基桩静载试验(自平衡法)方案Word文件下载.docx
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勘察揭露桥址区西端（小桩号端）的主墩、辅助墩以及过渡墩下伏基岩以泥质岩为主，属于软质岩，岩石的强度较低，遇水易软化，完整性较差，节理裂隙发育。
同时由于岩石的完整性较差，在桩基础施工过程中容易发生孔壁坍塌现象。
为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，提供桩基础设计和施工实施科学的依据，根据国家规范和设计院有关文件，拟在X3号墩进行1根自平衡静载试验。
试桩主要参数见表1.1-1。
编号
SZ-1 2500 -1.470
110
中风化
泥岩
35500
2×
45000-81.470 SZKXJ08
表1.1-1试桩参数表
桩径
桩顶标高
有效桩长
桩端
单桩桩顶反
最大加载值
荷载箱
地质参考
（mm）
（m）
持力层
力（kN）
（kN）
标高（m）
孔号
SZ-1
图1.1-1 试桩桩位置布置图
1.2试验目的
（1）验证设计单桩竖向抗压承载力；
（2）获得分级加载与卸载条件下对应的荷载—变形曲线，测定桩基沉降、桩弹性压缩及岩土塑性变形；
（3）确定桩侧分层岩土摩阻力及桩端阻力；
（4）通过试验确定合适的施工工艺。
1.3总体方案
在X3主塔下选取一根工程桩，采用单荷载箱进行承载力测试，验证竖向抗压承载力。
试验加载以测试出土层和岩层的摩阻力为主要目的，最大值大约取2.5倍的桩容许承载力。
试桩的桩身布置应变计，通过试验获得桩侧分层摩阻力和桩端阻力。
总体目标是试桩应经济、合理、工期短，提供优化设计的报告。
建设方应召集设计单位、施工单位、监理单位、试验单位搞好工地的协调和配合工作，提供设计图纸和地质资料和其它可行的方便。
1.4试验依据
（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
（2）《公路桥涵施工技术规范》（JTGTF50-2011）
（3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
（4）《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738-2009）
（5）地质资料及相关的设计资料
2、地质情况
2.1地质条件
根据场区内钻探揭露和现场工程地质调查，场区内地层揭露有第四系全新统表土层
（Q4me）、海陆交互相沉积层（Q4mc）、早白垩世百足山组（K1b）砂岩等地层。
现分述如下：
（1）、第四系全新统表土层（Q4me，层序号①1）主要见于桥址区的公路、河堤、鱼塘堤的填筑土，以人工填土为主。
①1-1填土：
褐黄色，湿，稍经压实，成分以粉砂及黏土为主，杂少量碎石，主要位于新昌水泥厂附近的钻孔，河中各孔未有揭露。
（2）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc，层序号②1）以淤泥质土、黏性土及砂、砾层为主，根据其颗粒成分及结构又可分为8个亚层。
②1-1粉质黏土：
褐黄、灰绿、灰黄、黄褐色，湿，软塑-可塑，主要由粉、黏粒组
成，黏性较好。
桥址区内于SZKXJ01～SZKXJ11孔见有揭露，层顶高程-13.83～-7.89m，层厚2.00～10.35m，平均5.58m；
承载力基本容许值100～140kPa，摩阻力标准值35～40kPa；
采取原状土样10个，其物理力学性质指标见土工试验报告及统计表；
进行标准贯入试验17次，实测击数N=5～17击，平均9.7击。
②1-2淤泥、淤泥质黏土：
灰、深灰色，饱和，流塑，含腐植质，有臭味，偶含贝壳碎片，含较多粉砂，局部与粉砂呈互层状或两者相混杂，个别钻孔见含有粒径为5-20mm的圆砾；
土质不均匀，夹有薄层状的软黏土。
桥址区内于SZKXJ05、SZKXJ08、SZKXJ09、SZKXJ12～SZKXJ18孔中见有揭露，顶面埋深0.50～16.00m，层顶高程-23.65～-8.15m，层厚0.90～16.70m，平均10.39m；
承载力基本容许值60～70kPa，摩阻力标准值20～25kPa；
进行标准贯入试验41次，实测击数N=1～4击，平均2.5击。
②1-4粉砂、细砂：
褐黄、灰黄、深灰色，饱和，松散，分选较差，含黏土质、淤泥质及少量云母碎片，局部夹薄层状的黏土，偶见有少量腐植质和贝壳碎屑。
桥址区内于SZKXJ08、SZKXJ09、SZKXJ12～SZKXJ18孔中见有揭露，顶面埋深0.00～19.00m，层顶高程-26.76～-7.29m，层厚0.50～6.70m，平均2.26m；
承载力基本容许值80～100kPa，摩阻力标准值25～30kPa；
采取扰动砂土样1个，其物理力学性质指标见土工试验报告；
进行标准贯入试验10次，实测击数N=5～14击，平均9.1击。
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）有关规定，采用标准贯入试验的锤击数对该砂土层埋深在20m范围内的部分进行液化判别和液化指数的计算，按8度抗震设防区进行判别，结果表明各孔的粉、细砂层会发生轻微-中等的液化现象，其液化指数IlE=0.66～9.60，液化抵抗系数Ce=0.33～0.96；
桩基础设计时桩侧摩阻力宜按规范中的要求进行折减。
②1-5中砂：
浅灰、灰黄色，饱和，稍密-中密，分选较差，含少量粒径为2-15mm的圆砾，空隙由粉、黏粒及砂充填。
桥址区内仅于SZKXJ18孔中见有揭露，顶面埋深16.20m，层顶高程-24.02m，层厚2.00m；
承载力基本容许值250kPa，摩阻力标准值60kPa；
进行标准贯入试验1次，实测击数N=15击。
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）有关规定，采用标准贯入试验的锤击数对该砂土层埋深在20m范围内的部分进行液化判别和液化指数的计算，按8度
抗震设防区进行
判别，结果表明该孔的砂层会发生的严重液化现象，其液化指数IlE=0.43，液化抵抗系数Ce=18.92；
②1-6粗、砾砂：
褐黄色，饱和，松散-稍密，局部中密，颗粒成分主要为硅质岩、石英砂岩等，磨圆较好，分选较差，含少量卵石，空隙由砂及粉、黏粒充填，局部夹薄层状的粉质黏土。
桥址区内于SZKXJ01、SZKXJ02、SZKXJ06～SZKXJ08、SZKXJ10、SZKXJ13、
SZKXJ16孔中见有揭露，顶面埋深3.30～17.20m，层顶高程-25.43～-12.32m，层厚1.80～4.50m，平均3.18m；
承载力基本容许值200～350kPa，摩阻力标准值60～100kPa；
采取扰动砂土样1个，其物理力学性质指标见土工试验报告；
进行标准贯入试验10次，实测击数N=10～18击，平均14.4击。
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）有关规定，采用标准贯入试验的锤击数对该砂土层埋深在20m范围内的部分进行液化判别和液化指数的计算，按8度抗震设防区进行判别，结果表明各孔的粗、砾砂层会发生轻微-中等的液化现象，其液化指数IlE=0.66～10.86，液化抵抗系数Ce=0.58～0.97；
②1-7圆砾：
褐黄、青灰色，饱和，稍密-中密，颗粒成分主要为硅质岩、石英砂岩等，磨圆较好，分选一般，粒径主要为8-20mm，含有粒径为20-40mm的卵石，空隙由砂及粉、黏粒充填。
桥址区内于SZKXJ02、SZKXJ04、SZKXJ09、SZKXJ11孔中见有揭露，顶面埋深3.00～11.00m，层顶高程-23.74～-14.92m，层厚1.90～9.80m，平均6.30m；
承载力基本容许值400～450kPa，摩阻力标准值100～120kPa；
进行重型动力触探试验4次，实测击数N63.5=8～13击，平均
10.6击。
②1-8卵石：
杂色，以灰黄、灰色为主，饱和，稍密-中密，颗粒成分主要为硅质岩、石英砂岩等，磨圆较好，分选一般，粒径主要为20-50mm，空隙由砂及粉、黏粒充填。
桥址区内于SZKXJ01、SZKXJ03、SZKXJ12～SZKXJ18孔中见有揭露，顶面埋深2.00～21.50m，层顶高程-29.35～-14.87m，层厚3.40～11.30m，平均5.63m；
承载力基本容许值450～500kPa，摩阻力标准值150～160kPa；
进行重型动力触探试验13次，实测击数N63.5=11～20击，平均15.6击。
②1-9粉质黏土：
褐黄、灰绿色，湿，可塑，以粉、黏粒为主，含较多砂粒，土质不均匀，黏性较差。
桥址区内仅于SZKXJ10、SZKXJ11孔中见有揭露，顶面埋深10.10～10.70m，层顶高程-24.28～-23.05m，层厚1.90～2.90m，平均2.40m；
承载力基本容许值160～180kPa，摩阻力标准值45～55kPa；
采取原状土样1个，其物理力学性质指标见土工试验报告；
进行标准贯入试验3次，实测击数N=9～14击，平均12.0击。
（3）、早白垩世百足山组（K1b，层序号④2）基岩，勘察揭露桥址区下伏基岩为早白垩世百足山组砂岩、泥质砂岩，按岩石的风化程度，本次勘察的钻探揭露有全、强、中风化岩带，分述如下：
④2-1全风化泥质砂岩：
灰黄、褐黄色，岩石风化强烈，已风化成土状，原岩结构已完全破坏，岩芯呈土状，用手易捏散，泡水易软化、崩解。
桥址区内于SZKXJ05、SZKXJ10、SZKXJ11孔中见有揭露，顶面埋深9.60～13.00m，层顶高程-26.18～-22.58m，层厚1.90～6.80m，平均3.93m；
承载力基本容许值280～300kPa，摩阻力标准值60kPa；
采取原状土样2个，其物理力学性质指标见土工试验报告及统计表；
进行标准贯入试验3次，实测击数N=30～34击，平均31.7击。
④2-2强风化泥质砂岩、砂岩、粉砂质泥岩：
紫红、褐红色，砂岩一般为灰绿、灰黄色；
岩石风化强烈，岩芯以半岩半土状为主，一般下部含较多碎石状的岩块，岩质较软，泡水易软化，岩块多可用手折断；
风化不均匀，含有部分中风化岩块，锤击易碎。
桥址区内各钻孔中均有揭露，顶面埋深11.30～25.30m，层顶高程-33.15～-24.72m，层厚3.75～19.70m，平均9.36m；
承载力基本容许值450～520kPa，摩阻力标准值90～100kPa；
进行标准贯入试验2次，实测击数N=50～58击，平均54.0击。
④2-2a强-中风化砂岩、粉砂质泥岩：
泥质岩一般为紫红、褐红色，砂岩一般为灰绿、浅灰色；
岩薄层-中层状，泥质胶结，石风化较强烈，表面较粗糙，岩石裂隙极发育，岩芯极破碎，多呈3-8cm的碎石状，岩质较脆，锤击易碎。
桥址区内于SZKXJ02、SZKXJ04～SZKXJ12、SZKXJ14、SZKXJ15中孔中见有揭露，顶面埋深17.60～34.20m，层顶高程-45.90～-29.85m，层厚2.30～18.70m，平均7.75m；
承载力基本容许值600～750kPa，摩阻力标准值120～150kPa。
④2-3中风化泥质砂岩、砂岩：
其中泥质砂岩多呈紫红、褐红色，薄层-中层状，泥质胶结，岩石裂隙发育，裂面有绿泥石化现象，岩芯破碎-较破碎，呈5-20cm的碎石、碎块状，岩质稍硬，锤击可碎，属软质；
岩性不均匀，局部夹有薄层状的粉砂质泥岩岩。
而砂岩则多呈灰白、灰绿、褐红色，薄层-中层状，泥质、钙质胶结，岩石裂隙发育-较发
育，部分裂隙有泥质充填，岩芯较破碎-较完整，呈8-35cm的碎块状、块状为主，岩质较硬，锤击不易碎，属较软-较硬岩石。
而SZKXJ12～SZKXJ18孔的砂岩多呈浅灰、青灰色，中厚层状，钙质胶结为主，岩石裂隙较发育，见有少量的方解石脉充填，岩芯较完整，岩芯较完整，多为10-30cm的块状，少量呈3-7cm的碎石状，岩质较硬，锤击不易碎，属较硬岩，岩性不均匀，局部夹有薄层状的泥质砂岩，质稍软。
桥址区内各钻孔中均有揭露，顶面埋深20.80～40.90m，层顶高程-53.10～-33.22m，揭露层厚43.07～96.90m，平均71.86m；
承载力基本容许值700～2300kPa，摩阻力标准值150～300kPa。
采取岩石样品59组，测得天然单轴抗压强度为8.6～52.3MPa，平均21.8MPa；
饱和单轴抗压强度为15.8～92.8MPa，平均55.1MPa。
各桥墩位置的岩石抗压强度详见下表:
2.2桩基设计参数
地层
代号
层序号
地层岩性
承载力
基本容许值
[fa0]（kPa）
120
摩阻力
标准值
q
岩石饱和抗压
备注
强度（MPa）
ik
（kPa）
②1-1
②1-2
②1-4
②1-5
粉质黏土
35
淤泥质黏土
70
20
粉砂
90
30
Q4mc
中砂
250
55
应考虑液
化的影响
K1b
砂岩
④2-3
泥质岩
表2.2-1 桩基设计参数一览表
②1-6
粗、砾砂
300
60
②1-7
圆砾
400
100
②1-8
卵石
450
150
②1-9
160
45
④2-1
全风化岩
280
④2-2
强风化岩
500
④2-2a
强-中风化岩
650
小桩号端
1200
200
27
大桩号端
2300
56
700
140
14
800
2.3试桩地质参考柱状和剖面图
2.4承载力计算
图2.3-1试桩地质参考柱状和剖面图
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）：
5.3.4支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值Ra，
可按下式计算：
m
R cAf u
chf
1 unlq
5.3.4
a 1prk 2iirki 2s iik （ ）
i=1 i=1
式中
R— 单桩轴向受压承载力容许值（kN）。
a
桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；
c
— 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表
1
5.3.4采用；
Ap—桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积；
f— 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压
rk
强度标准值，当frk小于2MPa时按摩擦桩计算；
frki为第i层的frk值。
c2i— 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；
u— 各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；
hi— 桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；
m— 岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；
s— 覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定：
当2MPa≤frk<
15MPa时，
s 0.8；
当15MPa≤frk<
30MPa时，s 0.5；
当frk>
30MPa时，s 0.2；
li— 各土层的厚度（m）；
q— 桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力试验值，当无试
验条件时，对于钻（挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规
范表5.3.3-4选用；
n— 土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。
表5.3.4 系数c、c值
岩石层情况
2
完整、较完整
较破碎
破碎、极破碎
0.6
0.5
0.4
0.05
0.04
0.03
1 2
注：
（1）当入岩深度小于或等于0.5m时，c乘以0.75的折减系数，c＝0；
（2）对于钻孔桩，系数c、c值应降低20％采用；
桩端沉渣厚度t应满足以下要求：
d≤1.5m时，t≤50mm；
d>
1.5m时，t≤100mm；
（3）对于中风化层作为持力层的情况，c、c应分别乘以0.75的折减系数。
采取相对具有代表性钻孔SZKXJ08号孔计算。
计算过程如下表所示。
估算总单桩竖向极限承载力为108861kN，总端阻力为16485kN，总侧阻力为92376kN。
中风化泥质砂岩
单轴抗压
强度
14000
单位端阻力（kPa）
总端阻力
总单桩竖向极限承载力
3360
16485
108861
表2.4承载力计算
土层
厚度（m）
周长（m）
单位摩阻
分层摩阻力
累计摩阻力
力（kPa）
泥面标高
-12.69
粘土
-17.99
5.3
7.85
35
1456
淤泥质粉质粘土
-18.89
0.9
20
141
1597
粉砂
-20.79
1.9
30
447
2045
粗砂
-25.29
4.5
60
2120
4164
强风化泥质砂岩
-26.59
1.3
90
918
5083
强风化砂岩
-39.49
12.9
9114
14197
强-中风化泥质
-45.39
5.9
120
5558
19755
-81.47
36.08
140
39652
59406
-111.47
32970
92376
（1）考虑到进入中风化泥质砂岩很浅，统一按照中风化粉砂质泥岩，并取单轴抗压强度的低值
14MPa计算。
（2）计算中考虑中风化以及钻孔桩系数的折减。
考虑到承载力计算较大，且考虑到测试出中风化泥岩的承载力以及优化设计目的，荷载箱布置在距桩底30m，设计加载能力为2*45000kN。
荷载箱上部桩承载力为59406kN，下部桩承载力为49455kN。
若施工中实际桩长发生调整，荷载箱位置和钢筋计位置根据调整后的桩长进行重新确定。
3、测试方法
3.1方法起源
美国学者Osterberg于80年代首先提出了自平衡测试法，并于80年代中期开展了桩
承载力自平衡试验方法的研究，首先在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型。
在我国，东南大学土木工程学院在理论研究的基础上，首先于1996年开始对该法的
关键设备荷载箱和位移量测、数据采集处理系统进行了研究开发，经多次专家鉴定后，
1999年6月制订了江苏省地方标准，2009年1月国家交通运输部发布了基桩静载试验自
平衡法行业标准。
目前该法在30省市广泛应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中。
3.2试验原理
基桩自平衡法主要装置是一种特制的荷载箱，它与钢筋笼相接置于桩身下部。
试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至破坏。
将桩侧土摩阻力与桩底土阻力叠加而得到单桩抗压承载力。
如图3.2-1所示。
根据向上Q-s、s-lgt和s-lgQ等曲线确定桩承载力。
图3.2-1桩承载力自平衡法试验示意图
与传统的静载试验（检测）方法（堆载法和锚桩法）相比，自平衡法具有以下特点：
（1）省力：
没有堆载，也不要笨重的反力架，检测十分简单、方便、安全、无污染。
（2）省时：
土体稳定即可测试，并可多根桩同时测试，大大节省试验（检测）时间。
（3）不受场地条件和加载吨位限制：
每桩只需一台高压油泵、一台数据采集仪，检测
设备体积小、重量轻，任何场地（基坑、山上、地下、水中）都可。
目前最大加载值已达到240000kN（湖南赤石大桥）。
3.3测试仪器设备
3.3.1加载设备
（1）每根试桩采用一个环形荷载箱——专利产品，如图3.3.1-1所示。
荷载箱的加载能力及埋设位置根据地质资料确定，其加载值的率定曲线由计量部门标定。
本工程所用的荷载箱参数见表3.3.1-1。
图3.3.1-1荷载箱
荷载箱参数
桩号
外径（mm） 内径（mm）高度（mm） 最大加载值（kN）
2500
1000
350
45000
表3.3.1-1荷载箱参数表
（2）高压油泵：
最大加压值为60MPa，加压精度为每小格0.5MPa，其压力表亦由计量部门标定。
本工程多根桩同时测试时采
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