浅析桩承载力自平衡法对桩基检测的推进

浅析桩承载力自平衡法对桩基检测的推进

刘冰

九方安达工程技术集团有限责任公司湖北武汉430000

摘要：自平衡法是基于静载荷试验发展而来的建筑桩基检测方法，它可以快速检测隐蔽桩体的极限承载力。文章阐述了自平衡法测桩技术，分析了自平衡法测桩技术中荷载箱位置的设置对于桩基极限承载力的影响。

关键词：桩基检测；承载力试验；自平衡法

随着高层建筑、桥梁工程等建设项目的增多，桩基础的应用量越来越大。如何正确评价单桩的承载能力，选择合理的测试手段是关系到桩基础是否安全与经济的重要问题。

一、自平衡测试桩法

1、原理。自平衡测试桩法是模拟纵向抗压(抗拔)桩的实际工作环境的一种桩基试验方法，试验中将特制的荷载箱(一种加载装置)安放在桩体的预定位置，并把与荷载箱连接的高压油管、位移杆引出地面；试验中，通过地面(平台)的高压油泵向荷载箱内注油加载，荷载箱加载后将力传导至桩体，使荷载箱上部桩体的极限侧摩阻力与荷载箱下部桩体的极限侧摩阻力达到平衡，在此平衡状态下完成加载过程，并获得桩体的极限承载力数据(图1)。

图l自平衡试桩法测试示意图

自平衡试验装置的核心是荷载箱，它主要由活塞(多个特制千斤顶)、顶盖(承压板)、底盖(承压板)及箱壁4部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布设位移杆。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体，放入钻孔内的指定位置，即可浇注混凝土成桩。试验时，在地面上通过油泵向荷载箱内千斤顶加压，随着压力的增加，荷载箱的顶、底盖将同时向上、向下发生位移，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。荷载箱中的压力可用压力传感器测得，荷载箱向上、向下的位移可由位移传感器记录。地面记录采集器依据实测数据绘出向上的和向下的力，以及相应的位移曲线，根据Qs曲线、s—lgt曲线和s—lgQ曲线，可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力，将上段桩极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为试验桩的极限承载力。

二、桩自平衡测试的注意事项

1.绑扎、焊接钢筋笼和检测管时，检测管连接需用套筒围焊，确保其不渗浆液，与钢筋笼绑扎成整体。荷载箱应立放在场地上，钢筋笼所有主筋与荷载箱外缘围焊，并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离，保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘点焊，保证荷载箱水平度小于5‰。

2.导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，当荷载箱上部混凝土大于2.5m时导管底端方可拔过荷载箱，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷载箱处上翻。

3.埋荷载箱前检查桩径，桩长，油管及钢管长度，钢管距离。

4.埋完荷载箱，保护油管及钢管封头，浇混凝土前应先将钢管封口，以防杂物漏入。

5.测试过程中应做好导线保护、仪器设备的冲击、防振动和免受气候条件的影响措施。

6.保证供电（380V、220V两种电源），试桩周围10米内不得有较大的振动。

三、桩自平衡测试的优点

1.工期短荷载箱埋设后待混凝土达到一定（70%左右）强度。对于嵌岩端承桩，可用提高混凝土强度等级或在混凝土中加早强剂的方法使测试时间提前，并且多根桩同时测试，测试时间大大缩短；

2.材料省试桩桩顶无需特殊处理，也不需露出地面，对于有地下室的桩基础，与其它试桩法相比，桩长减小很多，因而节省材料，降低试桩本身的造价；

3.场地小由于无需笨重的反力架和大量的“堆载”，加载只需几台高压油泵，占用场地极小，且不受场地条件的限制。测试时只要能保证在试桩周围10米内无较大的震动，施工可照常进行；

4.该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，因而可清楚地分出侧阻力与端阻力分布和各自的载荷-位移曲线；

5.试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆。

四、桩承载力检测分类及简析

桩的测试方法分为静载荷试验和动力测桩两大类，还有抽芯法和静力、动力触探以及埋设传感器法等辅助类方法。目前桩的承载力检测主要为静载荷试验，其主要采用锚桩法、堆载平台法、地锚法、锚桩和堆载联合法以及桩承载力自平衡法等。桩承载力自平衡法测试技术为国外引进新的检测技术，其特点更为接近桩实际工作中的状态，排除了堆载试验中桩周土受压造成试验桩试验时工况不同于实际。除此之外锚桩法和地锚法等都无法排除因所建的反力系统改变了试验桩实际土压力带来的影响。从上表中可以看出，对于不同的试验方法，基本原理中的加压方式均采用液压千斤顶施压，不同之处在于千斤顶另一端的反力系统建立所采用的方式不同。

1.各检测方法的弊端。（1）堆载平台法。堆载平台法在目前的桩承载力试验中较为常见，虽然目前此法在实际中使用较多，但目前的平台对试桩及基准桩附近形成大面积堆载，影响试桩工作状态和基准桩的设置，甚至造成平台失稳事故。堆载耗费大量的人力物力于堆载平台的搭设上，同时标准块的运输等也耗费很多资源。同时此法不能测得桩抗拨值。（2）地锚法。地锚法不能用于承载力大的桩，也不能用于抗拨桩。（3）锚桩法。锚桩法，在群桩工程中才可以使用，同时因为作反力系统的桩承载力本身也不清楚，所以试验数据不准确。同时桩与桩之间的裙桩效应也破坏了，也得不到桩实际工作中的数据。（4）堆载联合法。集合了以上三种试验方法的特点，对其缺陷有一定的互补作用，但还是对桩周土有一定影响不能得到桩实际工作状况中的数据。（5）自平衡法。平衡点的精确计算存在一定困难，依托于地质状况的很多复杂数据和经验数据。但地质数据可通过超前钻探获取。①如果要比较桩底注浆前后的抗压承载能力，荷载箱一般要安排在“平衡点”明显偏下的位置，即采用“不平衡法”的加载方案。②如果要测试桩基的抗拔能力极限，通常需要将荷载箱安排桩底位置。对于桩底持力层反力不足的桩基，有时还要加深桩底位置，直至保证桩底端承力明显高于上部摩阻力，这也是一个“不平衡点”加载方案的例子。③如果试验目标只是验证抗拔力是否能够达到某一目标值，而估算到部分上部桩体的摩阻力即可达到试验值，那么，荷载箱就可以安排在桩底向上一定距离的位置，只要满足“不平衡”条件即可，即：下部承载力>上部摩阻力。④经常遇到测试抗压桩“极限承载力”的项目。常规的方案是，在整体桩基承载力的“平衡点”设置荷载箱来加载。这种“自平衡法”，一般只适用于测试“承载力是否能够达到某一目标值”，只要“平衡点”计算得足够准确就可以了，即使荷载箱上下的两部分桩体不能同时达到失稳，也可以完成试验。但是，如果试验目标是测试“极限承载力到底是多少”，就只能安排两层荷载箱，分别在两个“不平衡点”加载。相关计算详见《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》（JGJ/T403-2017）。

2.自平衡法较其它方法独有的特点。（1）经济上。自平衡法成本仅为囊式千斤顶及相连油管，位于丝及套管、注浆管等预埋于桩内，其余设备均可重复利用。成本远远低于做堆载的运输及机械台班费。（2）效率上。因测试时仅用很少的安装时间，其余加载与其它方法相同。安装程序和工艺上远远优于其它方法。（3）试验结果上。最后得到的数据，根据平衡点的不同位置，自平衡法一次试验最多可以同时得到桩的抗压和抗拨承载力值。同时桩周土除没有实际的群桩效应影响外，均与桩工况实际相同，数据更为可靠。

自平衡试验法已成功用于研究时间效应、岩层水平抗力系数、循环加载效应和施工技术对钻孔灌注桩承载力的影响，具有对深基础指定区域单独加载的独特功能，是一种非常有用的研究工具。

参考文献

[1]昊萧.基桩静载试验白平衡法．2015.

[2]丁海.建筑基桩检测技术规范．2015.

[3]霍涛．桩承载力自平衡测试理论与实践．2015.