郑西铁路函谷关特大桥检测方法
2015-05-21
1、 序言
我局管段ZQ2标主要位于失陷性黄土分布区，失陷性土层厚度在10～25米，部分地段失陷性黄土厚度大于25米。根据设计院施工图设计，11座特大、大桥桩基承载力均以桩周身摩擦力为主，并且根据失陷性黄土的特性，桩顶至失陷性黄土段还会产生负摩擦力，因此针对以上特性，拟准备对本标段内所有桥在开工前进行钻孔灌注桩的泥浆级配、水下混凝土级配、成孔、成桩等工艺进行验证检验。
根据施工图中已确定的试桩数量和位置，再结合现场的实际情况，对各桥位不同地段进行试验性施工工艺的验证，同时结合郑西公司工艺性试验的推进计划进行。
函谷关特大桥钢筋混凝土灌注桩砼标号为C30，第一根试桩为4号试桩，有效桩长为38m，桩径为1250㎜。按设计文件及有关规范确定的试验内容为：单桩竖向静载试验，加载最大值为10220KN；单桩水平静载试验。
2、检测内容、检测方法及检测工作量
2.1 检测内容
按国家现行有关规范及规定采用单桩竖向静载试验进行承载力试验，以确定单桩极限承载力。
2.2 检测方法
2.2.1 单桩竖向抗压静载试验；
2.2.2 单桩水平静载试验；
2.2.3 低应变值测定
2.3 检测工作量
2.3.1 单桩竖向抗压载荷试验1根桩；
2.3.2 单桩水平静载试验1根桩。
3、锚桩设计及试桩桩帽加固
3.1 锚桩设计依据
本次锚桩设计以函谷关特大桥4号试桩为依据。试桩桩径1250mm，有效桩长38m。主筋为φ20钢筋，预留筋长度1.00m；加劲筋φ16，螺旋筋φ10。试桩承载力设计值为5110kN。
3.2 锚桩设计
3.2.1锚拉钢筋规格及数量
试验荷载为10220KN，安全系数1.2，即设计总抗拔力为12264KN,每桩3066KN。试桩主筋为φ20钢筋，锚桩主筋采用φ25钢筋。
锚筋计算：3066KN/（12.5mm×12.5mm×π×335N/mm2）÷1000=18.6根，建议采用20根φ25。
加劲筋φ16@2000，螺旋筋φ10@200。
3.2.2锚桩长度
锚桩直径同试桩。
试验荷载10220kN，即4根锚桩需要的总抗拔力为10220kN。试验承载力设计值为5110kN，试桩总桩周侧面积为149.23m2，估算平均侧阻力34.24KPa。根据以往试验资料及桩基技术规范，桩的抗拔系数（即抗拔侧阻力与抗压侧阻力的比值）为0.5-0.8，本工程按0.6计算，需要的桩总侧面积为497.47m2，每桩124.37m2，即桩长为31.67m，另外考虑锚桩的总重量约3886kN左右，综合计算建议锚桩的长度为30m。在满足试验的前提下，为节约钢筋，上部20m为20φ25，下部10m为10φ25。
试验采用的设备为主梁长度10m，次梁长度7m，基准梁长度6.00m（为20号工字钢），最大加载能力15000kN。试桩与锚桩平面布置图、锚桩结构详图详见附图。
3.2.3试桩桩帽加固
由于试桩长度大，故桩顶砼浮浆厚度较大，根据以往经验，试桩桩帽加固需在凿除试桩浮浆后进行，加固高度1.00m（同预留筋长度），采用φ1250厚度10mm长度1.00m的钢护筒，搭接处需焊接牢固。在1.00m内设6道加劲筋（φ16@200），5层网片（φ16@200）。桩帽部分砼为C30。详见试桩桩帽加固图。
4、单桩水平静载试验
根据设计要求进行单桩水平静载试验。试验采用两根锚桩及反力梁（竖向试验用的次梁）提供反力，100T级千斤顶加载。加载方法由下列条件确定：当仅测定单桩的水平承载力并推定地基土抗力系数的比例系数时建议采用单向多循环加载法；当桩身埋设传感器时可测量水平荷载作用下的桩身应力并计算桩身弯矩时建议采用维持荷载法。设备安装详见水平静载试验装置图。
5、检测方法简介
5.1单桩竖向抗压静载试验
5.1.1反力装置
试验采用锚桩反力梁提供反力装置。详见 锚桩横梁反力装置安装图。
5.1.2试验现场
试验加载使用两台630T千斤顶逐级进行，试桩桩顶沉降由四个大行程百分表量测，锚桩上拔量各由一个百分表进行量测。
① 加荷方式采用慢速维持荷载法；
② 加荷采用分11级进行，前10级加载增量为1000kN，第11级加载220KN，终止荷载10220kN；
③ 测读沉降时间间隔：每级荷载加荷后隔5、10、15、15、15min各测读一次沉降值，以后每隔30min测读一次；
④ 沉降相对稳定标准：每小时沉降量不超过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)。
⑤ 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；
⑥ 卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。
试验终止条件：当出现下列情况之一并经工程负责人同意可终止加载:
a. 某级荷载下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；
b. 某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的两倍，且24小时内尚未达到相对稳定；
c. 施加的荷载已达到10220KN。
压力量测采用标准压力表,试验前由国家认可的质量技术监督局授权检定，试桩的沉降由4个百分表进行量测，试验前由国家认可的质量技术监督局授权检定。
单桩竖向抗压静载试验前，应对试桩桩帽进行加固。详见桩帽加固图。
5.1.3 试验结果
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。
② 对于陡降型Q～S曲线，取其发生明显陡降的超始点对应的荷载值为单桩竖向抗压极限承载力Qu。
③ 取S～lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载为Qu。
④ 在某级荷载下24小时尚未达到稳定标准时取前一级荷载为Qu。⑤ 对于缓变型Q～S曲线可根据沉降量确定Qu，即S＝40mm 。
⑥ 当竖向抗压承载力未达到极限时，应取最大试验荷载为Qu。
5.2 单桩水平静载试验
5.2.1 设备安装及现场试验
① 水平力作用点与实际工程桩的桩基承台底面标高一致,千斤顶与试桩接触处应进行补强。
② 在水平力作用平面的受检桩两侧对称安装两个百分表。在水平力作用平面以上50cm的受检桩两侧对称安装两个百分表，以测量桩顶转角。
③ 基准当设置在与作用力方向垂直且与位移方向相反的试桩侧面，基准点与试桩净距不小于1倍桩径（1.25m）。
④ 当采用慢速维持荷载法时，试验方法同竖向静载试验。
⑤ 当采用单向多循环加载法时，每级加载量为预估水平极限承载力或最大试验荷载的1/10，本工程按每级30KN计算。每级荷载施加后，恒载4min后测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环。如此循环5次，完成一级荷载的位移观测。
5.2.2 终止加载条件
当出现下列情况之一时，可终止加载：
① 桩身折断；
② 水平位移超过30-40mm（软土取40mm）；
③ 水平位移达到设计要求的水平位移允许值。
5.2.3试验结果
① 采用慢速维持荷载法时绘制：水平力-力作用点位移（H－YO）关系曲线、水平力-位移梯度（H－⊿YO／⊿H）关系曲线、力作用点位移-时间对数（YO -lgt）关系曲线和水平力-力作用点位移双对数（lg H -lg YO）关系曲线。
② 当采用单向多循环加载法时绘制：水平力-时间-作用点位移（H-t-YO）关系曲线、水平力-位移梯度（H-⊿YO／⊿H）关系曲线。
③ 按规范相关公式计算地基水平抗力系数的比例系数。
④ 单桩水平极限承载力确定：
a. 取单向多循环加载法时的H-t-YO曲线产生明显陡降的前一级、或慢速维持荷载法量H-YO曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值。
b. 取慢速维持荷载法时的YO –lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值。
c. 取H-⊿YO／⊿H曲线或lg H -lg YO曲线上第二拐点对应的水平荷载值。
d. 取桩身折断时的前一级水平荷载值。
5.3 低应变动力检测方法技术
将桩头平整处理后，在桩顶放置1只加速度传感器，接收锤击中产生的信号。低应变检测是以弹性波的入射和反射原理进行。混凝土桩被看作一维的弹性杆件，当敲击桩头时，施加的瞬态力产生一束应力波，沿桩身向下传播，当遇到波阻抗变化界面时，波将产生反射和透射，通过在桩顶放置的加速度传感器可以接收到波阻抗界面反射信号。根据应力波反射规律，分析评价桩身完整性。
测试方法为，将桩头平整处理后，在桩顶放置1只速度传感器接收锤击过程中产生的速度信号，经过一系统转化后，在屏幕上显示实测波形，根据波形和波速判定桩身完整性。
6、检测中执行的技术标准及相关文件
6.1《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202-2002)；
6.2《建筑桩基检测技术规范》（JGJ 106-2003/ J 256-2003）；
6.3《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
6.4《场地岩土工程地质勘察报告》；
6.5《试桩桩位平面图》。
7、检测设备
竖向静载试验设备主要有：630T液压千斤顶，型号QYL630二台；0-50mm百分表8块；基准梁二根；用于锚桩组合钢梁一套。用于试验的千斤顶和百分表均在有效的鉴定期内。
水平静载试验设备主要有：100T液压千斤顶2台，0-50mm百分表8块，基准梁二根，长度6.00m，为20号工字钢。
低应变动力检测仪器：采用美国PDT公司生产的PIT基桩动测仪， 全套包括：
PIT Collector PIT数据采集仪主机 1台
Accelerometer加速度计 1只
Non-Instrumented Hammer手锤 1个
Quick Charger快速充电器 1个
PIT数据传输及绘图软件
PLINK and PIT-PLOT Software 1套
8、技术质量保证及安全生产管理措施
8.1 参加检测人员需持质监部门颁发的检测及观测上岗证书，应熟悉地基和桩基检测的基本原理及相关理论，具有法定计量学的基本知识，能严格按照标准规范、分析程序、测试细则进行各项检测工作，确保检测数据准确、可靠。试验前和终止试验时须经现场负责人检查认可后方可执行。对检测工作中出现的问题应及时向总工汇报，并提出解决办法。
现场检测期间，应遵守国家有关安全生产的规定，采取事前交底、过程中检查、事后总结提高等措施。当发现检测数据异常时，应查找原因，重新检测。当需要进行验证或扩大检测时，应得到有关方面的确认。
8.2 技术成果审核
质量管理人认真检查原始记录的填写是否合格和规范，并对报告进行审定。检测报告应采用统一格式，数据准确，结论正确。试验报告需经审核人、审定人及总工程师分级审核批准。
