荆岳长江大桥试桩工程试验检测方案

荆岳长江公路大桥试桩工程试验检测方案南京东南大学科技服务中心二00六年八月二十八日目录一、概述 (2)二、试验依据 (4)三、桩自平衡法承载力测试 (5)四、投入本工程的主要仪器及设备 (18)五、报告提供的内容 (19)六、质保、工期及安全体系 (20)七、进度安排 (26)八、试验项目组人员组成、简历及分工 (27)九、信誉 (31)十、合理建议 (32)荆岳长江公路大桥试桩工程试验检测桩自平衡静载试验根据湖北省荆岳长江公路大桥建设指挥部2006年8月《荆岳长江公路大桥试桩工程试验检测询价函》以及湖北省交通设计院《荆岳长江公路大桥两阶段施工图设计第I部分试桩试验及全桥施工场地布置》的文件，在仔细阅读文件主要内容以及技术要求后，我单位提交桩承载力自平衡试验大纲，此大纲包含湖北省荆岳长江公路大桥建设指挥部所要求的技术细节、安装和试桩的程序，以及测试结果的解释，以及一些合理化的建议。

测试结果将用来为桩的设计提供所需要的参数。

一、概述1.1 工程概况荆岳长江公路大桥位于湖北、湖南两省交界处，地处长江中游江汉冲湖积平原和江南低山丘陵过渡地带，北岸以平原为主，沿江一带零星分布低山残丘；南岸主要是低山丘陵地形、湖泊星罗其间。

为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，提供桩基础设计和施工实施科学的依据，根据国家规范和设计院有关文件，采用自平衡法进行2根试桩，试桩主要参数分别见表1和表2。

表1 自平衡试桩有关参数1.2 试验内容与目的为了验证设计承载力，提供各土层及桩端有关参数，测定桩基沉降和变形，研究成孔工艺，评估成桩质量特进行桩基静载试验，主要内容与目的如下：（1）通过试桩施工工艺的研究，确定桥位区钻孔灌注桩的合理施工工艺，包括泥浆配比、钻进工艺、清孔效果以及成桩后质量。

确定大桥桩基施工所需设备、流程和方法，并对施工工艺提出指导性意见。

（2）通过试桩静载试验，确定单桩极限承载力，测定钻孔桩桩端阻力和侧壁分层摩阻力等参数，为优化主桥基础桩长及进一步确定主桥桩基持力层提供科学依据。

（3）获得分级加载与卸载条件下对应的荷载—变形曲线，测定桩基沉降、桩弹性压缩及岩土塑性变形。

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，提供优化设计的报告。

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。

二、试验依据2.1 《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2.2 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）2.3 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）2.4 《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）2.5 设计院文件和地质勘察报告三、桩自平衡法承载力测试3.1 方法起源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，这是桩基础领域面临的一大难题。

为解决以上难题，美国学者Osterberg于80年代首先提出了自平衡测试法，并于80年代中期开展了桩承载力自平衡试验方法的研究，首先在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型，例如：1. 麻省波士顿附近Saugus河铁路大桥桥墩基桩，该桩为钢管桩，长39m，直径460mm，壁厚12.7mm，水上打桩；2. 佛罗里达州Orange港公路大桥桥墩基桩，水深24m，船上打桩，采用压桩与自平衡测桩对比，试验结果吻合；3. 麻省波士顿鹿岛水处理厂扩建工程建筑物基桩，该工程总投资数十亿美元，为美国特大型工程之一，桩端持力层为冰渍土，性质特好，由于自平衡测试法测得钻孔桩承载力潜力很大，将打入桩方案改为钻孔桩，节省大量资金。

近几年欧洲及日本、加拿大、香港、新加坡等国也广泛使用该法，例如：1. 香港九龙广东铁路公司某大楼嵌岩桩；2. 新加坡某工程基桩，地层为13.7m 海洋粘土，下卧含漂石硬粘土。

以上国家和地区都已有相应的测试规程，该法大有完全取代堆载压桩与锚桩法之势。

该测试方法已成功应用在水上试桩、坡地试桩等多种特殊场地试桩。

桩型有钢桩、砼预制桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩及人工挖孔桩。

在我国，东南大学土木工程学院在理论研究的基础上，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，经多次专家鉴定后，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26省市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13000吨，荷载箱最大直径8.0m ，最大桩长125m 。

3.2 试验原理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。

图2 桩承载力自平衡试验示意图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、底盖及箱壁四部分组成。

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2。

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。

基桩自平衡试验开始后,荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递。

假设基桩受荷后,桩身结构完好(无破损,混凝土无离析、断裂现象),则在各级荷载作用下混凝土产生的应变量等于钢筋产生的应变量,通过量测预先埋置在桩体数据采集应变仪应变计传感线P P荷载箱内的钢筋应变计,可以实测到各钢筋应变计在每级荷载作用下所得的应力—应变关系,可以推出相应桩截面的应力—应变关系，那么相应桩截面微分单元内的应变量亦可求的。

由此便可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。

3.3 方法特点自平衡试桩法相对于传统试桩法（堆载法和锚桩法）具有以下几个特点：（1）装置较简单，不占用场地，不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架，试桩准备工作省时省力；（2）该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，因而可测得侧阻力与端阻力和各自的荷载～位移曲线；（3）试验费用省。

尽管荷载箱为一次性投入器件，但与传统方法相比可节省试验总费用的30%～60%，具体比例视桩与地质条件而定，吨位越大越明显；（4）试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆；（5）方便的重复试验。

可在同一桩端深度的不同的时间（后压浆试桩效果对比）在同一根桩上方便的进行试验；（6）可得到土阻力的静蠕变和恢复效果。

试验荷载可保留所需的任意长时间段，因此可实测桩侧和桩端阻力的蠕变行为的数据；（7）在水上试桩，嵌岩桩等情况设置传统的堆载平台或锚桩反力架特别困难或特别花钱时，该法更显示其优势。

3.4 测试仪器设备3.4.1 加载设备（1）每根试桩采用一个环形荷载箱——专利产品，其加载值的率定曲线由计量部门标定。

（2）高压油泵：最大加压值为60MPa，加压精度为每小格0.4MPa，其压力表亦由计量部门标定。

3.4.2 位移量测装置（1）电子位移传感器量程50mm（可调），每桩6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，2只用于量测桩顶向上位移。

由计量部门标定；（2）在每个荷载箱上、下板之间布置2～3个长距离位移计，测上、下板相对变位。

（3）电脑及数据自动采集仪一套3.4.3应力量测装置采用埋入式光纤光栅应变传感器及PI04B系列光纤光栅传感网络分析仪进行测试。

光栅传感器布置在岩土界面分界处，每截面布置二个，布设截面位置试桩示意图。

同传统的电传感器相比，光纤光栅传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势：1．可靠性好、抗干扰能力强。

由于光纤光栅对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤光栅传感器具有非常好的可靠性和稳定性；2．传感头结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构；3．抗电磁干扰、抗腐蚀、能在恶劣的化学环境下工作；4．可复用性强，采用多个光纤光栅传感器，可以构成分布式光纤传感网络。

图3 埋入式光栅传感器及PI04B系列光纤光栅传感网络分析仪PI04B 系列光纤光栅传感网络分析仪是北京品傲光电科技有限公司研发的第二代高性能光纤光栅解调设备，可以广泛应用于桥梁、大坝、隧道、远距离输油管道等大型结构的长期健康监测，也可用于与波长及功率相关的光谱分析、光纤器件测量、光纤光栅生产过程中的在线监测、光纤光栅传感器的研制及标定等。

PI04B 光纤光栅传感网络分析仪内嵌功能强大的P4 处理器，配置100M 以太网络接口和USB2.0 口，PI04B 光纤光栅传感网络分析仪可以直接将所采集到的大量数据在本机上进行分析并存储，对被监测对象进行长期或定期监测。

通过网络接口，可直接组网进行数据共享或远程控制。

3.5 试桩施工要求试桩除严格满足公路桥涵施工技术规范以及设计院要求外，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，外护管、声测管连接用套筒围焊，确保护管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体，运到工作平台上。

（2）严格按试桩图纸确定钢筋应变计在主筋上的位置，钢筋传感器直接绑扎于主筋上，绑扎过程中注意保护应变计导线，穿过荷载箱预留孔时，预留25cm 左右的导线于预留孔内。

具体由测试单位指导，施工单位负责安装。

（3）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）。

（4）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2.5m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，便于混凝土在荷载箱处上翻。