桩基承载力自平衡法检测专业方案.doc

试验桩自平衡法、声波透射法检测方案

1 概述
1.1 工程概况
为了确保施工顺利进行和结构安全可靠，依据国家规范和设计相关文件，对该工程指定试桩采取静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采取声波透射法进行桩身完整性检测。
1.2 试验目标
1.确定桩身完整性
2.确定单桩竖向抗压极限承载力
1.3 试验依据
1． 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-）
2． 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-）
3． 《基桩静载试验 自平衡法 》（JT /T738-）
4． 《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）
6. 设计图纸
7. 地质汇报
2地质情况
依据勘察汇报，、各岩土层相关灌注桩桩基参数提议以下表：
层号
土层名称
fak
(kPa)
抗拔系数λ
钻孔灌注桩
后注浆增强系数
qsik
(kPa)
qpk
(kPa)
βsi
βp
2
②粉质粘土
120
0.70
45

1.4

3
③粘 土
130
0.70
45

1.4

4
④粘 土
140
0.70
50

1.4

5

⑤粉质粘土
140
0.70
50

1.4

⑤1粉 土
150
0.70
40

1.4

6
⑥粉质粘土
150
0.70
50

1.4

⑥1中粗砂
160
0.60
45

1.7

7
⑦粉质粘土
150
0.70
55

1.4

⑦1粘 土
160
0.70
60

1.4

⑦2细 砂
160
0.60
45

1.6

8
⑧粘 土
190
0.75
70

1.4

⑧1粉质粘土
170
0.70
65

1.4

⑧2砾 岩
260
0.50
130

2.0

9
⑨粉质粘土
200
0.70
70

1.4

⑨1粘 土
220
0.75
75

1.4

10
⑩辉长岩残积土
220

65

1.4

11
⑪全风化辉长岩
300

80

1.4

12
⑫强风化辉长岩
500

140
1800
1.4
2.0
⑫1强风化辉长岩
600

160
2200
1.4
2.0

3桩身完整性检测
声波透射法测试原理
声波透射法检测仪器设备及现场联接以下图所表示。

声波透射法试验示意图
超声波透射法检测桩身结构完整性基础原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度接收系统统计该脉冲波在砼内传输过程中表现波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺点面形成波阻抗界面，波抵达该界面时，产生波透射和反射，使接收到透射能量显著降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺点时，将产生波散射和绕射；依据波初至抵达时间和波能量衰减特征、频率改变及波形畸变程度等特征，能够取得测区范围内砼密实度参数。测试统计不一样侧面、不一样高度上超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼参考强度和内部存在缺点性质、大小及空间位置。
在基桩施工前，依据桩直径大小预埋一定数量声测管，作为换能器通道。测试时每两根声测管为一组，经过水耦合，超声脉冲信号从一根声测管中换能器发射出去，在另一根声测管中声测管接收信号，超声仪测定相关参数并采集统计储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍布各个截面。
说明：桩身完整性判定见《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-中表10.5.11。
4单桩竖向抗压静载试验（自平衡法）
4.1自平衡试验介绍
自平衡法由1960年代以色列Afar Vasela 企业开创并于1979年申请了专利称为通莫静载法(T-pile ®)。
其检测原理是将一个特制加载装置—通莫荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内对应位置（具体位置依据试验不一样目标而定），将加载箱加压管和所需其它测试装置（位移、应变等）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力，并传输到桩身。因为桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验数据：荷载箱以上部分，我们取得反向加载时上部分桩体对应反应系列参数；荷载箱以下部分，我们取得正向加载时下部分桩体对应反应参数．经过对加载力和这些参数（位移、应变等）之间关系计算和分析，我们不仅能够取得桩基承载力，而且能够取得每层土层侧阻系数、桩侧阻、桩端承力等一系列数据。这种方法能够用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力检验。 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使用。1990年代后期，经过美国和中国学术交流，这种方法也被引入了中国，其原理被中国业界称为自平衡法。 1999年6月制订了江苏省地方标准，建设部和科技部关键推广技术。现在该法应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中。中国试验单桩最大承载力高达0吨，最在桩径2.8m，最大桩长125 m。
4.2自平衡测试法优点
传统桩基荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。两种方法全部是采取油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶反力，前者经过反力架上堆重和之平衡，后者经过反力架将反力传给锚桩，和锚桩抗拔力平衡。其存在关键问题是：前者必需处理几百吨甚至上千吨荷载起源、堆入及运输问题，后者必需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限制（堆载法现在中国试桩最大极限承载力仅达3000吨，锚桩法试桩最大极限承载力也不超出4000吨），以致很多大吨位桩和特殊场地桩（如山地、桥桩）承载力往往得不一正确数据，基桩潜力得不到合剪发挥，这是桩基础领域面临一大难题。
自平衡测桩法和传统测桩法相比含有以下几方面优点：
桩基自平衡检测法含有以下优点：
1.试验装置简便
和传统锚桩法或堆载法相比，其试验装置比较简单，不需要数量巨大堆载物，更不需要构筑粗笨反力架，试桩准备工作省时、省力、安全、环境保护、占用场地少，这是传统桩基承载力试验方法最大区分，也是其最显著优点。
2.试验投资较低
依据相关工程统计资料表明，桩基自平衡测试方法和传统桩基承载力试验方法相比，尽管荷载箱为一次性投入器件，但其它能够节省大量试验费用，通常可降低30%~50%。具体百分比可依据桩和地质条件而定，工程实践证实，吨位越大桩试验节省投资越显著。
3.试验桩可利用
桩基自平衡测试完成后，试验桩能够无须废除，仍可作为工程桩使用，必需时可利用压浆管对试桩底进行压力灌浆处理。这么，能够做到测试桩和工程桩实现有机地结合，从而也能够降低整个桩基工程投资。
4.应用范围广泛
桩基自平衡测试方法，不仅可用于一般施工场地土基试桩，而且在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩、大吨位桩等情况下，更能够显示出这种测试方法优越性
5.缩短测试时间
采取桩基自平衡测试方法，因为试桩成桩工艺和质量控制标准和工程桩一致，无须要其它施工机械和质量控制，所以，不仅易于掌握试桩操作工艺，而且还能够大大缩短整个测试时间，从而可加紧桩基工程施工速度。
6.方便反复试验
在试桩自平衡测试过程中，假如采取双荷载箱或多荷载箱技术，能够在不一样桩端深度和同一桩端深度不一样时间，在同一根桩上方便地进行反复试验，也能够测试桩体压浆前后试桩不一样效果。
7.测试结果可靠
桩基自平衡测试方法，利用桩侧向阻力和端部阻力互为反力，能够测得侧向阻力和端部阻力和各自荷载–位移曲线。试验荷载能够保留所需要任意长时间段，能够实测桩侧和桩端阻力蠕变行为数据。所以，这种测试方法所测得结果比较可靠。
4.3 检测原理
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。
自平衡测桩法关键装置是一个经尤其设计可用于加载荷载箱。它关键由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖外径略小于桩外径，在顶、底盖上部署位移棒。将荷载箱和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，在地面上经过油泵加压，伴随压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促进桩侧阻力及桩端阻力发挥，见下图。因为加载装置简单，多根桩可同时进行测试。

自平衡试验示意图
4.4平衡点计算
计算依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-）表5.3.9及表5.4.6-2（抗拔桩承载力验算）、《基桩静载试验 自平衡法》（JT /T738-）。荷载箱上部按抗拔桩计算，下部按抗压桩试桩进行计算，抗拔系数、后注浆增强系数参见设计图纸。
4.5试验装置
1.加载系统
包含加载油泵、荷载箱和加压油管。此次试验采取荷载箱为特制专业荷载箱。

荷载箱大样
（1）荷载箱安装埋设
为确保桩基质量和试桩成功，埋设荷载箱时，将有以下安全方法：
a)为确保桩体因加载产生应力集中而破坏，荷载箱周围钢筋笼箍筋合适加密。
b)荷载箱和上下钢筋笼连接强度合适，以方便试验时打开荷载箱。
c)荷载箱和上下钢筋笼连接处，焊接锥形导向筋，以方便导管由荷载箱中心孔穿入。
（2）荷载箱安装位置:
利用地质汇报资料，计算荷载箱位置，预先将荷载箱安装在钢筋笼对应位置。当放置在桩身中部时，荷载箱中间留有通孔，便于混凝土导管连续浇灌混凝土。
2.数据采集系统
项目标数据采集，采取自动载荷仪统计方法。统计内容包含： 油压， 荷载箱上部位移， 荷载箱下部位移等。
3.数据传感装置
（1）位移传感器：传统位移棒作为位移测量装置，安装要求高， 安装效率低， 尤其是不适应长桩检测。此次项目采取位移丝外套护管方法，以简化安装过程并提升检测精度。检测点截面引出若干组位移丝（通常4组），到桩顶后，将这些位移丝进行固定，并读取这些位移平均值。位移值由位移传感器（或百分表）进行测量， 其读数正确到0.01mm。
（2）位移丝将穿在钢管中引至地面。
（3）优异位移传感器固定结构设计和安装，在原理上确保了位移测量值只受桩体位移和基准梁运动影响。

测试示意图
4.6 试验桩施工要求
检测桩除严格满足对应基桩检测技术规范及设计图纸要求外，因为自平衡测桩法需要，自平衡检测桩施工时应注意以下几点：
1.绑扎和焊接钢筋笼，由施工单位负责、检测单位现场指导，并确保位移管（声测管）机械套丝管箍连接，确保护管不渗泥浆，和钢筋笼绑扎成整体。
2. 荷载箱应立放在场地上，钢筋笼全部主筋和荷载箱外缘围焊，并确保钢筋笼和荷载箱起吊时不会脱离，确保钢筋笼和荷载箱在同一水平线上，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端和主筋，下端和内圆边缘点焊后满焊，确保荷载箱水平度小于5‰。
3.工程桩混凝土标高以图纸为依据，导管经过荷载箱抵达桩端浇捣混凝土，当混凝土靠近荷载箱时，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。
4. 埋完荷载箱，保护加压油管及位移线。
5. 灌注混凝土时，要求制作一定量混凝土试块，待测试时作混凝土强度试验。
6. 检测期间应确保不间断供电（380V、220V两种电源），检测桩周围10米内不得有较大振动。
4.7 检测前期室内工作安排
1.理论分析计算
（1）由设计单位提供桩基设计承载力要求。
（2）检测单位依据地勘资料进行桩基极限承载力分析。
（3）检测单位按自平衡法检测桩理论进行计算，确定平衡点及试验荷载值。
2.仪器、设备测试元件标定
（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，以确保试验荷载正确性。
（2）测试仪器标定
全部设备（电子百分表、压力表、应变计）由法定计量标准站在试验室进行调试、标定。
4.8 检测桩前期现场工作
1. 检验荷载箱是否正常工作，仪器初调；
2. 部署平衡梁（基准梁）；
3. 测混凝土试块强度，由施工单位负责；
4. 搭设防风蓬架，尽可能降低外部环境（风、温度）影响，由施工单位负责。
4.9 现场检测工作
现场检测时，由业主组织协调各方关系，以确保测试顺利进行；
施工方帮助检测方完成检测辅助工作，负责基准桩打入及平衡梁准备工作；
检测方做好检测统计、查对加载吨位，桩身位移等数据。在整个检测过程中做好仪器设备防冲击、防振动和免受气候条件影响方法，并立即整理、计算出相关数据。
4.10检测程序
1.加、卸载分级
加载分级：每级加载值为预估极限承载力1/10。
卸载分级：卸载分5级进行。
2. 观察程序
（1）加载量测： 每级加载后在第1h内应在5、10、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，应观察桩顶回弹量，观察措施和加载相同。卸载到零后，最少在3h观察残余变形。测读时间间隔同加载。
（3）稳定标准：
每级加载每一小时向上、向下位移量均小于0.1mm，并连续出现2次（从加载后30min开始，按1.5h连续三次每30min位移量计算）。
每级荷载下位移达成稳定标按时，再施加下一级荷载。
（4）抗压终止加载条件：
1）位移量大于或等于40mm，本级荷载位移量大于或等于前一级荷载位移量5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级荷载为极限荷载。
2）总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h未达稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级荷载为极限荷载。
3）总位移量小于40mm，但荷载已达成压力箱极限或位移达成荷载箱行程，加载即可终止，取此最大加载值荷载为极限荷载。
4）对于缓变型Q-s曲线可依据沉降量确定，宜取40mm对应荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对于直径大于或等于800mm桩，可取0.05D（D为桩端直径）对应荷载值。
4.11 试验数据分析、整理
单桩竖向抗压极限承载力判定标准
依据《基桩自平衡法静载试验技术规程》（DGJ32/TJ 77-），工程桩竖向抗压极限承载力为：
Qu=+Q
式中，Qu——单桩竖向抗压极限承载力；
Qus——荷载箱上部桩极限加载值；
Qux——荷载箱下部桩极限加载值；
W ——荷载箱上部桩有效自重；
g ——荷载箱上部桩侧阻力修正系数。
5 所需配合事项
自平衡方法测试：我中心负责提供测试设备及相关设备安装时现场人员技术指导，试验测试。其它荷载箱（测力元件）焊接、吊装、位移丝穿引、油管（位移丝）保护、桩头处理等工作均由施工方完成。因设备安装时要求较高，需施工各方主动配合，以确保试验正常进行。试验完成后，需施工单位对工程桩桩底荷载箱进行高压注浆处理，以确保桩基安全，浆液以425高标号水泥，水灰比0.5。
6工期及检测资料
试验进度安排以下（不含抗拔桩检测），具体见下表：
1.自平衡试验于注浆完成后15d进行自平衡试验。每组试验时间约需要1天。
2.检测工作全部完成后，10个工作日内提供最终汇报。
7安全方法
1.参与检测相关人员必需按相关安全生产规程及现场工作安全方法进行工作。
2.进入试验场地戴好安全帽。
3.设备吊装时，应做好安全防护方法，和工作无关人员应远离现场。
4.确保用电安全，接电应由专业电工完成，用电设备由其检验合格后方可使用。
5.试验人员还应遵守现场施工安全要求及工地具体安全细则