单桩轴向动静载试验实施细则.doc

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1、第三项 单桩轴向动静载试验研究一、 编制依据1软土地基路桥设计参数试验项目修改施工设计总说明书及相关图纸 2002.102软土地基路桥设计参数试验项目试验研究大纲2002.123铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-99）4建筑桩基技术规范（JGJ94-94）1995.7.15.软土地基路桥设计参数试验项目既有铁路桥墩桩基础基顶动力测试研究报告，铁道第四勘察设计院、中南大学铁道学院，2002.126.京沪高速铁路设计暂行规定（上册），2002年二、试验项目概况现场试验是获取高速铁路软土地区桥梁桩基设计参数最客观、最可靠的方法，因此在京沪高速软土地段进行桩基的动静载试验具有重要的工程实

2、际意义。通过试验，将达到以下目的：(1)通过桥梁桩基静载试验，获得该地区桩的荷载传递规律，了解该地区桩基的桩周摩擦系数及桩端承载能力。(2)通过桩基动静载对比试验，研究桥梁桩基在高速列车通过时的动力响应，包括土的阻尼作用，动力荷载对桩的极限承载能力的影响程度，以及竖向地基系数的比例系数m0值变化情况。(3)以试验成果为基础，进行软土地区桩基动力学有限元分析，为软土地区高速铁路桥梁桩基设计提供参考。 通过上述试验研究工作，得出指导高速铁路宁沪段桥梁桩基的设计原则和有关设计参数。三、 试验测试内容及方法 为了进行对比试验，单桩轴向动静载试验分为单桩轴向纯静载试验和单桩轴向静动载试验，即模拟实际情况

3、，在有工作荷载（静载）作用情况下，施加动力荷载。（一） 单桩轴向纯静载试验1、 试桩类型及数量试桩类型及数量表桩型试桩根数（根）备注钻孔灌注桩1.0m 3钢筋计、土压力盒0.8m3钢筋计、土压力盒预制桩0.55m3钢筋计、土压力盒2、试验方法慢速维持荷载法。3、试验设备与仪表装置（1）锚桩横梁反力装置钻孔灌注桩单桩纯静载试验采用锚桩横梁反力装置。其装置示意图见图一：图一 锚桩横梁反力装置示意图试验设备：主梁2根，尺寸7 .51.30.47m（长高宽），承载能力1000吨；副梁2根，尺寸7 .00.950.65m，承载能力1000吨；挂篮4个；基准梁（10m长）4根；电动油泵1台；压力表（060

4、MPa）2只；500吨级千斤顶2台；百分表（050mm）4只，（010mm）4只；磁性表座8个；高压油管6根；（2）压重平台反力装置管桩单桩纯静载试验采用压重平台反力装置。其装置示意图见图二。 4 3 1 6 2 8 1 5 6 7 9 桩 图二 试验装置示意图1 主梁 2 横梁 3 竹跳板 4 沙袋 5 千斤顶6 百分表 7 基准梁 8 压力表 9 电动油泵 试验设备：主梁：用8根40工字钢（长10m）拼装组成；副梁：用20根36工字钢（长10m）拼装组成；基准梁：10m长，2根；电动油泵1台；压力表（060MPa）1只；500吨级千斤顶1台；百分表（050mm）4只；磁性表座4个；高压油管

5、6根；4、现场测试 （1）加载分级 每级按等量加载，每级加载量为要求最大加载或予估最大试验荷载的1/12，第一级按2倍分级加载。（2）沉降观测每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次，每次测读值记入试验记录表。（3）终止加载条件在达到设计要求最大加载值之前出现下列情况之一者即可卸载：a.某级荷载作用下，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2倍，且经24h尚未达至相对稳定；c. 已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重时；d. 桩顶累计沉降量达到40mm。（4）卸载与卸

6、载数据观测每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载15min 测读一次残余沉降，读2次后，隔30min再读一次沉降和桩身应变，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔34h再读一次。（5）稳定标准每小时的沉降不超过0.1mm,并连续出现两次(由1.5h内连续三次观测值计算)。认为达到相对稳定，可加下一级荷载。5、成果（1） 静荷载与桩顶位移关系曲线（QS、SlgQ及 slgt曲线）；（2） 单桩分层桩侧摩阻力及桩端阻力；（3） 单桩竖向极限承载力标准值。（4） 桩端竖向地基系数的比例系数m0值。6、具体测试方法及相应成果（1）试验数量3根1.0m钻孔灌注桩、3根0.8m钻孔灌注桩、3根0.55m预应力混

7、凝土管桩。（2）试验设备钢筋应力计、土压力盒和频率计。（3）测点埋设将经室内标定完毕的钢筋应力计或土压力盒焊接在钢筋笼的主筋上，测点布置见“轴向动静载试桩测试元件布置图”（图号“软桩试-2”）。（4）试验方法开始垂直荷载试验前，应读取初始读数，待读取初读数完成后方可加载。以后待每级荷载加上后即可进行测试。（5）成果 各级荷载作用下沿桩身的实测应力分布图。 各级荷载作用下沿桩身的轴向力分布图。 各级荷载作用下沿桩身的单位摩阻力分布图。 各级荷载作用下桩端阻力；各级荷载作用下沿桩侧总摩阻力与端承力变化图；桩端竖向地基系数的比例系数m0值。（二） 单桩轴向静动载试验1、 试桩类型与数量试桩类型及数量

8、表桩型试桩根数（根）备注钻孔灌注桩1.0m 3钢筋计、土压力盒0.8m钢筋计、土压力盒预制桩0.55m3钢筋计、土压力盒2、试验加载方法第一步：采用锚桩（或压重）逐级加静荷载至桩的工作荷载；第二步：维持上述静荷载即工作荷载下，施加动载，动载循环次数100万次； 第三步：在第二步完成并卸载至零以后，逐级加静载，使受到过动力作用的桩达到破坏状态，并确定极限承载力、桩侧摩阻力和端阻力。第一步和第三步的加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级加载达到相对稳定后加下一级荷载，直至试桩达到工作荷载（第一步）和破坏（第三步），然后分级卸载至零。3、试验测试内容实测桩顶荷载由零增至工作荷载作用下：桩顶沉

9、降、不同深度桩身轴力、桩底压力，各土层的桩周摩阻力和桩端阻力与分布。维持工作荷载不变，施加动载，动载循环次数100万次。实测桩顶沉降的变化、桩身轴力时程曲线，分析桩的动力响应。卸载至零以后逐级加静载，使桩达到破坏状态：实测桩顶位移、桩身轴力、桩底压力，换算土层的桩周摩阻力和桩端阻力与分布。确定桩在动力作用后的极限承载力、桩周土的极限摩阻力、桩的端阻力。进行软土地区桩基动力学有限元分析，分析桩土相互作用关系。对比研究轴向动静载试验结果，得出指导京沪高速铁路宁沪段桥梁桩基的设计原则和有关设计参数。4、 试验观测方法与步骤4.1 第一步和第三步中的静载加卸载与数据观测加载分级：每级加载为预估极限荷载

10、的1/12，第一级可按2倍分级荷载加载；沉降观测：每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累积1h后每隔30min一次。每次测读值记入试验记录表；桩身应变观测：每级加载最后一次测读沉降时，即在加下一级荷载前进行测读。沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载： 某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；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2倍，且经24小时尚未达到相对稳定；已达到锚桩最大

11、抗拔力或压重平台的最大重时。卸载与卸载数据观测 每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载15min 测读一次残余沉降，读2次后，隔30min再读一次沉降和桩身应变，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔34h再读一次。4.2 动力试验参数与观测动载幅值和频率单桩轴向动静载试验参数桩型静活载Qi(kN)动载幅值Q i (kN)频率(Hz)钻孔灌注桩1.0m桩径3108030.8m桩径预制桩0.55m桩径80203动力试验观测动力试验期间，第一天的第一个4小时，每一小时记录一次桩身动应力和桩顶动位移（每次连续记录约15分钟）；第二个4小时，每二小时记录一次桩身动应力和桩顶动位移；以后每4小时记录一次桩身动

12、应力和桩顶动位移。若第一天的桩顶动位移反映为“弹性状态”，第一个24小时桩顶总沉降的增加量s1小于0.5mm；则第二天继续以每4小时记录一次桩身动应力和桩顶动位移。若第二天的24小时桩顶总沉降的增加量s2小于s1，则继续每4小时记录一次桩身动应力和桩顶动位移。若有异常现象，要详细记录并及时报告，具体分析后，调整记录频率。5、 静动载试验成果动力静载试验桩的极限承载力；动力静载试验桩各土层极限摩阻力、端阻力；动力静载试验桩的各种试验曲线：桩顶P-S曲线，S-lgP曲线，S-lgt曲线，桩端阻力-荷载曲线；桩身轴力分布图，侧阻力分布图； 桩身应变（轴力）时程曲线，频响特征；纯静载与动静载桩的承载力

13、对比结果（包括折减系数）；软土地区桩的动力有限元计算结果。四、 试验测试实施工作安排1、轴向动静载试验加载装置纯静载试验加载装置平面及立面见图一、图二；钻孔桩静动载试验加载装置平面及立面见“轴向动静载试验加载装置图”（图号“软桩试-1”），预制桩静动载试验加载装置平面及立面参照图二办理，预留好激振设备安放空间。激振装置采用改装疲劳动力试验机，以达到比较精确控制所要求的动力大小和频率的目的。2、轴向动静载试验桩身测试元件与埋设2.1 轴向动静载试验钻孔灌注桩测试元件的埋设在轴向动静载试验中，钻孔灌注桩测试元件布置情况见“轴向动静载试桩测试元件布置图”（图号“软桩试-2”）。(测试元件沿轴向的布置

14、位置试验时可根据地质钻孔资料进行局部调整)用于钻孔灌注桩的钢筋计(电阻应变式)，在室内完成制作和标定。等现场试桩的钢筋笼做好后，把要按放钢筋计处的主筋截掉一段（该段长度与钢筋计长度相等），然后将钢筋计对焊在主筋上。对焊时，必须对钢筋计的钢筋局部用湿毛巾包裹并不断淋冷水来保护钢筋计。同截面对称布置四支钢筋计。钻孔桩桩底土压力盒的布置见图“软桩试-2”。2.2 轴向动静载试验预制桩测试元件的埋设轴向动静载试验预制桩测试元件布置与安装见图“软桩试-2”。预制桩的钢筋计在工厂制做桩时，在要埋设钢筋计的位置处，预埋一块小钢板，然后在现场利用小钢板制做成钢筋计。小钢板设计尺寸与埋设详图见“软桩试-2”。预

15、制桩孔内要设置挂线杆，桩头（桩帽）中央要预留穿线孔（孔径为20cm）。同截面对称布置四支钢筋计。2.3 钢筋计的信号线和其它要求钢筋计的信号线（优质屏蔽线）长度应能保障从桩内引出地面不小于12m。所有钢筋计和相连的导线端部应进行编号，并保障测试完成以后编号都准确可靠。钢筋计与桩主筋对焊时，必须对钢筋计钢筋局部不断淋冷水来保护钢筋计。所有钢筋计都要接静态电阻应变仪并对所有点进行测试。动态测试同截面测两个钢筋计。对于钻孔灌注桩钢筋笼下放前及预制桩下沉前必须仔细检查钢筋计的有效性，若钢筋计失效，应及时在现场补救或更换。为了保障预制桩内部的测试元件在沉桩时不损坏，要求采用静压下沉。先施工试桩，以便于万

16、一试桩出现严重问题不能使用时，可以更换试验位置。3、仪器与测试设备纯静载试验中需要用到的测试元件、仪器、设备、规格及数量如下表所示。编号仪器名称规格精度用途数量1电阻应变式钢筋计1%FS静载试验桩身轴力灌注桩(14+13)*4*3+2=326个预制桩403+2=122个2静态应变仪与测试分析系统60测点1%FS测试钢筋计静应变1台3钢弦式土压力盒0.5Mpa2%FS置于钻孔灌注桩桩底，测桩底压力20个4钢弦频率测定仪与钢弦式土压力盒配套使用1台5球面铰2个6屏蔽线钢筋计和土压力盒的信号传输15000m8便携式电脑采集和处理数据用1台9数码相机1台10数码摄像机1台上表中未列者见相关测试内容之试

17、验设备描述。静动载试验中需要用到的测试元件、仪器、设备、规格及数量如下表所示。编号仪器名称规格精度用途数量1电阻应变式钢筋计1%FS静动载试验桩身轴力灌注桩13*4*3+2=158个预制桩403+2=122个2动应变电阻补偿钢筋计1%FS静动载试验桩身轴力灌注桩158个预制桩122个3动态应变仪与测试分析系统32测点1%FS测试钢筋计动应变1台4静态应变仪与测试分析系统60测点1%FS测试钢筋计静应变1台5钢弦式土压力盒0.5Mpa2%FS置于钻孔灌注桩桩底，测桩底压力20个6钢弦频率测定仪与钢弦式土压力盒配套使用1台7动力加载疲劳试验机Q=500kN1%FS加动载1台8拾振器941型1%FS

18、测桩顶动位移和加速度3个9941型放大器6通道与941拾振器配套使用1台10INV306型智能信号数据采集分析仪并采集和分析数据1套11500t油压式千斤顶5000kN施加静荷载2台12电动高压油泵与千斤顶配套使用2台13压力表与千斤顶配套使用2个14球面铰2个15百分表及表架大量程100mm0.01mm测桩顶沉降各5个16屏蔽线钢筋计和土压力盒的信号传输22500m17便携式电脑采集和处理数据用2台18数码相机1台19数码摄像机1台五、进度安排（1）2003年2月 完成应力、应变测试相关测试元器件的标定及埋设工作；（2）2003年3-6月 完成单桩轴向动静载试验；（3）2003年6-10月

19、完成数据的分析、报告的编写工作。具体时间安排视现场施工进度等情况定。六、现场数据测读处理要求试验前制做好各种数据表格，复印充足的分数。准备充足的电脑数据存储硬盘和移动硬盘。试验时及时记录，对试验过程出现的异常现象要做专门记录和说明，所有记录要有观测和记录人签字。自动采集于电脑和测试仪中的数据，要及时调出来查证，看是否记录在指定的目录中。笔记的数据表当天必须复写一份备份，并且由专人签字保存。存于电脑中的数据也要做双份，若现场有条件可通过网络及时传回，确保万无一失。用数码相机或数字摄像机把现场重要机器和设备的安装请况、仪器系统、测试元件、重要试验过程和关键环节进行照相和摄录下来，并存于计算机硬盘，

20、并可通过网络及时传回。事先编制数据处理程序，对重要数据在现场及时进行初步处理，发现有错，及时纠正。七、试验人员分工1） 纯静载试验人员分工序号试验单位姓 名职 称年 龄分 工全时率1铁四院蔡华炳工程师31项目负责人，负责全面工作 100%2铁四院潘茂盛高级工程师36指导课题研究20%3铁四院文望青高级工程师36数据分析20%4铁四院王德志高级工程师33数据分析50%5铁四院吴斌助工25现场测试、数据分析100%6铁四院陈英贵工程师26现场测试、数据分析100%7铁四院余泽宽工程师28现场测试、数据分析100%8中科院武研所吴 文副研究员36测试技术负责人30%9中科院武研所郭启军副研究员36现

21、场试验负责人100%10中科院武研所盛建豪副研究员38现场测试、数据分析、编写报告100%11中科院武研所李九思高级工程师40现场测试负责人100%12中科院武研所闽 虹副研究员39现场测试、数据分析100%13中科院武研所徐松林博士后32现场测试、数据分析100%14中科院武研所朱家桥高级工程师60现场测试100%15中铁二十局杨启维工程师34配合现场试验100%16中铁二十局徐庆升助工27配合现场试验100%2） 静动载试验人员分工序号试验单位姓 名职 称年 龄分 工全时率1铁四院蔡华炳工程师31项目负责人，负责全面工作 100%2铁四院潘茂盛高级工程师36指导课题研究20%3铁四院文望青

22、高级工程师36数据分析20%4铁四院王德志高级工程师33数据分析50%5铁四院吴斌助工25现场测试、数据分析100%6铁四院陈英贵工程师26现场测试、数据分析100%7铁四院余泽宽工程师28现场测试、数据分析100%8中南大学冷伍明教授38试验组织、试验方法与细则、现场试验,研究报告75%9中南大学方理刚教授42试验方法与试验细则，研究报告30%10中南大学刘宝琛院士70审阅研究报告10%11中南大学何群讲师33现场试验负责人：现场试验，数据整理，研究报告100%12中南大学肖武权副教授39现场试验、数据整理，研究报告100%13中南大学律文田讲师24现场试验、数据整理100%14中南大学试验

23、员3人现场试验100%15中铁二十局杨启维工程师34配合现场试验100%16中铁二十局徐庆升助工27配合现场试验100%由于动力循环试验要求昼夜进行不能中断，要求试验采取24小时轮班制。现场试验人员保持6人。八、预期目标及成果（1）软土地基单桩轴向纯静载试验研究报告（2）软土地基单桩轴向静动载试验研究报告（3）软土地基单桩轴向动静载试验研究总报告（4）现场试验原始资料、图片及录象附件一、各种试桩平面布置图附件二、试桩桩帽加固图附件三、各种原始数据记录表格形式附件四、轴向动静载试验加载装置图 （图号“软桩试-1”）附件五、轴向动静载试桩测试元件布置图（图号“软桩试-2”）附件六、轴向动静载试桩钢

24、筋计埋设位置图（图号“软桩试-2-1”）附件一 7、单桩动载试验桩取定参照该图办理。附件二 单桩轴向静载试验概况记录表 表J-1 ( )工程名称地 点试验单位试桩编号桩 型试验起止时间成桩工艺桩断面尺寸桩长混凝土标 号设计灌注桩虚土厚度配筋规 格配筋率实际灌注充盈系数长 度综 合 柱 状 图试桩平面布置示意图层次土层名称描述地质符号相对标高相对标高桩身剖面123456土 的 物 理 力 学 指 标层次深度(m)g(kN/m3)w(%)eSrwp(%)IpILa1-2(a2-3)Es(MPa)j()fk(kPa)12345附件三 单桩轴向抗压静载试验记录表 表J-2 ( )试桩编号： 荷载观测时

25、间日/月时分间隔时间（min）读 数沉降(mm)备注表1表2表3表4平均本次累计试验： 记录： 校核： 单桩轴向静载试验记录表 表J-3 ( )试桩编号：序号荷载（kN）历时(min)沉降（mm）本 级累 计本 级累 计试验： 记录： 校核： 单桩轴向静动载试验概况记录表 表AD-1 ( )工程名称地 点试验单位试桩编号桩 型试验起止时间成桩工艺桩断面尺寸桩长混凝土标 号设计灌注桩虚土厚度配筋规 格配筋率实际灌注充盈系数长 度综 合 柱 状 图试桩平面布置示意图层次土层名称描述地质符号相对标高相对标高桩身剖面123456土 的 物 理 力 学 指 标层次深度(m)g(kN/m3)w(%)eSr

26、wp(%)IpILa1-2(a2-3)Es(MPa)j()fk(kPa)12345试验： 资料整理： 校核： 单桩轴向静动载试验记录表 表AD-2 ( )试桩编号：荷载（kN）观测时间日/月时分间隔时间（min）读 数沉降(mm)备注表表表表平均本次累计试验： 记录： 校核： 单桩轴向静动载试验记录表 表AD-3 ( )试桩编号：序号荷载（kN）历时(min)沉降（mm）本 级累 计本 级累 计试验： 记录： 校核： 单桩轴向静动载试验记录表 表AD-4 ( )试桩编号：观测时间日/月/时分工作荷载(kN)频率(Hz)动力幅值(kN)读 数沉降(mm) 时程曲线存盘目录表表表表平均本次累计试验： 记录： 校核：word文档 可自由复制编辑