单桩静载试验方案新

曹妃甸甸头立交桥满堂支架平台钢管桩单桩静载试验方案编制：白剑锋复核：白剑锋审核：高有龙中铁十六局集团有限公司曹妃甸工业区甸头立交桥项目经理部二○一○年七月一日-1-目录一、概述………………………………………………………………………2二、试验目的及依据…………………………………………………………2三、试验方法和原理……………………………………………………………21、单桩竖向抗压静载试验……………………………………………………22、加载与沉降观测…………………………………………………………33、卸载与回弹观测……………………………………………………………44、单桩竖向极限承载力的确定………………………………………………4四、试验检测设备……………………………………………………………41.静载试验设备…………………………………………………………42.加荷及观测系统………………………………………………………5五、试验桩及反力系统施工…………………………………………………55.1钢管桩打设………………………………………………………………55.2反力系统结构设置……………………………………………………65.3反力系统结构力学计算…………………………………………………7附录：单桩竖向抗压静载试验检测报告-2-一、概述本立交位于曹妃甸岛的东南角，是港区主干道、港区一号路、通岛路、滦曹高速公路交叉处，设计为全互通立交桥。本立交桥为二层互通式立交，港区主干道走地面；港区一号路、滦曹高速公路走第二层。匝道最小半径60米，设计最小车速40km/h。通岛路至铁路货运站设置跨线桥跨越首钢支线铁路。甸头立交桥共11条线路，线路总长13921.308m，桥梁总长5818.621m，其中现浇箱梁共16联50跨，均在海上；除大跨度桥梁外，连续箱梁梁体高度均为1.8m，箱梁顶板厚度25cm，底板厚度22cm，腹板厚度不小于50cm，A线箱梁采用单箱六室断面，其它各线箱梁均采用单箱双室或三室断面。箱梁边腹板采用斜腹板，外形与预制小箱梁相同。结合本工程桥位处河床及地貌的实际情况，水中现浇支架段拟搭建钢管桩平台支架体系。二、试验目的及依据1.试验目的确定试桩的单桩竖向承载力是否满足设计要求,确保满堂支架平台安全。2.试验依据⑴、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003J256-2003）；⑵、设计文件及相关文件。三、试验方法和原理1单桩竖向抗压静载试验试验采用慢速维持荷载法。施加荷载采用锚桩反力系统法。采用水准仪对各桩桩顶各观测点适时进行观测并记录位移数据，千斤顶油表时刻显示桩顶所受荷载大小。荷载控制由压力表读数控制，荷载分级施加，记录每级荷载施加过程中每间隔一小时和本级荷载达到相对稳定标准时的读数。采用1台4000kN千斤顶缓慢加载，施加荷载的重心施加在桩的轴线上，并且方向与试桩轴线一致。-3-实验原理图2.加载与沉降观测①、加荷分级：根据试验技术要求，本次试验加荷控制及分级见表1。表1试验荷载表工点名称桩径（m）试桩长度（m）单桩许承载力（kN）最终加荷值（kN）初级荷载（kN）2级荷载（KN）3级荷载（KN）曹妃甸甸头立交桥0.82大于18.080016001603204804级荷载（KN）5级荷载（KN）6级荷载（KN）7级荷载（KN）8级荷载（KN）640800960112012809级荷载（KN）10级荷载（KN）144010级荷载（KN）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，一小时以后，每30分钟测读一次，直至达到相对稳定标准。③、沉降相对稳定标准：每级加载的下沉量，在一小时内如不大于1mm时，即可视为稳定：④、终止加载条件：为消除反力架安装间隙，初级荷载施加完毕时观测各桩，此时各观测点作为参考位置，即位移量计为“0”，当出现下列情况之一时，即可终止加载：-4-a.相对于参考位置总位移量大于或等于40mm，本级荷载的下沉量等于或大于前级荷载的下沉量5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。b.相对于参考位置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的荷载为极限荷载。c.相对于参考位置总位移量小于40mm，但荷载已大于设计容许承载力的2倍，加载可终止。d.锚桩明显被拔起或反力失效，不适合继续加载。3.卸载与回弹观测每次按顺序卸除荷载（加载分级荷载的2.0倍）后观测桩顶回弹量；卸载时每级荷载维持一小时，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载后测读桩顶残余沉降量，维持3小时。4.单桩竖向极限承载力的确定单桩竖向抗压极限承载力的确定根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）和《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2003）的规定，按下列方法确定：⑴根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q～s曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值；⑵根据沉降随时间变化的特征确定：取s～lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值；⑶出现终止加载的第二条情况时取前一级荷载值；⑷对于缓变型Q～s曲线可根据沉降量确定，取s=40mm对应的荷载值；宜考虑桩身弹性压缩量；对直径大于或等于800mm的桩，可取s=0.05D对应的荷载值。当按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压极限承载力应取最大试验荷载值。四、试验检测设备1.静载试验设备单桩竖向静载试验用锚桩横梁组合反力装置1套，由二根长6.0m主梁（双支-5-HN500x200x10/16型钢）、一根长3m的竖腹杆（双支HN500x200x10/16型钢）、四根斜杆（双支I360x136x10/15型钢.）和锚桩组成反力系统；如下图所示：反力架空间结构示意图2.加荷及观测系统⑴、加荷系统：QW2000液压千斤顶1台、80MPa电动油泵一台及配套油路一套。⑵、观测设备荷载大小由油泵压力表直接读出（压力表读数为压强值时，根据千斤顶活塞直径计算出相应压力吨位；位移采用水准仪观测。五、试验桩及反力系统施工5.1钢管桩打设钢管桩按下图相对位置打入海床中。反力桩采用φ820的开口桩，尽可能打入土中深一些，入土以大于15m或90t振动锤跳锤为止，（跳锤不得超过10秒钟，避免振动锤撕裂钢管桩，以保证其抗拔力大于60t。试桩采用施工中所用的闭口桩及在桩底加设桩头，各桩的相对位置应尽可能准确，以确保反力架受力均衡。试桩打插完毕到试验开始时间间距不得小于24小时。-6-试桩及反力桩位置示意图5.2反力系统结构设置反力架采用两根主梁十字交叉架设于反力桩上，主梁上焊接竖腹杆及斜拉杆构成空间结构。主梁架设前应先安装好千斤顶及相应操作平台，主梁及竖腹杆采用双支HN500x200x10/16型钢并排拼焊而成，拼缝每隔50㎝焊接10㎝焊缝。斜拉杆、竖腹杆与主梁之间以及竖腹杆与斜拉杆之间的角焊缝应满缝焊接，选用的焊条应根据母材材质选择相应级别的焊条施焊，焊缝多次施焊时每次施焊前应清跟，防止焊缝夹杂焊渣而降低焊缝受力性能。主梁与反力桩的链接采用反压梁及U型钢板倒扣并于反力桩桩壁焊接固定，反压梁采用I36a工字钢。U型钢板厚度不小于20㎜。反力系统结构见下图所示。试桩反力架结构示意图-7-5.3反力系统结构力学计算满堂支架平台单桩承设计载力80t，但为了确保结构安全，临时结构安全储备系数达到1.5～1.8，本试验试桩极限试验荷载按160t考虑，即安全储备达到2.0。结构受力计算采用有限元结构分析软件进行分析。所有杆件均按梁单元考虑。边界条件仅考虑四根反力桩桩底固结（假定桩周摩阻力足够大）。分析模型如下图所示：荷载工况：这里只考虑在极限试验荷载160t作用力及自重最不利荷载组合工况：经电算结果如下：1、各杆件应力状况：-8-2、节点位移（结构弹性变形）情况：3、支点反力（反力桩上拔力）：上述最不利荷载工况的电算结果显示：当在试桩顶施加160吨顶压里的时候。反力系统各杆件应力最大值max=42.3MPa[σ]=145MPa，出现在竖腹杆上端,最大位移出现在主梁跨中，δmax=2.04㎜，最大反力F=27.56tF抗=60t。因此结构安全。