需测两次，即第一次发射换能器比接收换能器标高高，第二次使发射换能器比接收换能器标高低。但高差绝对值保持一致。通过斜测，可以缩小缺陷在水平方向上的范围。此方法常用于检测水平缺陷。

扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换，形成一扇面。该方法比斜测法操作复杂且数据处理较麻烦，只针对可能有较严重缺陷的桩采用这一测试方法。此方法常用于CT成像检测。

本工程现场检测使用RS-ST01D(P)型非金属超声波分析仪，采用平测法，测点间距0.2m。

（4）数据分析

测试数据的分析处理及缺陷判定按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的相关规定进行，即根据声时、声幅、PSD 等三条曲线来判定缺陷的部位和大小，即根据声时、声幅、PSD 等三条曲线来判定缺陷的部位和大小。

①桩身混凝土缺陷声速判据

声速是判定砼缺陷的主要参数之一，运用概率统计理论原理确定声速临界值，声速平均值、标准差。声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即：

式中：νD ——声速临界值（km/s ）;

——正常混凝土声速平均值(km/s); σν ——正常混凝土声速标准差； νi ——第i 个测点声速值(km/s) n ——测点数。

当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。

D i v v <

式中：νi ——第i 个测点声速值（km/s ） νD ——声速临界值(km/s)

当检测剖面n 个测点的声速普遍低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。声速低限值由同条件混凝土试件做强度和速度对比试验，结合地区经验确定。声速低限值相对应的混凝土强度不宜低于0.9R （R 为混凝土设计强度），若试件为钻孔芯样，则不宜低于0.85R 。

v

D

v v σ

2-=∑

==n

i i

n

v v 1∑

=--=n

i i v n v v 12

1)(σv

当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。 式中：νi ——第i 个测点声速值（km/s ）; νL ——声速低限值(km/s); ②桩身混凝土缺陷波幅判据

实际中多是根据实测经验将波幅值的一半定为临界值。 用波幅平均值减6dB 作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

式中： A Ｄ——波幅临界值（dB ）； A m ——波幅平均值（dB ）；

A i ——第i 个测点相对波幅值（d

B ）。

声波波形能直观反映某测点砼是否有缺陷。若桩基砼是均质的，声波波形有两头小、中间大、同频率等特征；若声波经过缺陷，声波波形就会明显变化，当缺陷特别严重时表现在波形上为声幅很低、首波不易

确认，频率变小且同一波形中有不同频率成分，比较容易直接判断。

图7 声波透射法测试波形 ③桩身混凝土缺陷PSD 值判据

L

i

v

v <6-=m D A A ∑

==n

i i

m n

A A 1

a ）正常波形

b ）畸变波

PSD 法是基于缺陷处声时的变化引起声时深度曲线的斜率明显增大，而声时差的大小又与缺陷程度密切相关，因此两者之积对缺陷的反映更加明显，即采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD 值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

式中：t i ——第i 个测点声时值（μs ）;

t i-1——第i －１个测点声时值(μs); z i ——第i 个测点深度(m); z i-1——第i －l 个测点深度（m ）。

（4）桩身完整性分类

桩身质量完整性评价分为以下四类，见表1。

表1 桩身完整性判定分类表

5.声测管安装的施工要求

（1）声测管外加8cm 套管焊接（要求不漏浆、内壁光滑），管底密封、上端加盖、各管间保持平行。

（2）声测管穿过荷载箱上预留的声测孔，牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，且相互平行，下埋至桩底，上高出桩顶50cm 。先点焊接后绑扎，绑扎点

1

2

1)(----=

i i i i z z t t PSD

的间距1.5m。

（3）每根受检桩埋设3根声测管。

八、主要仪器设备

1.静载荷试验

(1) 10000kN千斤顶2台，高压油泵1台；

(2) 70MPa压力传感器1只、50mm位移传感器4只；

(3) RS-JYC载荷仪1套；

(4) 50吨吊车2台、板车4辆；

(5) 2000T反力梁一套；

(6) 钢梁、工字钢若干。

2.完整性检测

RS-ST01D(P)型声波透射仪

3.仪器照片

(a)RS-JYC静载荷试验仪主机及传感器

(b) RS-ST01D(P) 非金属超声检测仪主机及测试探头

图8 仪器设备照片

九、质量保证

1.人员配置

表2 技术人员岗位责任一览表

2.质量保证体系

图9 质量保证体系图