浅谈自平衡静载试验在基桩检测中的应用高晓雯

浅谈自平衡静载试验在基桩检测中的应用高晓雯

高晓雯

信息产业部电子综合勘察研究院陕西西安710054

摘要：自平衡静载试验是在桩身中预埋荷载箱，利用桩身自重、桩侧阻力及桩端阻力互相提供反力的试验方法。该方法试验时与实际工作受力状态一致，可直接测得桩端阻力与桩侧摩阻力，实施简单、直观，测量位移准确，且不受场地限制。本文将对自平衡法的基本原理和试验方法进行论述，分析试验难点，总结影响试验可靠性的因素，为该方法的应用提供参考。

关键词：自平衡法；静载试验；基桩检测

0前言

上世纪六十年代末，日本的中山和藤关提出了桩侧阻力作为桩端阻力的反力来测试桩的承载力的概念[1,2]。八十年代中期，美国西北大学Osterberg教授[3]也提出了类似的技术，并将此技术应用于工程。自平衡法已经在美、日等国广泛应用，江苏、香港等地也逐渐应用较多，今年我国还颁布了关于该法相应的标准[4]。

目前传统的静载试验主要有堆载和锚桩两种形式，试验工作费时、费力、不经济，遇大吨位桩基时，常不能得到桩基的极限承载力数据，使桩基的潜力不能充分地利用。相比较而言，自平衡法比传统方法装置简单，可准确地得到桩身的侧阻力与端阻力的分布及各自的荷载-位移曲线，在水上试桩、山区试桩、基坑底试桩、斜桩、抗拨桩等情况下该方法更显示出优势。

1试验原理

自平衡法的原理是将一种特制的加载装置——荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩身经过估算的某一位置，将加载箱的加压管以及所需的其它测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。由加压泵在地面向荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与这些参数之间的关系的计算和分析，获得桩基承载力，并且也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。将测出的上段极限承载力经一定处理后与下段极限承载力相加即为桩基极限承载力。

2试验装置与及其安装要点

试验设备包括：荷载箱、油管、位移杆、油泵、压力计、位移传感器、基准梁等。荷载箱的形式多样，与荷载箱选型相关的技术参数如下：额定吨位、外径、内径、行程；有效面积、埋深位置；是否注浆、是否智能、是否声测等。

自平衡试验中，荷载箱的埋设位置是试验的重点。荷载箱埋设位置估算时，主要依据以下几个技术参数：

1）土层：根据地质勘察报告，查明桩周土层的侧摩阻力、端承力、顶层标高、底层标高、地下水位标高等。

2）基桩：根据设计图纸明确成桩工艺、桩身材料、设计承载力、持力层、桩径、桩长、进入持力层的长度、桩顶标高、桩底标高、超灌长度、混凝土充盈系数等。

3）荷载：最大试验荷载、极限承载力标准值、承载力设计值、承载力特征值、桩端阻力、桩侧摩阻力。

荷载箱的埋设位置应符合以下规定：

1）当受检桩为抗压桩时，预计极限端阻力小于预估极限侧摩阻力时，应将荷载箱置于桩身平衡点，即上段桩试验力等于下段桩试验力处，其中，上段桩试验力为桩侧摩阻力+桩身混凝土容重-地下水浮力；下段桩试验力为桩侧摩阻力+桩端阻力-桩身混凝土容重+地下水浮力。

2）当受检桩为抗压桩时，预计极限端阻力大于预估极限侧摩阻力时，可将荷载箱置于桩端并在桩顶采取一定量的配重措施。

3）当受检桩为抗拔桩时，荷载箱应置于桩端；下部提供的反力不足以维持加载时，可采取加深桩长或后压浆措施。

3试验方法

试验时，从桩顶通过高压油管对荷载箱内腔施加压力，箱顶与箱底被同时推开，产生向上与向下的推力，从而调动桩周土的侧阻力与端阻力来维持加载，同时通过引至地面的位移棒测读下段桩的沉降和上段桩的向上位移。荷载箱中的压力可用压力计测读，荷载箱的向上、向下位移可用位移杆测得。实验数据可得到两条向上、向下的荷载-位移曲线，由此推得桩顶荷载-位移曲线，从而得到桩极限承载力。一般按以下几个步骤进行：

1）按单桩承载力、桩尺寸加工荷载箱、测杆，并进行系统标定。

2）根据地质资料及基桩设计图选择合适的荷载箱类型，并估算荷载箱的埋设位置。

3）在预定的埋设位置焊接荷载箱，下放钢筋笼，浇筑混凝土，完成基桩施工。

4）在桩身强度达到设计要求的前提下进行试验，加载方式采用慢速维持荷载法。

5）分别记录每级荷载箱的荷载值与桩体的位移，绘制出桩体上半部侧摩阻力与桩体向上位移的关系曲线，以及桩体下半部分桩端阻力与桩身向下位移的关系曲线。

6）根据试验得到的上述两条曲线综合分析得到为桩顶荷载-位移曲线。

慢速维持荷载法应符合下列规定：

1）加载应分级进行，采用逐级等量加载，每级荷载宜为最大加载值的1/10，其中第一级加载量可取分级荷载的2倍；

2）位移相对稳定标准：从分级荷载施加后的第30min开始，按1.5h连续三次每30min的位移观测值计算，每小时内的位移增量不超过0.1mm，并连续出现两次；当位移变化速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；

3）卸载应分级进行，每级卸载量宜取加载时分级荷载的2倍，且应逐级等量卸载。

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

4影响试验可靠性的因素

当试验出现加不到指定荷载或加载无位移时表明试验是失败的，主要原因在于荷载箱质量与施工不当，具体原因分析如下：

1）荷载箱面板变形导致荷载箱偏心加载，油缸内密封圈变形，油压大时出现活塞漏油；

2）油管破损或者接头未拧紧导致油压大时出现油管爆裂，荷载箱缸内加不上压；

3）油管快速接头未固定导致接头连接部位脱落，油到不了荷载箱油缸；

4）位移管运输过程被压弯或钢筋笼扭曲变形导致位移管/杆扭曲，混凝土浇捣后下部位移杆被卡死，下部管/杆不能运动；

5）位移管密封不好导致杆与管内流入水泥浆，杆被管卡死，杆不能自由伸缩；

6）位移杆/管间连接滑动导致位移杆顶不能与荷载箱面板同时伸缩。

4结语

自平衡试桩方法装置简单、便于安装，场地占用少，特别适用堆载试验比较困难的工程，适用于承载力高的大直径桩，具有很大的发展前途。目前该方法计算荷载箱埋设位置较粗略，影响因素多，需要大量的工程经验，是自平衡技术研究的一个方向。

5参考文献

[1]建筑基桩检测技术规范M].中国建筑工业出版社，2014.

[2]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].中国建材工业出版社，2004.

[3]李志成,高乔明.桩基础试验[M].北京:中国林业出版社,2001.

[4]建筑桩基自平衡静载试验技术规程[M].中国建筑工业出版社，2017.