广东肇花高速北江特大桥桥梁桩基自平衡法静载试验方案(35-4 、36-3 ).doc
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1、广东肇花高速北江特大桥桥梁桩基自平衡法静载试验方案(35-4#、36-3#) 肇花高速公路北江特大桥试桩承载力测试 自平衡法试验方案 武汉桥科院工程试验检测有限公司 2011年12月 目 录 1 工程概况 . 1 1.1试桩位置选择及工程地质条件 . 1 2 试验目的及参考依据 . 3 2.1试验目的 . 3 2.2试验参考依据 . 3 3 自平衡试验方法 . 4 3.1测试原理 . 4 3.2测试系统 . 4 3.3 现场检测 . 5 3.4 施工配合及测试时的注意事项 . 6 3.5 荷载箱及测试元件的埋设位置及加载程序 . 8 4 自平衡测试分析方法 . 10 4.1承载力的确定 . 1
2、0 4.2简化转换方法 . 10 4.3精确转换方法 . 11 4.4极限承载力的确定 . 14 5 试验成果 . 15 5.1试验提交的成果 . 15 6 质量目标、环境及安全保证措施 . 15 6.1质量目标及保证措施 . 15 6.2安全目标及控制措施 . 15 6.3 环境因素可能引起的环境问题及控制措施 . 16 7 工程进度 . 17 8 压浆措施 . 17 8.1压浆措施 . 17 附件: . 18 附图1 钢筋笼、导向钢筋与荷载箱连接示意图 . 18 附图2 试桩荷载箱及测试元件埋设位置示意图 . 19 附图3 防风防雨篷及基准桩设置 . 21 I 1 工程概况 广东省肇花高速
3、公路西起肇庆四会市,途径佛山市三水区芦苞镇、大塘镇,广州花都区赤泥镇、狮岭镇,止于广州市花都区花山镇,采用双向六车道高速公路标准,设计速度每小时120公里。 1.1试桩位置选择及工程地质条件 根据目前的施工进度和补勘资料显示的地质情况,拟定在35-4#桩和36-3#桩进行试桩试验,2根试桩均按端承桩设计。35-4#桩桩位对应的钻孔编号为BJ35-4,36-6#桩桩位对应的钻孔编号为BJ36-3,2根试桩桩位处地质钻孔参数如下表1.1、表1.2所示。 表1.1 试桩(35-4#)桩位处钻孔地质参数表 1 表1.2 试桩(36-3#)桩位处钻孔地质参数表 2 2 试验目的及参考依据 2.1试验目的
4、 为了保证结构的安全可靠、施工的顺利进行,主要对桩基在各类土层中桩侧摩阻力、桩端承载力、桩基竖向位移、单桩极限承载力和成桩工艺等进行试验和验证,其主要目的为: 1) 2根试桩设计承载力为8500kN,验证基桩的承载力; 2) 实测桩侧土分层摩阻力和桩端阻力,侧阻及端阻的分担情况; 3) 实测桩身轴力、摩阻力分布; 4) 确定桩基沉降及桩身弹塑性变形; 2.2试验参考依据 1)公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007); 2)广东省建筑地基基础设计规范(DBJ-15-31-2003) 3)基桩静载试验 自平衡法(JT/T 738-2009); 4) 肇花高速公路北江特大桥35-4#、
5、36-3#钻孔地质资料; 5)公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000); 3 3 自平衡试验方法 3.1测试原理 自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原则,在桩端附近或桩身某截面处预先埋设单层(或多层)荷载箱,加载时荷载箱以下将产生端阻和向上的侧阻以抵抗向下的位移,同时荷载箱以上将产生向下的侧阻以抵抗向上的位移,上下桩段的反力大小相等、方向相反,从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。试验时,在地面上通过油泵加压,随着压力的增加,荷载箱伸长,上下桩段产生弹(塑)性变形,从而促使桩侧和桩端阻力逐步发挥。荷载箱施加的压力可通过预先标定的油泵压力表测得,荷载箱顶底板的位移可通过预先设置的位移棒(或
6、位移丝),在桩顶(或工作平台)附近用位移传感器测得。由此可测得上下桩段两条QS曲线及相应的Slgt曲线,采用合理的测试数据等效转换方 自平衡试桩法的主要装置是特别设计的液压千斤顶式的荷载箱,根据试验桩径和试验荷载的大小,荷载内设置一个或多个千斤顶并联而成,为使荷载箱两端的桩身受力均匀、便于和钢筋笼焊接,在千斤顶上、下分别用适当厚度的钢板连接。它按不同的桩型、截面尺寸和荷载大小设计制作。为保证垂直受力,荷载箱平放于试桩中心,荷载箱的轴线应尽量与桩身轴线保持一致;荷载箱位 4 移方向与桩身轴线夹角5o,荷载箱最大双向加载能力可取按地质报告计算的单桩极限承载力的1.21.5倍。 3.2.2数据采集系
7、统 为了满足试验的要求和数据的精度,本次试验拟使用RS-JYC桩基静荷载测试分析系统。该系统可自动采集自动读数、自动记录,且采集精度高,能够满足自平衡加载测试的要求。 基准梁 图 3.2 自平衡测试系统示意图 3.2.3 荷载与位移的量测装置 采用连于荷载箱输压管的压力表测定油压,根据荷载箱标定曲线换算荷载。位移测试采用位移传感器测量,在桩顶设置测点测量桩顶位移;并通过伸出桩顶的位移棒测量荷载箱顶底板的向上和向下位移。 固定和支承位移传感器的基准梁采用一端固定一端竖向约束的方式,且与试桩保持一定的距离,以保证不受气温、振动及其他外界因素影响其竖向变位。基准梁必须具有相当的刚度(刚度不小于I40
8、a工字钢),并应避免日照和雨淋。试桩与基准桩之间的中心距离按下述原则确定:试桩与基准桩的中心距离应3D(D为试桩桩径)或不小于4m;基准桩应具有充分的稳定性。 3.3 现场检测 3.3.1试验加卸载 3.3.1.1 加载应分级进行,每级加载量为预估最大加载量的1/101/15。当桩 5 端为巨粒土、粗粒土或竖硬粘质土时,第一级可取分级荷载的2倍。 3.3.1.2 卸载也是分级进行。每级卸载量为23个加载级的荷载值。 3.3.1.3 加卸载应均匀、连续,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的10%。 3.3.2位移观测和稳定标准 3.3.2.1 位移观测 试验采用慢速维持荷载法,每级荷
9、载加(卸)载后第1h内应在第5、10、15、30、45、60min测读位移,以后每隔30min测读一次,达到相对稳定后方可进行下一级荷载。卸载至零后应至少观测2h,测读时间间隔同加载。 3.3.2.2 相对稳定标准 每级加(卸)载的向上、向下位移量,在下列时间内均不大于0.1mm: 1)桩端为巨粒土、粗粒土或坚硬粘质土,最后30min; 2)桩端为半坚硬粘质土或细粒土,最后1h; 3.3.3 终止加载条件 当出现下列情况之一时,即可终止加载: 1) 荷载箱加载到预定最大加载量时; 2) 荷载箱向上或向下位移达到30mm; 3.3.4 现场试验检测前需要施工单位向试桩试验单位提供的资料 1) 试
10、桩施工钻孔记录; 2) 超声波孔形检测报告; 3) 桩身混凝土浇筑记录; 4) 桩身混凝土试块强度报告或桩身混凝土弹性模量试验报告; 5) 桩身完整性检测报告; 6) 试桩施工过程描述(电子版,包括但不限于以下方面,如开孔时间、终孔时间,钻孔施工过程和混凝土浇筑过程中的异常现象及处理措施,泥浆、沉渣厚度测试指标等); 3.4 施工配合及测试时的注意事项 3.4.1 钢筋笼与荷载箱的连接 1) 钢筋笼按设计图纸进行制作,并在荷载箱埋设位置处分段;荷载箱上、下4米范围内的箍筋间距加密为10cm,根据实际情况,试验若有需要现场可以 6 对钢筋笼主筋进行局部调整; 2) 荷载箱与钢筋笼焊接时,必须保证
11、钢筋笼与荷载箱基本在同一轴线上,焊点保证质量,确保在钢筋笼与荷载箱起吊时不脱离,焊接方法如附图1所示。 3) 为保证导管顺利穿过荷载箱,在荷载箱上下连接导向钢筋,采用圆钢作为导向筋,圆钢直径20mm,所需总延米数量根据现场实际情况确定,由施工单位现场提供。焊接时上端与主筋焊牢,下端与荷载箱导管孔边缘齐平焊牢,连接应平顺不阻碍导管的自由进出,焊接方法见附图1。 4) 该部分所有的现场安装工作,都须在测试技术人员的指导下完成。 3.4.2 位移外护管、声测管及测试元件的安装 1) 位移棒外护管的接长连接用套管接头或套丝接头。当采用套管接头时,所使用套管的内径与位移护管的外径要匹配,避免位移护管在接
12、头处产生错台现象,影响后期测试时位移棒的下放;若采用套丝接头,丝扣要有一定的长度,连接牢固。接长的位移护管要与钢筋笼焊接(或捆绑牢固),且管壁及接头无孔洞,确保管路不渗入泥浆。位移外护管一端与荷载箱的顶底板焊牢,且不渗灰浆,位移外护管的另一端应高出地面(或工作平面)400mm,位移外护管顶部用100mm100mm厚5mm的铁板封焊,位移外护管的布置见附图2。 2) 声测管按设计要求设置,在通过荷载箱位置时,要按照测试技术人员的指导进行处理。 (3)附图2给出了测试元件埋设位置示意图,实际施工过程中,根据地质钻探所揭示的桩周岩土层情况,在测试技术人员的指导下安装桩身受力测试元件。 3.4.3 施
13、工配合及注意事项 1) 钻孔到位,第一次清孔符合要求后下放钢筋笼前,要先进行超声波孔形检测。 2) 在现场测试技术人员的指导下,完成了钢筋笼与荷载箱的连接后,做好其他准备事项后,就可以进行下放钢筋笼的工作。液压管路和测试元件安装好后,在钢筋笼的吊装、运输及下放过程中必须注意做好油管与导线的保护与固定,避免造成损坏。每下放完一节钢筋笼,在进行后续节段钢筋笼连接前要在管内注满清水。 3) 钢筋笼放入桩孔中后进行二次清孔。在导管的下放过程中,要尽量沿桩孔轴线位置,须注意避免导管下放过程损坏油管、元件导线,在到达荷载箱位置时,要小心并慢慢通过。 4) 桩身混凝土灌注时,导管经导向钢筋通过荷载箱到达桩端
14、附近灌注混凝土,当混凝土顶面接近荷载箱底板位置时,应放慢导管提升速度,当混凝土顶面 7 超出荷载箱顶板上部23m时,方可将导管拔过荷载箱,然后灌注混凝土至设计桩顶。为保证砼顺利通过荷载箱,桩孔填充密实,荷载箱下部灌注的砼坍落度宜控制在175-225 mm。 5) 在浇筑桩身混凝土时,需制作一定数量的试件,以便施工单位在检测单位进驻现场开始试验检测时进行混凝土强度或弹性模量试验。 6) 基准桩、基准梁的材料由施工单位提供,并按前述要求试验检测前在测试技术人员的指导下搭设完成。在成桩后、进行现场测试前的整个施工过程中做好管路与测试导线的保护。测试中发现异常情况,应立即停止加载,分析原因、解决问题,
15、然后方可继续加载。测试用电源和现场照明由现场提供,测试期间应保证不间断供电。 7) 由于测试环境的特殊性,为尽量减少试验测试时外部因素的影响,试验时试桩周围10米内不得有较大的振动。 8) 试验前应先进行桩身质量检测,在桩身质量及桩土休止期满足要求的前提下进行基桩自平衡测试。 9) 配合现场检测试验工作,协助测试单位吊运安置荷载箱及试验检测设备。 10) 在钢筋笼的下放过程中,由施工方派人配合、在测试技术人员指导下完成焊接或绑扎位移外护管、高压油管和测试元件导线。 11) 现场试验进行前由施工单位提供位移棒(管)及搭设防风防雨棚的材料和派人清理试验场地,并在测试人员指导下下放位移棒和搭设防风防
16、雨蓬,确保测试时不受外界环境的影响。具体要求参考附图3,防雨棚尺寸可根据桩径调整确定。 12) 其他有关施工配合及测试相关的未尽事项,根据现场需要按现场测试技术人员的要求实施。 注:基准梁可采用I40a工字钢等工地现有的材料。 3.5 荷载箱及测试元件的埋设位置及加载程序 3.5.1 荷载箱埋设位置 根据试桩要求和提供的试桩桩位附近补勘的地质钻孔资料,经计算确定荷载箱的埋设标高(根据详细地质资料确定)。荷载箱及元件埋设位置示意图见附图2。 3.5.2 荷载箱加载程序 试桩混凝土强度及休止期达到要求后,且桩身质量检测合格,即可进行测 8 试。试桩的设计承载力为8500kN,拟定试桩试验的最大加载
17、量为28500kN。 试桩荷载分10级进行施加,拟定的加卸载分级见表3.2;若有需要具体加卸载分级可以根据试验实际情况加以适当调整。 表3.2 试验加卸载分级表 9 4 自平衡测试分析方法 自平衡测试结果得到的是荷载箱的向上、向下位移曲线及桩身轴力分布等,而工程设计人员希望提供桩顶加载方式下的荷载-位移关系曲线,以便了解基桩的承载性能从而评估上部结构的受力状况。因此必须通过合理的方法,将自平衡实测的分段曲线等效为桩顶加载方式下的单一荷载-位移曲线。然后根据等效转换曲线按传统静载试验确定极限承载力的方法确定试桩极限承载力。 4.1承载力的确定 依据上下桩段的QS曲线,由合适的承载力确定方法分别求
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