试桩分类与方法.doc

关于温州市域铁路试桩的粗浅探讨
关于温州市域铁路试桩的粗浅探讨
一、 编制依据
1、《建筑桩基技术规范》JGJ94－2008。
2、《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003。
3、《超长钻孔灌注桩施上及承载试验研究》周政。
4、《深厚软基超长大直径钻孔灌注桩承载性状试验研究》魏栋梁。
5、《桥梁基桩竖向承载力检测技术发展现状及展望》周明星，程宝辉。
二、试桩的分类
试桩分三种，设计试桩、施工前试桩和施工结束后试桩。
设计试桩：根据地质报告及当地经验，选定桩型及单桩竖向承载力特征值。目的一是进一步确定所选桩型的施工可行性，避免桩机全面进场后发现该桩型不适合本场地施工或发现桩承载力远小于地质报告提供的计算值，此时再改桩型就会拖工期且增加费用。二是根据单桩竖向静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值。由于地质报告提供的数值往往偏于保守，所以可以根据静载报告提高桩承载力，减少桩数。 　　
施工前试桩：根据工程实际情况，决定是否做施工前试桩。施工前试桩可以保留为工程桩。
施工结束后试桩：根据地质报告及当地经验，选定桩型及单桩竖向承载力特征值，全面施工后随机抽取一定桩数进行动测及静载荷试验，验证桩身质量即单桩竖向承载力特征值满足设计要求，不满足时要采取补强措施。 一般在经验不足或重要工程要先设计试桩。所有工程在桩基施工完毕后都要进行施工试桩，根据试桩报告进行质量评定及验收。
三、试桩目的
试桩是为了大范围的桩基作业提供第一手的首次施工参数资料，包括有效桩长、入岩深度、沉渣、灌入度、桩焊接、承载力等。
1、选择工程桩的桩型、桩长和桩端持力层进行试打桩时，应符合下列规定：
⑴试打桩位置的工程地质条件应具有代表性。
⑵试打桩过程中，应按桩端进入的土层逐一进行测试；当持力层较厚时，应在同一土层中进行多次测试。
2、 桩端持力层应根据试打桩结果的承载力与贯入度关系，结合场地岩土工程勘察报告综合判定。
3、采用试打桩判定桩的承载力时，应符合下列规定：
判定的承载力值应小于或等于试打桩时测得的桩侧和桩端静土阻力值之和与桩在地基土中的时间效应系数的乘积，并应进行复打校核。
四、桩基检测的相关规定
1、检测方法和内容
⑴工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。
⑵基桩检测方法应根据检测目的按表1选择。
表1检测方法及检测目的
检测方法

检测目的

单桩坚向抗压静载试验

确定单桩坚向抗压极限承载力
判定坚向抗压承载力是否满足设计要求
通过桩身内力及变形测试、测定桩侧、桩端阻力
验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果
单桩坚向抗拔静载试验
确定单桩坚向抗拔极限承载力
判定坚向抗拔承载力是否满足设计要求
通过桩身内力及变形测试，测定桩的抗拔摩阻力
单桩水平静载试验
确定单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力参数
判定水平承载力是否满足设计要求
通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩
钻芯法
检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判断或鉴别桩端岩土性状、判定桩身完整性类别
低应变法
检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别
高应变法

判定单桩坚向抗压承载力是否满足设计要求;
检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别
分析桩侧和桩端土阻力
声波透射法

检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别

⑶桩身完整性检测宜采用两种或多种合适的检测方法进
⑷基桩检测除应在施工前和施工后进行外，尚应采取符合本规范规定的检测方法或专业验收规范规定的其他检测方法，进行桩基施工过程中的检测，加强施工过程质量控制。
2、检测工作程序
检测工作的程序，应按下图进行:
⑵调查、资料收集阶段宜包括下列内容:
①收集被检测工程的岩土工程勘察资料、桩基设计图纸、施工记录;了解施工工艺和施工中出现的异常情况。
②进一步明确委托方的具体要求。
③检测项目现场实施的可行性。
⑶应根据调查结果和确定的检测目的，选择检测方法，制定检测方案。检测方案宜包含以下内容:工程概况，检测方法及其依据的标准，抽样方案，所需的机械或人工配合，试验周期。
⑷检测前应对仪器设备检查调试。
⑸检测用计量器具必须在计量检定周期的有效期内。
⑹检测开始时间应符合下列规定:
①当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%,不小于15MPa。
②当采用钻芯法检测时，受检桩的混凝土龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度。
③承载力检测前的休止时间除应达到本条第2款规定的混凝土强度外，当无成熟的地区经验时， 尚不应少于表2规定的时间。
表2休止时间
土的类型
休止时间
砂土
7
粉土
10
粘性土
非饱和
15
饱和
25
注:对于泥浆护壁灌注桩，宜适当延长体止时间。
⑺施工后，宜先进行工程桩的桩身完成性检测，后进行承载力检测。当基础埋深较大时，桩身完整性检测应在基坑开挖至基底标高后进行。
⑻现场检测期间，除应执行本规范的有关规定外，还应遵守国家有关安全生产的规定。当现场操作环境不符合仪器设备使用要求时，应采取有效的防护措施。
⑼当发现检测数据异常时，应查找原因，重新检测。
五、设计要求的检测数量及检测形式
所有桩基础均应进行检测，其中：对简支梁桥墩、桥台，当桩长≤40m且桩径小于2.0m时采用低应变法进行检测，如对低应变法检测结果有疑义，可采用钻芯法检测；当桩长>40m或桩径大于等于2.0m时应采用超声波进行检测；连续梁桥墩桩基均采用超声波进行检测。当需采用超声波进行检测时，其桩基施工应预埋超声波检测管，超声波检测管可采用无缝钢管或专用超声波检测管，检测管内径50mm,壁厚3mm。桩径Φ2.0m及以下的桩预埋3根检测管，桩径Φ2.0m以上的桩预埋4根检测管。检测管沿桩身箍筋内侧等间距布设，并焊于加强骨架箍筋上, 检测管下端距桩底5cm。超声波检测完成后，检测管内应采取与桩身混凝土同强度等级的水泥砂浆注浆进行填充。
1、低应变法
⑴适用范围
①本方法适用十检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。
②本方法的有效检测桩长范围应通过现场试验确定。
⑵仪器设备
①检测仪器的主要技术性能指标应符合现行行业标准《基桩动测仪》JG/T 3055的有关规定，目_应具有信号显示、储存和处理分析功能。
②瞬态激振设备应包括能激发宽脉冲和窄脉冲器;稳态激振设备应包括激振力可调·扫频范围井和锤垫;力锤可装有力传感10-2000Hz的电磁式稳态激振器。
⑶现场检测
①受检桩应符合下列规定:
a桩身强度应符合本规范的规定。
b桩头的材质、强度、截面尺寸、应与桩身基本等同。
c桩顶面应平整、密实，并与轴线基本垂直。
②测试参数设定应符合下列规定：
a时域信号记录的时间长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms;幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。
b设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。
c桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。
d采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择;时域信号采样点数不宜少于1024点。
e传感器的设定值应按计量检定结果设定。
③测量传感器安装和激振操作应符合下列规定:
a传感器安装应与桩顶面垂直;用祸合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。
b实心桩的激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置肩{为距桩中心2/3半径处;空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的火角肩{为900，激振点和测量传感器安装位置肩{为桩壁厚的1/2处。
c激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。
d激振方向应沿桩轴线方向。
e瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，自{用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。
f稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小。
④信号采集和筛选应符合下列规定:
a根据桩径大小，桩心对称布置2-4个检测点;检测点记录的有效信号数不宜少于3个。
b检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。
c不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。
d信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。
2、钻芯法
⑴ 适用范围
①本方法适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土性状。
⑵设 备
①钻取芯样宜采用液压操纵的钻机。钻机设备参数应符合以下规定：
a 额定最高转速不低于790r/min。
b 转速调节范围不少于4 档。
c额定配用压力不低于1.5MPa。
② 钻机应配备单动双管钻具以及相应的孔口管、扩孔器、卡簧、扶正稳定器和可捞取松软渣样的钻具。钻杆应顺直，直径宜为50mm 。
③钻头应根据混凝土设计强度等级选用合适粒度、浓度、胎体硬度的金刚石钻头，且外径不宜小于100 mm 。钻头胎体不得有肉眼可见的裂纹、缺边、少角、倾斜及喇叭口变形。
④水泵的排水量应为50～160L/min，泵压应为1.0～2.0MPa 。
⑤锯切芯样试件用的锯切机应具有冷却系统和牢固夹紧芯样的装置，配套使用的金刚石圆锯片应有足够刚度。
⑥芯样试件端面的补平器和磨平机应满足芯样制作的要求。
⑶现场操作
①每根受检桩的钻芯孔数和钻孔位置宜符合下列规定：
a 桩径小于1.2m 的桩钻1 孔，桩径为1.2～1.6m 的桩钻2 孔，桩径大于1.6m 的桩钻3孔。
b 当钻芯孔为一个时，宜在距桩中心10～15cm 的位置开孔；当钻芯孔为两个或两个以上时，开孔位置宜在距桩中心0.15～0.25D 内均匀对称布置。
c 对桩端持力层的钻探，每根受检桩不应少于一孔，且钻探深度应满足设计要求。
②钻机设备安装必须周正、稳固、底座水平。钻机立轴中心、天轮中心（天车前沿切点）与孔口中心必须在同一铅垂线上。应确保钻机在钻芯过程中不发生倾斜、移位，钻芯孔垂直度偏差不大于0.5%。
③当 桩顶面与钻机底座的距离较大时，应安装孔口管，孔口管应垂直且牢固。
④ 钻进过程中，钻孔内循环水流不得中断，应根据回水含砂量及颜色调整钻进速度。
⑤提钻卸取芯样时，应拧卸钻头和扩孔器，严禁敲打卸芯。
⑥每回次进尺宜控制在1.5m 内；钻至桩底时，宜采取适宜的钻芯方法和工艺钻取沉渣并测定沉渣厚度，并采用适宜的方法对桩端持力层岩土性状进行鉴别。
⑦钻取的芯样应由上而下按回次顺序放进芯样箱中，芯样侧面上应清晰标明回次数、块号、本回次总块数，并应按本规范附录D 附表D.0.1-1 的格式及时记录钻进情况和钻进异常情况，对芯样质量进行初步描述。
⑧钻芯过程中，应按本规范附录D 附表D.0.1-2 的格式对芯样混凝土，桩底沉渣以及桩端持力层详细编录。
⑨钻芯结束后，应对芯样和标有工程名称、桩号、钻芯孔号、芯样试件采取位置、桩长、孔深、检测单位名称的标示牌的全貌进行拍照。
⑩ 当单桩质量评价满足设计要求时，应采用0.5～1.0MPa 压力，从钻芯孔孔底往上用水泥浆回灌封闭；否则应封存钻芯孔，留待处理。
⑷芯样试件截取与加工
① 截取混凝土抗压芯样试件应符合下列规定：
a当桩长为10～30m 时，每孔截取3 组芯样；当桩长小于10m 时，可取2 组，当桩长大于30m 时，不少于4 组。
b 上部芯样位置距桩顶设计标高不宜大于1 倍桩径或1m，下部芯样位置距桩底不宜大于1 倍桩径或1m，中间芯样宜等间距截取。
c 缺陷位置能取样时，应截取一组芯样进行混凝土抗压试验。
d当同一基桩的钻芯孔数大于一个，其中一孔在某深度存在缺陷时，应在其他孔的该深度处截取芯样进行混凝土抗压试验。
②当桩端持力层为中，微风化岩层且岩芯可制作成试件时，应在接近桩底部位截取一组岩石芯样；遇分层岩性时宜在各层取样。
③每组芯样应制作三个芯样抗压试件。芯样试件应按本规范附录E 进行加工和测量。
⑸芯样试件抗压强度试验
①芯样试件制作完毕可立即进行抗压强度试验。
②混凝土芯样试件的抗压强度试验应按现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081 —2002 的有关规定执行。
③抗压强度试验后，当发现芯样试件平均直径小于2 倍试件内混凝土粗骨料最大粒径，且强度值异常时，该试件的强度值不得参与统计平均。
④桩底岩芯单轴抗压强度试验可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007 —2002 附录J 执行。
⑹检测数据的分析与判定
① 混凝土芯样试件抗压强度代表值应按一组三块试件强度值的平均值确定。同一受检桩同一深度部位有两组或两组以上混凝土芯样试件抗压强度代表值时，取其平均值为该桩该深度处混凝土芯样试件抗压强度代表值。
② 受检桩中不同深度位置的混凝土芯样试件抗压强度代表值中的最小值为该桩混凝土芯样试件抗压强度代表值。
③桩端持力层性状应根据芯样特征、岩石芯样单轴抗压强度试验、动力触探或标准贯入试验结果、综合判定桩端持力层岩土性状。
④桩身完整性类别应结合钻芯孔数、现场混凝土芯样特征、芯样单轴抗压强度试验结果，按本规范表3.5.1 的规定和表3的特征进行综合判定。
⑤成桩质量评价应按单桩进行。当出现下列情况之一时，应判定该受检桩不满足设计要求：
a 桩身完整性类别为Ⅳ类的桩。
b受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级的桩。
c 桩长、桩底沉渣厚度不满足设计或规范要求的桩。
d 桩端持力层岩土性状（强度）或厚度未达到设计或规范要求的桩。
表3桩身完整性判定
类别
特征
I
混凝土芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状、断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔
II
混凝土芯样连续、完整、胶结叫好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合
III
大部分混凝土芯样胶结较好，无松散、夹泥或分层现象，但有下列情况之一：芯样局部被破碎且破碎长度不大于10cm芯样骨料分布不均匀；芯样多呈短柱状或块状；芯样侧面蜂窝麻面、沟槽连续
IV
钻进很困难；芯样任意断送三、夹泥或分层；芯样局部破碎且破碎长度大于10cm

⑥ 钻芯孔偏出桩外时，仅对钻取芯样部分进行评价。
⑦检测报告除应包括本规范第3.5.5 条内容外，还应包括：
a 钻芯设备情况；
b 检测桩数、钻孔数量，架空、混凝土芯进尺、岩芯迸尺、总进尺，混凝土试件组数、岩石试件组数、动力触探或标准贯入试验结果；
c 按 本规范附录D 附表D.0.1-3 的格式编制每孔的柱状图；
d 芯样单轴抗压强度试验结果；
e芯样彩色照片；
f 异常情况说明。
3、声波透射法
⑴适用范围
① 本方法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。
⑵仪器设备
①声波发射与接收换能器应符合下列要求：
a 圆柱状径向振动，沿径向无指向性；
b 外径小于声测管内径，有效工作面轴向长度不大于150mm；
c 谐振频率宜为30～50kHz；
d 水密性满足1MPa 水压不渗水。
② 声波检测仪应符合下列要求：
a 具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析功能。
b 声时测量分辨力优于或等于0.5 μs，声波幅值测量相对误差小于5%，系统频带宽度为1～200kHz，系统最大动态范围不小于100dB 。
c 声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为200～1000V 。
⑶现场检测
①声测管埋设应按本规范附录H 的规定执行。
②现场检测前准备工作应符合下列规定：
a 采用标定法确定仪器系统延迟时间。
b 算声测管及耦合水层声时修正值。
c 在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。
d 将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在全程范围内升降顺畅。
③现场检测步骤应符合下列规定：
a 将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处。
b 发射与接收声波换能器应以相同标高（图10.3.3a）或保持固定高差（图10.3.3b)
同步升降，测点间距不宜大于250mm 。

c 实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲线及主频值。
d 将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。
e 在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测（图10.3.3b）、扇形扫测（图10.3.3c）进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。
f 在同一根桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。
⑷检测数据的分析与判定
1 桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值。PSD 判据、混凝土声速低限值以及桩身质量可疑点加密测试（包括斜测或扇形扫测）后确定的缺陷范围，按本规范表3.5.1 的规定和表10.4.7 的特征进行综合判定。
2 检测报告除应包括规范第3.5.5 条内容外，还应包括：
a 声测管布置图；
b 受检桩每个检测剖面声速-深度曲线、波幅-深度曲线，并将相应判据临界值所对应的标志线绘制于同一个座标系；

表4 桩身完整性判定
类别
特征
I
各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常

II
某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常

III
某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；
两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常；
局部混凝土声速出现低于低限值异常

IV
某个检测剖面连续多个测点的升序参数出现明显异常；两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的升序参数出现明显异常；桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变

c 当采用主频值或PSD 值进行辅助分析判定时，绘制主频-深度曲线或PSD 曲线；
d 缺 陷分布图示。
六、深厚软基超长桩承载基本特征
目前，随着科学技术的迅猛发展，大跨度的桥梁工程越来越多，超长大直径钻孔灌注桩使用得越来越广泛，但由于工程地质条件的不同，成桩工艺的差异，各地区的大直径超长钻孔灌注桩的承载性状也有所不同。从大量工程试验的成果中可知，超长大直径钻孔灌注桩均具有一些最为基本的特征:
研究发现，增加桩长可以增大桩的承载力，但随着桩长的增加桩身的弹性压缩变形也会增大，造成桩顶沉降量增大;增大桩径能够明显改善桩的沉降量，比通过增加桩长来减少沉降的效果更为显著，并且能较大幅度地提高桩基的承载能力。由于大多数工程桩的试验均为非破坏性的试验，故桩的极限荷载主要由桩顶沉降量来控制。
1、 使用荷载下，桩主要为摩擦桩，桩端分担荷载很小或者不承受荷载。
2、 单桩的荷载传递规律和变形规律的主要影响因素。
桩端部的土与桩周边的土之刚度比;桩和土的刚度之比;桩的长径比。其中影
响承载力较大的是桩土刚度比和桩的长径比。当桩长超过某一个值时，桩端部的
土与桩周边的土之刚度比对其承载力的影响甚微。超长大直径桩的沉降变形与施加荷载在桩顶沉降量没超过规范规定值之前一般是缓变关系，原因就是没超过规范规定值之前，桩基承载力主要是桩侧摩阻力承担，除了桩周土体极差的端承桩情况，设计时宜降低桩端阻力贡献量。
3、桩摩阻力的分布特征
对于超长大直径钻孔灌注桩，长径比越大，桩身弹性压缩量越大，从而桩身上部桩与土的相对位移较大，桩身下部相对位移较小，造成上部土层的摩阻力更易于发挥，而桩身下部土体的摩擦阻力还远未达到极限值。整个桩身的侧摩阻力沿桩身近似呈R形分布。超长大直径钻孔灌注桩的侧摩阻力的表现跟短桩完全不同，工作荷载条件下，长桩桩身弹性变形大，上部桩身和土层的相对位移比下部桩身与十层的相对位移大很多，卜部侧摩阻力能很快达到峰值，下部侧摩阻力的发挥越往下越难，短桩就不会有上述特性。超长大直径桩侧摩阻力的实验测试值一般比经验公式计算值大，超越的幅度主要跟土层深度和土层的力学特性有关，土层力学性能越好，埋深越深，提高的幅度就越明显，主要原因有以下几点，经验公式是基于老的桩基技术对土层埋深进行修正的，对超长大直径桩考虑的不够;超长桩埋置于多种土层，尤其在软基地层中，桩身截面往往很容易发生变化，这对侧摩阻力的发挥极有好处。

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