基桩实验方案

平凉750kV变电站四期扩建工程 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩

试验及检测方案

审 核：

编 制：

甘肃众联建设工程科技有限公司

2015年8月

目 录

1工程概况..................................................................................................................... 1 2 工程地质及水文地质................................................................................................ 1

2.1 地层岩性及分布规律...................................................................................... 2 2.2 地基土工程性能评价...................................................................................... 2 2.3 地下水埋藏条件.............................................................................................. 4 2.4 水、土的腐蚀性.............................................................................................. 4 3试桩及检测依据......................................................................................................... 4 4试桩及检测目的......................................................................................................... 5 5 试验桩施工要求........................................................................................................ 6 6试验方法..................................................................................................................... 6

6.1单桩竖向抗压载荷试验................................................................................... 8 6.2单桩竖向抗拔载荷试验................................................................................. 10 6.3空底桩单桩竖向抗压试验............................................................................. 12 6.4空底桩负摩阻力测试..................................................................................... 13 6.5桩端阻力评定................................................................................................. 13 6.6基桩高应变检测............................................................................................. 13 6.7桩身完整性检测............................................................................................. 14 7试验工期................................................................................................................... 16 8试验报告内容........................................................................................................... 16 附图

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试验及检测方案

1工程概况

平凉变电站位于平凉电厂附近，初期为750kV开关站，本期为加强甘肃东部330kV电网结构，扩建为750kV变电站。拟建的750kV平凉变电站位于平凉市四十里铺镇王寨村。站址以南约150m为312国道，交通十分便利。

拟建站址在地貌上属泾河二级阶地，地形平坦、开阔，现为农田,标高1209.20~1216.01m之间。站址四周无不良地质作用。

总平面由北向南分别为330kV配电装置区、主变区及750kV配电装置区。750kV向南出线，330kV向北出线。主入口设在站区南侧。目前场平工作已经结束，具备工程试桩条件。

据《建筑抗震设计规范》GBJ50011-2001判定，场地土属中软土。站址区基岩埋深12.4～16.7 m左右，建筑场地类别Ⅱ类。

场地地形较平坦，无液化土层，因此场地属于抗震有利地段。

2工程地质及水文地质

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2.1 地层岩性及分布规律

由于本期扩建区域尚未做详细勘察，故以与其相邻的一期《岩土

工程勘察报告书》为依据出具本任务书。

站址区地层具有二元结构特征，上部为黄土状粉土，下部为圆砾，圆砾层下伏基岩为第三系泥岩。本次勘探最大深度17.8m，所揭露地层从上至下描述如下：

①黄土状粉质粘土（Q42 al）：褐黄色，硬～可塑，土质疏松，大孔隙、虫孔发育,具有强湿陷性，按黄土规范判定为新近堆积，一般层厚7.1~11.8m左右。

②细砂（Q4 1 al）：黄色~褐黄色，饱和，中密，级配不良。该层厚度0.2~0.4m左右，不连续。根据可研阶段的资料该层标准贯入试验N在13~15击之间。

③圆砾 （Q4 1 al）：以灰色为主，中密，成份以变质岩、灰岩为主，砂岩。磨圆中等，级配良好，无胶结。层顶深度为7.2~11.8m，层顶标高1201.82~1204.31m，本层厚度4.8~5.8m。重型动力触探试验N63。5在12~39击之间。

④第三系泥岩：棕红色，坚硬、致密。

2.2 地基土工程性能评价

（1）地基承载力特征值

根据室内试验成果及野外原位测试结果（标贯、动探），经按有关规范规定并结合工程经验提供各层地基承载力特征值见下表：

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地层编号 承载力特征值fak (kPa) 表2.2 各层地基承载力特征值表

① 130～150 ② 150～160 ③ 270～300 ④ 280～300 （2）黄土的湿陷性评价

依据室内试验成果，按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004）评价，场地自重湿陷量zs0～208.4mm；总湿陷量在0～316.5mm之间，场地湿陷性非常不均匀。6个探井中，按单井评价有3个探井表现为自重湿陷性，湿陷等级Ⅱ级,3个探井表现为非自重湿陷性，湿陷等级Ⅰ～Ⅱ级。

从本阶段勘测结果，黄土状土的湿陷性主要在上部土层，其自重湿陷量、总湿陷量均较大，下部靠近地下水位附近1～2m土层由于含水量偏大（平均含水量为21.9％），其自重湿陷量、总湿陷量均很小。综合考虑，本场地湿陷类型按自重湿陷场地考虑较为适宜，场地湿陷等级为Ⅱ级。

本场地黄土状土厚度7.1~11.8m，从试验成果看湿陷下限在7.3～11.5m左右，基本已到达地下水位处。 （3）砂土地震液化评价

场地土中②层砂土在丰水期、枯水期一般均处在饱和状态。根据本次勘察，②层分布不连续，呈透镜体状，厚度一般在0.2~0.4m，结合可行性研究阶段液化判别情况，本场地的液化问题可不予考虑。 （4）地基土工程性能分析

根据勘察成果对各层土的工程性能评价如下；

①层黄土状粉质粘土：具有新近堆积特征，承载力较低，具高压

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缩性，有湿陷性，不能作为天然地基持力层。

②层细砂：厚度小，不连续，不宜作为主要建（构）筑物的地基持力层。

③圆砾：强度较高，层位稳定，岩性均一，厚度大，可作为桩基持力层，通桩条件良好。

④第三系泥岩：棕红色，坚硬、致密。是良好的下卧层。

2.3 地下水埋藏条件

站址区为泾河二级阶地，地下水属第四系孔隙型潜水，补给来源主要为大气降水渗入补给和灌溉渗入补给。地势南高北低，地下水向泾河径流排泄。勘察期间地下水位埋深7.3～11.5m，地下水位标高1202.3～1204.0m。据调查，地下水位年变幅1.0 m左右。

2.4 水、土的腐蚀性

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）附录G(勘测期间,地下水位以上地层含水率21.9％；干燥度大于1.5)，站址环境类型为 I 类。地下水对混凝土及混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）附录G，站址环境类型为 I 类。地基土对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

3试桩及检测依据

根据变电站一期《岩土工程勘察报告》所描述的工程地质特点，

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为处理上部①层土的湿陷性，本工程采用长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩。

根据相关规程规范要求，在大面积工程施工前应选择有代表性的场地进行试验性施工，以检验所采用的地基处理方案对场地岩土工程条件的适应性和效果，为设计和施工提供参数。

试桩及检测依据的技术规范及相关文件：

（1）《建筑地基基础设计规范》 GB50007—2011 （2）《湿陷性黄土地区建筑规范》 GB50025—2004 （3）《建筑桩基技术规范》 JGJ94—2008 （4）《电力工程地基处理技术规程》 DL/T5024-2005 （5）《建筑基桩检测技术规范》 JGJ106—2014 （6）《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002 （7）变电站一期《岩土工程勘察报告书》

4试桩及检测目的

4.1 检验拟采用的地基处理方案对场地岩土工程条件的适应性及效果，为地基处理方案的优化提供依据。

4.2 验证设计参数，为工程桩的设计提供最佳参数。

4.3 检验成桩的可能性，确定工程桩的施工机具、施工工艺和成桩参数，为工程桩的施工管理提供依据。

4.4 研究工程桩施工时对场地和周围环境的影响，以便采取相应的工程措施。

4.5 确定工程桩的施工质量检验方法和标准：

（1）通过现场静载荷试验确定单桩竖向抗压承载力特征值。 （2）通过现场上拔静载荷试验确定单桩竖向抗拔承载力特征值。 （3）在自重湿陷性黄土场地，应对单桩竖向抗压及单桩竖向抗拔承

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载力特征值进行修正，同时确定桩端阻力特征值。 （4）采用高、低应变动力测桩手段测试单桩竖向抗压承载力和桩身质量，将静载荷试验和高应变检测所得到的单桩竖向抗压承载力特征值进行比较，为将来工程桩的检测提供可靠对比验证资料。 （5）评价在该地质条件下试桩的桩身完整性。 4.6 确定基坑开挖的时间和技术要求。

5试验桩施工要求

本工程地层具有二元结构特征，③层圆砾顶标高起伏不大，约2.5m左右。试验桩施工时严防雨水和地表水流入桩孔内。

站址内拟做9根试桩，平面布置见本方案附图-01。在天然地基土条件下，分别对一组3根桩进行竖向抗压静载试验、对另3根桩进行竖向抗拔试验；3根空底桩分别做正负摩擦桩试验，其中在天然地基土条件下做正摩阻力试验，在饱和状态下做负摩阻力试验。竖向抗压静载试验采用锚桩反力方案进行。锚桩、试桩平面布置图见附图-01。试桩、锚桩配筋及构造见附图02～05。

6试验方法

本次试验分为4种类别，以测得在该场地（湿陷性黄土）单桩竖向抗压承载力特征值、单桩竖向抗拔承载力特征值、湿陷性黄土天然状态下的正摩阻力与浸水后湿陷性黄土产生的负摩阻力。并由此推算出持力层（圆砾层）桩端阻力特征值。为设计提供依据。

①单桩竖向抗压载荷试验得出天然状态下的单桩抗压极限承载力Qu。

②单桩竖向抗拔载荷试验得出天然状态下的单桩抗拔承载力极限值Uu。

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③空底桩单桩竖向抗压载荷试验得出天然状态下湿陷性黄土的正摩阻力极限值qsik。

④空底桩浸水试验可测出湿陷性黄土浸水后产生的下拉荷载（负摩阻力）Qng。

⑤桩端阻力可通过单桩抗压载荷试验和空底桩单桩抗压试验得到的数值推算出来。

表6.1 投入本次试验的仪器设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 设备名称 千斤顶 千斤顶 千斤顶 测力计 油压泵 油压表/压力传感器 百分表/位移传感器 磁性表座 基准梁 基准桩 反力钢梁 笔记本电脑 汽车吊 卡车 电焊机（含配件） 水表 水管 规格/型号 320吨 100吨 50吨 0～500kN 1拖2 0～60MPa 0～30mm / 长6mI12工字钢 长1mφ50钢管 10000kN / 25t 8康 630 DN100 数量 单位 2 2 3 3 1 1 4 4 4 4 3 1 1 1 1 2 50 台 台 台 套 台 块 只 套 根 根 根 台 台 辆 台 只 m 用途 单桩抗压试验 单桩抗拔试验 正负摩阻力测试 正负摩阻力测试 千斤顶加载 测读压力 测读位移 固定位移计 安放位移计 固定基准梁 提供反力 控制加载、读数 试验点安装 设备进出场 焊接钢筋 浸水试验 浸水试验 甘肃众联建设工程科技有限公司

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6.1单桩竖向抗压载荷试验

试验及检测任务书提出，预估单桩竖向抗压极限承载力标准值不小于3600kN，锚桩设计按最大加载5000kN进行设计，试验时最大加载值按5000kN分级加载。

试验前先检测桩身完整性。加载采用慢速维持荷载法。 试验加卸载方式应符合下列规定：

1）加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力（5000kN）的1／10，其中第一级可取分级荷载的2倍（1000kN）。

2）卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。

3）加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的土10％。

慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定：

1）每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。

2）试桩沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min的沉降观测值计算)。

3）当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4）卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，

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维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。

当出现下列情况之一时，可终止加载：

1）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。

注：当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降量超过40mm。

2）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。

3）已达到设计要求的最大加载量。

4） 当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。

5） 当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。

单桩竖向抗压极限承载力Qu可按下列方法综合分析确定： 1）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。

2）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。

3）出现某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定时，取前一级荷载值。 4）对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s＝40mm对应

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的荷载值；当桩长大于40m时，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(D为桩端直径)对应的荷载值。

注：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。

单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定应符合下列规定： 1）参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30％时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。

2）当极差超过平均值的30％时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。

3）对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。

单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra，应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。

6.2单桩竖向抗拔载荷试验

试验及检测任务书提出，预估单桩竖向抗压极限承载力标准值不小于1400kN，试验时最大加载值按2000kN分级加载。

试验前先检测桩身完整性。加载采用慢速维持荷载法。

试验加卸载方式应符合下列规定：

1）加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加

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载量或预估极限承载力（2000kN）的1／10，其中第一级可取分级荷载的2倍（4000kN）。

2） 卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。

3）加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的土10％。

慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定：

1）每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶上拔量，以后每隔30min测读一次。

2）试桩上拔量相对稳定标准：每一小时内的桩顶上拔量不超过0.1mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min的上拔量计算)。

3）当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4）卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶上拔量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余上拔量，维持时间为3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。

当出现下列情况之一时，可终止加载：

1）在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。

2）按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100mm时。 3）按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍。

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4）对于验收抽样检测的工程桩，达到设计要求的最大上拔荷载值。

单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定：

1）根据上拔量随荷载变化的特征确定：对陡变型U-δ曲线，取陡升起始点对应的荷载值；

2）根据上拔量随时间变化的特征确定：取δ-lgt曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载值。

3）当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。

单桩竖向抗拔极限承载力统计值的确定应符合下列规定： 1）参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30％时，取其平均值为单桩竖向抗拔极限承载力。

2）当极差超过平均值的30％时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时可增加试桩数量。

单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值应按单桩竖向抗拔极限承载力统计值的一半取值。

注：当工程桩不允许带裂缝工作时，取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承载力特征值，并与按极限荷载一半取值确定的承载力特征值相比取小值。

6.3空底桩单桩竖向抗压试验

空底桩预估抗压极限承载力800kN，试验时最大加载按1000kN分级加载，试验方法同单桩竖向抗压载

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荷试验。

6.4空底桩负摩阻力测试

负摩阻力测试，采用悬吊法，在空底桩做完正摩阻力测试后，将桩悬吊起来，悬吊力取桩身自重，横梁之上安装测力计，其上安装一台千斤顶，千斤顶加载至桩身自重后，锁定千斤顶，

开始向试坑昼夜浸水，水表记录浸水量，测力计记录下拉力，（有条件时可以试桩顶安装位移传感器测试桩顶位移）。浸水饱和，测力计下拉力连续3天恒定不变时，认为负摩阻力已完全发挥，终止试验。此时测力计下拉力增加值就是桩侧总负摩阻力，该值除以桩侧总面积，便可得出负摩阻力值。

浸水坑长21.2m、宽10m、深0.5m，3根试桩使用一个浸水坑，水头高度不小于0.3m。

6.5桩端阻力评定

根据单桩竖向抗压载荷试验得出的单桩承载力特征值，扣除桩侧摩阻力，可得出桩端阻力值特征值。

6.6基桩高应变检测

对3根抗压桩采用高应变检测，与静载荷试验结果对比，为将来工程桩的检测提供可靠的对比验证资料。

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本次高应变动力试桩，采用拟合法分析。试验时，在桩顶以下二倍桩径处的桩侧，安装应变传感器和加速度传感器，用重锤锤击桩顶，在锤击过程中，用PDS2000型桩基动测仪进行信号采集，用专门分析程序对采集信号进行分析，得出所测桩在自然含水量状态下的单桩竖向极限承载力。

波形拟合法的基本原理是，首先把桩划分若干分段（单元），假定各分段的桩、土参数，如桩身阻抗、土的阻力及沿桩身分布、最大弹限及阻尼系数等。用实测的波形速度和力，作为已知边界条件进行波动程序计算，求得力或速度波形，反复调整各单元参数，用计算波形去拟合实测波形，两者进行比较，直到两者吻合达到满意为止，此时可认为对桩、土参数的假定和实际情况接近，从而得到单桩极限承载力、桩侧阻力分布、计算的荷载～沉降（Q~S）关系曲线等结果。

6.7桩身完整性检测

试验前对所有桩采用低应变法检测桩身完整性，检测数量21根。 采用应力波反射法，将嵌入岩土中的桩，视为在阻尼介质中的一维弹性杆体。若在桩顶施加一瞬间激振力，便产生弹性波，并沿桩身向下传播至桩底。当波遇到波阻抗变化界面（如断桩、缩径、夹泥、离析、扩径、桩底等）时，将产生反射和透射。

反射系数（Rf）和透射系数（Rt）分别为：

RfZ1Z22Z1RtZ1Z2 Z1Z2

式中，A、ρ、c、Z分别为桩身横截面积、介质密度、纵波速度和广义波阻抗。由反射系数公式可知，若Rf≠0，便存在波阻抗差异

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而产生反射波，反射波被置于桩顶的传感器接收。通过分析反射波的相位、振幅、频率及反射系数的正负，并结合砼波速和强度等综合参数，评价桩身的质量优劣。若安装在桩顶上的传感器接收到的反射时间为t，则桩底或桩身缺陷界面处的深度x由下式决定：

ZAc

x

1txc2000

式中：x——桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）；

tx——速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）； c——受检桩的桩身波速（m/s）。

根据实测时域信号特征，结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等，对桩身完整性类别进行综合分析判定。桩身完整性分类，见表6.7。

表6.7 桩身完整性分类表

桩身完整性类别 Ⅰ类桩 Ⅱ类桩 Ⅲ类桩 Ⅳ类桩 桩身基本完整 桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥 桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响 桩身存在严重缺陷 分类原则 低应变动力测桩，须对桩顶进行处理，清除桩顶混凝土疏松层，凿平桩顶，将传感器平稳地固定在桩顶混凝土新鲜面上、并尽量避开钢筋笼。测试前，首先检查电源、仪器及其它设备是否正常，再根据场地基桩情况选择仪器的工作参数，如采样时间、滤波频率、增益，进行激振方式和激振能量等激振条件的试验，获得满足检测目的所需

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要的激振条件。

7试验工期

在试验桩施工完28天后开始试验，试验顺序为：①高、低应变检测→②抗压桩3根→③空底桩抗压试验3根→④抗拔桩3根→⑤开挖浸水坑做负摩阻力测试3根（同时进行）→⑥分析整理编制试验报告。

①抗压桩每根桩试验2天，一周内完成； ②空底桩每根桩试验2天，一周内完成； ③抗拔桩每根桩试验2天，一周内完成；

④负摩阻力测试，预计浸水时间20天，根据浸水情况确定； ⑤编制报告7天；

合计试验工期为48天。高低应变检测在试验期间穿插完成。

8试验报告内容

（1）工程概况、试桩目的、要求及所完成的试验，监测、检测工作

量；

（2）场地岩土工程条件； （3）执行的规程、规范及标准；

（4）试验桩的施工情况，施工机具、施工工艺及质量控制标准； （5）各单项试验的成果与分析；

（6）原位试验、监测与检测手段和方法，方案布置及完成的工作量，

测试成果和岩土工程分析（含桩基工程施工对地基土和环境影响评价）等；

（7）试桩成果的综合分析与评价；

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平凉750kV变电站四期扩建工程

长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩试验机检测方案 第 17 页 共 17 页

（8）结论与建议。（结论中必须明确在本工程自重湿陷性黄土场地桩基经过正、负侧摩阻力修正后的单桩竖向抗压承载力及抗拔承载力特征值。明确在现阶段地下水位埋深的情况下采用干作业成孔的可能性和人工清底的可能性。若必须采取泥浆护壁成孔工艺时，为满足现场文明施工的要求需采取的具体措施，以及成孔时是否需要采用孔口护筒，护筒的埋设深度和高度也需给出详细的建议值，在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的具体措施，在软土层钻进时应根据泥浆补给情况控制钻进速度的参考值） （9）相关的图表和附件。

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