试桩工程方案设计

试验桩简介

第十六章 试桩工程的方案设计

§1、概述

1.1、试桩工程的设计目的

XXXX大桥索塔桩基础规模庞大，桩径大、桩长长、数量多，索塔墩共计钻孔桩32根，桩径为φ2.5m，桩长为22.8～44m不等。中引桥为6跨连续刚构梁，双幅布置，桥墩均在XXXX岛上，除43＃墩设置在北锚碇上外，44～47＃桥墩基础共有32根直径1.8m的钻孔灌注桩，桩长29.1～38.6m不等。施工上有较大的难度，通过试桩进行工艺试验，检验施工工艺和设备是否满足施工要求，确定工艺参数。

1.2、试桩设计

根据第02号补遗书的要求，试桩工程将由业主委托第三方进行，对于具体位置、数量及其内容，本投标人仅提供初步的建议性方案。

根据设计图纸及现场情况，初步确定试桩一根，桩径采用φ2.5m，试桩位于47#墩～48#墩之间大堤内侧陆地上，此处地质条件基本与水中48#主塔墩位处相同，由上而下地质分别为淤泥质土、粉（细、中、粗、砾）砂、亚粘土、全（强、弱、微风化）混合岩等，具有代表性。试桩设计穿过淤泥质土、粉（细、中、粗、砾）砂、亚粘土、全（强、弱、微风化）混合岩，嵌入微风化混合岩，桩底高程-45.5m，桩顶高程+5.5m，桩长51m。试桩混凝土标号水下C30，钢筋笼结构设计与48#主塔墩相同。

§2、试桩工程建议性施工方案

2.1、试桩的主要内容

试桩内容包括泥浆配方、钻进工艺、清孔效果以及成桩后质量检测等。

2.2、试桩流程

填岛建立施工平台→埋设钢护筒→安装钻机，拌制泥浆→钻孔→一次清孔→拆除钻具→检孔→安装钢筋笼、导管→二次清孔→填充水下混凝土、养护→桩身混凝土质量检查。

2.3、试桩工艺试验方案

试验桩简介

2.3.1、钻机选型

依据本桥地质情况，钻机及钻孔工艺由业主委托的第三方自主选择。本投标人仅提供初步的建议性方案，拟采用KPG－3000型反循环钻机施工试验桩。

2.3.2、钢护筒加工制造及埋设

施工准备：钢护筒制作直径Φ2.7m，长3m；测量放线定桩位后采用挖坑法埋设钢护筒，护筒高度宜高出地面0.3米，护筒底部及四周用优质粘土回填并夯实。钢护筒安装完毕后应满足中心偏差不大于2cm，倾斜度不大于1/200。

2.3.3、泥浆及钻孔

1、根据以往施工经验，结合规范要求，经试验室配比试验订出满足钻孔需求的泥浆配方，并在工艺试桩过程中对泥浆的各项指标，性能进行分析和调整。泥浆指标应达到：①覆盖层正循环钻进时：使用PHP泥浆，比重为1.20～1.45，粘度19～28S，PH值8～10，含砂率8～4%，胶体率≥96%；②岩层反循环钻进时：使用PHP泥浆，比重为1.06～1.15，粘度18～28S，PH值8～10，含砂率≤4%，胶体率≥95%。

2、开钻时以低档慢速正循环钻进，穿过覆盖层进入岩层则改为气举反循环钻进，钻进过程中坚持减压钻进，保持重锤导向作用，保证成孔垂直度。

3、在钻孔过程中，泥浆从孔中吸出后，采用ZX-500型泥浆净化装置净化然后循环使用，注意经常对钻孔泥浆抽检试验，不符合要求时及时调整。

4、在钻孔过程中，特别是在反循环钻进阶段，应时刻注意观察护筒内外水头差变化情况，保持孔内水头高出地下水位2m以上。

5、结合以往施工经验，初步确定钻速为1.5～2.0m/h，正常钻进时应参考地质资料掌握土层变化情况，及时捞取钻渣取样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料进行核对，根据核对判定的土层及时调整钻机的钻速及进尺。

6、钻孔达设计标高后，对孔深、孔径和孔形进行检查，并报请监理工程师到现场检查验收。检查合格后，用换浆法反循环清孔。泥浆指标及孔底沉碴，满足规范要求后，拆除钻杆，下钢筋笼及导管二次清孔。使孔底沉淀物厚度不大于5cm，准备灌注混凝土。

2.3.4、钢筋笼制作、吊装

试验桩简介

由于试桩钢筋笼较长、特别重，分4节吊装，主筋全部采用镦直螺纹连接器接长。每根桩设置4根φ60声测管，声测管同钢筋笼一起吊装，接头间采用套管接头。

2.3.5、混凝土灌注

1、试桩采用泵送水下C30混凝土，对混凝土骨粒粒径进行严格控制，优化配合比。

2、灌注混凝土采用φ300mm快速卡口接头导管，导管使用前须做水密试验，导管埋深按规范要求宜控制在2～6m。

3、混凝土搅拌出机后延时12h坍落度要求不小于100mm，以保证混凝土灌至桩顶后，由孔底带上来的混凝土仍具有良好的流动性。

2.4、试桩质量检测

2.4.1、孔形检测

1、测试仪器及测试原理

测试采用CDJ超声波检测仪，它由主机、绕线器和绞车三大部分组成，其测试原理是利用超声波在均匀介质中传播速度恒定理论，通过实测超声波的发射，接收时间差直接得到探测器至孔壁距离。

实际检测过程中，由绞车将探测器自动放下并靠探测器自重保持测试中心处于铅垂位置，各种测试数据由记录仪做同步放大并产生高压脉冲电流，利用记录笔的高压放电在专用记录纸上同时记录两孔壁信号。

2、检验标准

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）结合招标文件要求，试桩孔径不小于设计桩径，倾斜度小于1/200。

3、测试结果的分析方法

① 孔径分析

假设某截面测试的两个方向AB与CD，孔为圆形，o为圆心，半径为R1，O’为测试探头中心，LA、LB、LC、LD分别为O’点到A、B、C、D点的距离，于是可导出计

算R的公式为：

R (LC LD)2 (LB LA)2 (LA LB)2 (LC LD)2/4

孔的直径为2R。

试验桩简介

探头中心偏离孔的中心距离OO’为： S OO' 0.5 LA LB2 LC LD 2

按上式计算出孔口截面探头中心偏离孔的中心距离S0以及任一截面探头中心偏离孔的中心距离S，两者之差即为该截面偏离孔口中心轴线的距离。

L S SO

② 倾斜度分析

通过按上述方法分析计算出孔口中心轴的距离ΔL底，ΔL底与孔深H之比的百分率即为倾斜度

倾斜度=（ΔL底/H）×100%

2.4.2、超声波检测

1、测试原理

混凝土是由多种材料组成的。从宏观上看，为非单相非匀质的多孔结构；从力学特性看，是一种弹——粘——塑性体。因此各相之间有较大的声阻抗差异并存在许多声学界面。因此超声波在其中传播必然有较多的能量消耗，同时由于方向性差而形成漫射的特性，基础遇有缺陷时，声波要绕过缺陷，或在传播速度慢的介质中通过，这样传播时间长，造成计算声速降低。同时由于缺陷界面的反射、散射，声波的波幅也伴随能量损失显著下降。实践证实，声波通过混凝土后，其频率会明显降低，波形有时也会产生畸变。因此，我们可以利用超声波在混凝土中传播的声学参数：声速C、频率F、波幅A的变化及波形来分析混凝土的质量。

根据上述基本原理，用声测法检验混凝土质量必须让超声波脉冲穿过待测部位。为此，在钻孔桩混凝土灌筑过程中预埋4根探测管（固定在钢筋笼上），让超声波的发射和接收探头分别置于充满水的两个探测管中。对相应部位逐个进行声学参数测量。

2、缺陷的综合判定法（NFP法）

为了克服用单一参数判别缺陷的缺点，拟采用一种使用多因素：声速、频率、波幅，通过对总体的概率分析，获得一个综合判断值NFP来判断缺陷的方法。