澳门试桩方案(Macau).doc

澳门南湾十二号地段住宅及百货商场项目奥氏法(osterberg cell)试桩方案(v1.0)澳门南湾十二号地段住宅及百货商场奥氏法（osterberg cell）试 桩 方 案（版本v1.0 送审稿）上海辉固岩土工程技术有限公司2005年9 月1. 概述1.1 前言根据澳门地工技术规章及项目设计方的要求，澳门南湾十二号地段住宅及百货商场项目拟进行基桩静载荷试验，以判定基桩极限承载力是否达到预计值。我公司根据该项目的有关资料，编制和提出奥斯托堡法（osterberg-cell test,以下简称为o-cell ，中文可简称为奥氏法）测桩方案，并将进一步与项目业主、监理、设计、施工各方沟通，以完善该试验方案。1.2 奥氏法测桩简介奥氏法是由美国西北大学奥斯托堡（osterberg）教授在二十世纪八十年代后发明并取得专利的一种独特的基桩静载荷试验方法，其利用桩的自重、桩周土的摩擦力与桩端土阻力作为一对反力的基本原理，借助埋设于桩身（底）的o-cell荷载箱（即为类似于千斤顶的一种加压装置，以下简称为cell）向上、向下同时施加荷载，以独立地获取桩侧阻力位移曲线及桩底阻力位移曲线，从而可以得到单桩竖向极限承载力。20多年来，由奥斯托堡教授创建的美国loadtest国际有限公司已将该技术成功运用于世界各地几百个工程，对该项技术的普及、推广作出了积极贡献，并积累了丰富的经验。目前，这项技术业已通过一些相关组织认可，如美国石油协会、美国加州交通运输部等。1.3 奥氏法测桩技术具有的意义和优势奥氏法测桩技术成功地运用于基桩静载荷试验，对基桩工程的设计、施工、检测都具有积极和深远的意义，主要表现在以下三个方面：1） 对基桩设计理论的发展具有积极意义。基桩的承载力发挥机理和沉降规律是基桩设计理论的两大内容，而基桩静载荷试验又是基桩设计理论最主要的验证手段。由于传统基桩静载荷试验的局限性，许多基桩设计理论无法得到有效验证，设计人员无奈只能牺牲工程的经济利益加大基桩设计安全系数，即便这样，人们对基桩的安全系数究竟多大也心中无底。奥氏法测桩技术为基桩设计理论特别是大型基桩的设计理论提供了一种可靠的验证手段。2）对基桩施工工艺的改进具有积极意义。桩基施工质量和工艺水平是基桩质量得以保证的一个重要环节，新的施工工艺的效果需得到验证，如桩侧摩阻力、桩底端阻力提高程度及桩底沉渣厚度变化情况。奥氏法测桩技术对此具有得天独厚的优势。3）拓展了基桩静载荷试验的应用范围。传统基桩静载荷试验不是对场地有十分严格的要求，就是对试验设备（如反力主梁、次梁）具有很高的要求，对于水上试桩、狭窄场地试桩、斜桩测试、坡地试桩、无锚桩的抗拔试验、基坑开挖后试桩、大吨位嵌岩桩载荷试验等几乎无能为力。对于传统基桩静载荷试验而言，奥氏法测桩技术是一场革命，它克服了其所有劣势。在美国，目前已有一半以上基桩工程采用奥氏法检测，国外一些专家预测奥氏法会占据更大部分的基桩静载荷检测市场。与传统的基桩静载荷测桩技术相比，奥氏法测桩技术具有以下明显优势：1) 提高了基桩静载荷试验能力。传统的基桩静载荷试验通常采用堆载法或锚桩法，对于堆载法而言试验荷载越高，试验结果的准确性越难保证；高荷载的锚桩法试桩对试验大梁及锚桩都有非常高的要求，所以传统基桩静载荷试验能力极其有限，一般很难突破50mn。奥氏法测桩技术充分利用桩的摩擦力与桩端阻力作为一对平衡力的基本原理，cell最大荷载量程通常只为预估单桩竖向抗压极限承载力的一半，这对于试桩而言可谓起到了“事半功倍”的效果，使得基桩静载荷试验能力大大提高。据lodatest网站报道，2005年3月于韩国，loadtest国际有限公司运用奥氏法对三根桩进行了静载荷试验，其单桩极限竖向承载力分别高达166mn、236mn、279mn，均创下了新的历史记录。2) 试验对场地没有过多的要求，也无需投入大量荷载物和设备。传统基桩静载荷试验如堆载法对场地面积、支墩土强度、进场道路都有相应要求，还需投入大量载荷和其它设备；锚桩法测桩对主（副）梁的强度、变形要求远远高于堆载法，还需要专门设置锚桩用于提供反力。奥氏法测桩在地面只需要架设基准梁的空间。3）奥氏法测桩安全程度较高。传统基桩静载荷堆载法试验常常存在堆重平台倾斜、倒塌问题，对现场检测人员有很大的安全隐患；锚桩法静载试验常常存在焊接锚筋突然断裂问题，这也会引起很大的安全问题。奥氏法测桩则不存在这些安全问题无容置疑，奥氏法测桩技术还是一门发展中的新技术，在一些方面还有待更深入的研究，但这丝毫不影响奥氏法测桩技术的推广应用。1.4 关于辉固集团辉固集团（fugro group）是名列世界第三的岩土工程咨询公司，对岩土工程、基础工程拥有专长，主要从事陆地和比陆地更复杂的海上平台的工程地质勘察，地基和基础的原位测试、检测、监测和岩土工程设计、咨询、顾问。目前中国海洋石油大多数平台的基桩设计就是由辉固公司来完成。辉固集团是中国（包括香港）loadtestg公司的设备总代理和测试承包商，近10年来在香港、澳门已完成了几十项奥氏法试桩；近2年在中国大陆也完成了一座特大型跨海桥梁及一座大型跨江公路桥的奥氏法试桩。2. 奥氏法测桩原理与技术实现2.1 奥氏法测桩原理 “cell”是奥氏法测桩的核心设备，其实质类似于液压千斤顶，cell外形见图1。图1 某工程正在连接灌注桩的型钢和cell试验时通过空压机驱动液压泵向该cell加压，cell 向下的作用力与下端桩土阻力为一对反力，向上的作用力与桩身的自重和侧摩土阻力成另一对反力。在加压的同时，观测桩顶位移、cell顶板位移、cell张开量、桩身应变等。在此基础上绘制桩侧土阻力位移曲线、桩端土阻力位移曲线等曲线，以求得桩侧土极限承载力或桩端土极限承载力，进一步可求得单桩抗压极限承载力等其它相关成果。图2为奥氏法测桩与传统静载方法原理对比。显然，两者具有不同的原理。但只要合理安排cell的位置，奥氏法同样可得到基桩极限承载力。2.2 技术实现图2 奥氏测桩法与传统静载方法原理对比前面已讲到，奥氏法测桩技术的核心设备是一种经特别设计加工的类似液压千斤顶的cell。loadtest公司具备大小不同的系列cell。每个cell在使用前均经过授权计量单位进行压力荷载的标定。图3是某工程曾采用的cell的标定数据表，在此列出，以作例证。根据试桩桩径、预估极限承载力大小的具体要求，可选用单个荷载箱，也可以多个并联布置；为了满足特定的要求，cell可以单层布置，也可以多层布置。选用的cell直径应小于桩径，为了使得cell上下基桩均匀受力，在其上下面应分别焊接一块具有一定厚度的钢板（也称加载钢盘），钢板直径略小于桩径，参见图4。cell一般焊接在主筋上，或内插h型钢上。图3 某工程采用cell的标定数据表（例） 加载钢盘 cell 图4 某试桩现场cell及加载钢盘示意图3奥氏法测桩仪器设备及安装奥氏法测桩仪器设备安装示意图见图5。从图中可看出，在制作灌注桩的钢筋笼或内埋型钢时，要按设计位置将cell安装到钢筋笼或内埋型钢的指定位置上，还要安装与检测有关的其它测试仪器。它们是用于测量cell张开量的振弦式位移传感器（见图6），测量桩身应变的应变计（见图7），测量cell上顶板位移的位移传递杆等。 图5 奥氏法测桩仪器设备安装示意图 图6 geokon4450振弦式位移传感器 图7 slope indicator生产的振弦式应变计为了能使在cell所在混凝土层面桩身顺利断开，cell上钢盘底面应涂上润滑油。传感器电缆和液压软管安装完毕后应理顺并编号。图8（下页）为某工程cell及相关设备安装图片。测桩仪器设备安装前，检查试桩成孔质量，并实施清孔后，将带有奥氏法所有仪器设备的钢筋笼或型钢按正常要求放入钻孔内，就位后按设计要求浇铸非收缩性水泥砂浆，并经过规定时间的固结，方可进行试桩的操作。cell位移传感器砂浆管驱动cell的液压管图8 某工程cell及相关设备安装图片在试桩开始前，在桩顶上方安装基准梁，用来测量桩顶位移。基准梁应架设在稳定的支撑上，基准梁一段与支撑固定，另一端可以自由移动。支撑位置应在三倍试桩桩径的范围外，以确保试桩过程中基准梁不会受到试验影响。在基准梁上方应加盖保护罩，以避免阳光直射以及风的影响，参见图9。为了监测基准梁受外界环境的影响情况，可在试桩区域之外架设精密水准仪， 校准目标点设置在基准梁的中心点。cell液压软管连接到动力设备上，动力设备是以压缩空气驱动液压介质的液压泵。所有仪器都将被连接到自动数据采集系统中，以实现自动采集数据。cell 内的压力也将被数据采集系统所记录。图9 某试桩现场基准梁安装示意图 4. 试验要求 4.1 试验目的 确定单桩竖向抗压承载力。4.2 试桩资料及要求1） 桩型：超前钻孔桩（内插h型钢:305mm305mm283mm）；2） 桩的直径：上部610mm，下部600mm；3） 嵌岩极限承载力：10560kn；4）持力层位于微风化岩层，嵌岩长度16m；5）试桩最大加载值：15840kn(105601.5)，约为16mn。4.3 试验执行标准1）本次试验遵循澳门地工技术规章之规定，执行美国astm d1143标准“基桩竖向静载试验标准”；2）必要时，可参照中华人民共和国行业标准jgj106-2003“建筑基桩检测技术规范 ”。4.4 终止加载条件当出现下列情况之一时，可终止加载：1） cell上部桩身侧摩阻力或cell下部桩身土阻力至少有一项达到极限承载力；2） 试验达到cell的极限负载（即达到8.0mn）；3） 试验达到cell最大张开量，即150mm。需要说明的是，基桩极限承载力的判定标准有两个：一是试验的qs曲线出现明显的陡降段，二是基础出现了不适宜建筑物安全运行的变形。对于本次试验，极有可能出现的是第二种结果，望工程设计方对此能提出具体要求，我方也愿积极参加关于该数值（或条件）的有关讨论，并按委托方最终确认的数值（或条件）来确定试验的极限状态。5. 试验计划及进度安排5.1试桩位置建议 建议试桩位置定在bh-02钻孔附近。5.2 cell选择根据本工程特点，选用的cell数量及主要参数应满足表1之要求。试验选用cell主要指标 表1cell指标数量直径最大行程极限负载 量 值1405mm150mm8.0mn注：cell的极限负载仅表示单向值，而试验时压力盒向上和向下同时加载，所以cell最大负载能力应是（单向）极限荷载的两倍，即8.0mn x 2 = 16.0mn。本次试桩将采用奥斯托堡的专利产品cell，该产品为美国制造并经标定。5.3 cell及应变计埋设位置根据设计资料本次试桩应属摩擦端承型桩，依据预估的桩侧极限摩阻力（在岩石段以水泥砂浆与岩石间的剪切力来提供）与预估的桩端极限阻力（也包括cell以下部分的侧摩阻）相等之原理，且借鉴同类地区同类桩的o-cell试验结果，本次试验cell可放置在离桩底6m处的桩身中（相当于标高-23.69m处），此外还放置7组（14只）应变计，见图10。bh01孔柱状土-2.24-1.79m地坪 + + + +-5.29填土海相沉积2组位移杆 永久钢护壁,外径10mm,厚度12mm -9.29h型钢305*305*283 冲积层第一、二组应变sg1、sg2 (4个) 向上桩径610-13.69向下桩径600-18.69第三组应变sg3(2个) 一个405mmo-cell及三只均匀分布的150mm振弦式位移传感器第四组应变sg4(2个) -23.24岩石q上破裂面-23.6969第五组应变sg5(2个) -24.14q下第六组应变sg6(2个) -26.69-29.19第七组应变sg7(2个)-29.69图10 cell及应变计位置图5.4 试桩进度安排试桩进度安排见表2。试桩进度安排一览表 表2序号工作内容时间（天）（1）收到试验通知书至仪器运到澳门中转站24（2）现场安装3（3）桩身砂浆浇注和养护x（4）测试3（5）提交报告7共计约37+x6. 需要业主和施工方提供的协助1）钻孔后应清孔，清孔合格后至浇筑水泥砂浆的时间间隔等系列操作，均应严格符合有关操作规程要求；2）提供起重设备，用于cell的搬运、装配和安装；3）清理桩头以便于安装试桩设备；4）提供220v/ac电源至检测现场；5）在检测现场，提供一个干燥并且安全的场所，以暂存cell；6）提供2块成型的直径约570毫米、厚度为50-60毫米的钢板，作cell承压盘用；并提供合格的电焊工和合适的电焊工具，来完成钢盘与cell的焊接以及将组件焊接在型钢上的工作；7）提供所有必须的设备、熟练操作人员，将cell以及装配有仪器的型钢沉入桩孔，然后完成砂浆的灌注工作；8）提供一个合适的场地环境，供设置基准梁及监测cell和桩顶位移；9）提供清洁水源用来冲刷和操作cell；10）提供注浆设施。如果需要，在完成试桩后，需对cell进行回填注浆；11）如果需要，则需提供必要的测量服务，以确定cell安装位置的准确，及基准梁随温度的变形以及周围的土层变形情况；12） 合适的空气压缩机（0.7mpa，每秒流量47升以上）；13） 基准梁（i型钢，高度40cm，长