试验桩自平衡法、声波透射法检测方案
1 概述
1.1 工程概况
为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，根据国家规范和设计有关文件，对该工程指定的试桩采用静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采用声波透射法进行桩身完整性检测。
1.2 试验目的
1.确定桩身完整性
2.确定单桩竖向抗压极限承载力
1.3 试验依据
1． 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）
2． 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）
3． 《基桩静载试验 自平衡法 》（JT /T738-2009）
4． 《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）
6. 设计图纸
7. 地质报告
2地质情况
依据勘察报告，、各岩土层相关灌注桩桩基参数建议如下表：
层号 | 土层名称 | fak (kPa) | 抗拔系数λ | 钻孔灌注桩 | 后注浆增强系数 |
qsik (kPa) | qpk (kPa) | βsi | βp |
2 | ②粉质粘土 | 120 | 0.70 | 45 | | 1.4 | |
3 | ③粘 土 | 130 | 0.70 | 45 | | 1.4 | |
4 | ④粘 土 | 140 | 0.70 | 50 | | 1.4 | |
5 | ⑤粉质粘土 | 140 | 0.70 | 50 | | 1.4 | |
⑤1粉 土 | 150 | 0.70 | 40 | | 1.4 | |
6 | ⑥粉质粘土 | 150 | 0.70 | 50 | | 1.4 | |
⑥1中粗砂 | 160 | 0.60 | 45 | | 1.7 | |
7 | ⑦粉质粘土 | 150 | 0.70 | 55 | | 1.4 | |
⑦1粘 土 | 160 | 0.70 | 60 | | 1.4 | |
⑦2细 砂 | 160 | 0.60 | 45 | | 1.6 | |
8 | ⑧粘 土 | 190 | 0.75 | 70 | | 1.4 | |
⑧1粉质粘土 | 170 | 0.70 | 65 | | 1.4 | |
⑧2砾 岩 | 260 | 0.50 | 130 | | 2.0 | |
9 | ⑨粉质粘土 | 200 | 0.70 | 70 | | 1.4 | |
⑨1粘 土 | 220 | 0.75 | 75 | | 1.4 | |
10 | ⑩辉长岩残积土 | 220 | | 65 | | 1.4 | |
11 | ?全风化辉长岩 | 300 | | 80 | | 1.4 | |
12 | ?强风化辉长岩 | 500 | | 140 | 1800 | 1.4 | 2.0 |
?1强风化辉长岩 | 600 | | 160 | 2200 | 1.4 | 2.0 |
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3桩身完整性检测
声波透射法测试原理
声波透射法检测仪器设备及现场联接如下图所示。
声波透射法试验示意图
超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。
在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每
两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。
说明：桩身完整性判定见《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014
4单桩竖向抗压静载试验（自平衡法）
4.1自平衡试验简介
自平衡法由1960年代的以色列Afar Vala 公司开创并于1979年申请了专利称为通莫静载法(T-pile ?)。
其检测原理是将一种特制的加载装置—通莫荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置（具体位置根据试验的不同目的而定），将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置（位移、应变等）从桩体引到地面，然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载，荷载箱产生上下两个方向的力，并传递到桩身。由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据：荷载箱以上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的相应
反应系列参数；荷载箱以下部分，我们获得正向加载时下部分桩体的相应反应参数．通过对加载力与这些参数（位移、应变等）之间关系的计算和分析，我们不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据。这种方法可以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检验。 1980年代中期，通莫静载法(T-pile ?)传入了美国，并在国际基础工程行业进行了广泛的使用。1990年代后期，通过美国和中国的学术交流，这种方法也被引入了中国，其原理被国内业界称为自平衡法。 1999年6月制订了江苏省地方标准，2002年建设部和科技部重点推广技术。目前该法应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中。国内试验单桩最大承载力高达20000吨，最在桩径2.8m，最大桩长125 m。
4.2自平衡测试法优点
传统的桩基荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶的反力，前者通过反力架上的堆重与之平衡，后者通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡。其存在的主要问题是：前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆入及运输问题，后者必须设置多根锚桩及反力大梁，不仅所需费
用昂贵，时间较长，而且易受吨位和场地条件的限制（堆载法目前国内试桩最大极限承载力仅达3000吨，锚桩法的试桩最大极限承载力也不超过4000吨），以致许多大吨位桩和特殊场地的桩（如山地、桥桩）的承载力往往得不一准确数据，基桩的潜力得不到合理发挥，这是桩基础领域面临的一大难题。
自平衡测桩法与传统测桩法相比具有以下几方面的优点：
桩基自平衡检测法具有以下优点：
1.试验装置简便
与传统锚桩法或堆载法相比，其试验装置比较简单，不需要数量巨大的堆载物，更不需要构筑笨重的反力架，试桩的准备工作省时、省力、安全、环保、占用场地少，这是传统桩基承载力试验方法的最大区别，也是其最显着的优点。
2.试验投资较低
根据有关工程统计资料表明，桩基自平衡测试方法与传统桩基承载力试验方法相比，尽管
荷载箱为一次性投入的器件，但其他可以节省大量的试验费用，一般可降低30%~50%。具体比例可根据桩与地质条件而定，工程实践证明，吨位越大的桩试验节省投资越明显。
3.试验桩可利用
桩基自平衡测试完毕后，试验桩可以不必废除，仍可作为工程桩使用，必要时可利用压浆管对试桩底进行压力灌浆处理。这样，可以做到测试桩与工程桩实现有机地结合，从而也可以降低整个桩基工程的投资。
4.应用范围广泛
桩基自平衡测试方法，不仅可用于普通施工场地土基的试桩，而且在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩、大吨位桩等情况下，更可以显示出这种测试方法的优越性
5.缩短测试时间
采用桩基自平衡测试方法，由于试桩的成桩工艺和质量控制标准与工程桩一致，不必要其
他施工机械和质量控制，所以，不仅易于掌握试桩的操作工艺，而且还可以大大缩短整个测试时间，从而可加快桩基工程的施工速度。
6.方便重复试验
在试桩自平衡测试过程中，如果采用双荷载箱或多荷载箱技术，可以在不同的桩端深度和同一桩端深度的不同时间，在同一根桩上方便地进行重复试验，也可以测试桩体压浆前后试桩的不同效果。
7.测试结果可靠
桩基自平衡测试方法，利用桩的侧向阻力和端部阻力互为反力，可以测得侧向阻力与端部阻力和各自的荷载–位移曲线。试验荷载可以保留所需要的任意长时间段，可以实测桩侧和桩端阻力的蠕变行为的数据。因此，这种测试方法所测得的结果比较可靠。
4.3 检测原理
自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。
自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。
试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥，见下图。由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试。
自平衡试验示意图
4.4平衡点计算
计算依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）《基桩静载试验 自平衡法》（JT /T738-2009）。荷载箱上部按抗拔桩计算，下部按抗压桩试桩进行计算，抗拔系数、后注浆增强系数参见设计图纸。
4.5试验装置
1.加载系统
包括加载油泵、荷载箱以及加压油管。本次试验采用的荷载箱为特制的专业荷载箱。
荷载箱大样
（1）荷载箱的安装埋设
为保证桩基质量和试桩的成功，埋设荷载箱时，将有以下安全措施：
a)为保证桩体因加载产生应力集中而破坏，荷载箱附近钢筋笼箍筋适当加密。
b)荷载箱与上下钢筋笼连接强度适当，以方便试验时打开荷载箱。
c)荷载箱与上下钢筋笼连接处，焊接锥形导向筋，以方便导管由荷载箱中心孔穿入。
（2）荷载箱安装位置:
