樁基承載力自平衡測試有關(guān)問題的探討＊

羅文軍

(張家界市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理處，湖南張家界427000)

樁基承載力自平衡測試有關(guān)問題的探討＊

羅文軍

(張家界市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理處，湖南張家界427000)

自平衡試樁法是一種新型的樁基試驗方法，但是目前我國自平衡試樁法在實際工程運用中還存在一些技術(shù)問題。因此澄清對這些問題的認(rèn)識，明確自平衡法在實際工程中應(yīng)該注意的關(guān)鍵點，有利于自平衡法的進一步完善和推廣，對于樁基工程中試樁技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

自平衡試樁法;轉(zhuǎn)換系數(shù);平衡點;承載力

為了滿足大噸位試樁等特殊情況下的試樁要求，Osterberg于1989年開發(fā)了Osterberg試樁法。在國內(nèi)，龔維明于1996年率先成功地將該技術(shù)實用化并將其命名為自平衡試樁法。目前工程中利用荷載傳遞法將自平衡結(jié)果轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)靜載Q－s曲線常用“精確轉(zhuǎn)化法”。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑、大型廠房及橋梁等重大工程建設(shè)越來越多，基礎(chǔ)工程的重要性越發(fā)突出。作為深基礎(chǔ)的一種，樁基以獨特的優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年樁基量達100萬根以上。近年來，在建筑領(lǐng)域中，一柱一樁基礎(chǔ)得到了廣泛的應(yīng)用。由于無須設(shè)計大承臺，一柱一樁基礎(chǔ)和一柱多樁基礎(chǔ)相比，受力更明確、計算更簡潔、經(jīng)濟性更好、施工更快捷。技術(shù)的廣泛運用，大直徑樁也得到了大量使用。大直徑樁一般是指直徑等于或大于800 mm的樁。采用大直徑樁可以顯著提高單樁的承載力。在樁長不變的情況下，增大樁徑可使樁側(cè)面積、底面積增大，使單樁的極限承載力得以提高。另一方面，由于樁徑的增大，克服了樁身的不穩(wěn)定性，抗軸壓和水平彎矩的能力得以提高，可使樁設(shè)計得更長，以利用深部力學(xué)性能良好的土層。多高層建筑、大跨度建筑的發(fā)展都要求提高基礎(chǔ)的承載力，為大直徑樁的應(yīng)用與研究提供了更多的契機。樁徑變大使承載力提高的同時也給樁的荷載試驗帶來了困難。單樁承載力越高，對靜載荷試驗的堆載或反力系統(tǒng)的能力的要求也越高，而且使試驗費用急劇增加。由于自平衡試樁法具有省時、經(jīng)濟、技術(shù)先進等優(yōu)點，所以取得了顯著效果。

一、自平衡樁基試驗法的優(yōu)點

與傳統(tǒng)的靜載試樁法相比，自平衡試樁法擁有以下優(yōu)越性:

1．裝置簡單，占用場地少，無需加載重物，不需構(gòu)筑反力梁。

2．與傳統(tǒng)方法相比，可以節(jié)約大量成本，雖然荷載箱為一次性投入器件，需投入一定量的成本。

3．試驗后試樁經(jīng)過處理后仍可作為工程樁使用。

4．能同時在樁基的不同深度試驗或同一樁端深度的同時間在同一根樁上方便地進行樁基測試實驗。

5．試驗可對加載時間進行控制，可以得到實測的樁側(cè)和樁端阻力的蠕變行為的數(shù)據(jù)。

6．該方法對場地有很強的適應(yīng)性，當(dāng)設(shè)置傳統(tǒng)的荷載平臺或錨樁反力梁比較困難時，此方法就更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。

7．此試驗方法還有操作輕便、靈活、技術(shù)先進、加載簡單且自動化程度高受外界環(huán)境干擾因素影響小等優(yōu)點。

8．對于承載力高的大直徑樁等工程，能滿足工程的精度要求，并可確定樁基礎(chǔ)的極限承載能力。

9．自平衡法還可用于樁土相互作用機理的深入研究。

二、自平衡測試方法的不足之處

(一)自平衡試樁法理論與實際工程上的差異

首先在“自平衡法”中強調(diào)的是正負(fù)摩阻力的平衡問題，但是在樁基工程中兩者的不同已是工程界公認(rèn)的事實，若簡單的將之建立等式有失偏頗;其次自平衡靜載試樁法的剛性體假設(shè)是當(dāng)荷載箱以下的樁側(cè)阻力與樁端阻力之和達到極限時，荷載箱以上的樁側(cè)阻力也同時達到極限值時，才能比較準(zhǔn)確地測定全樁的極限承載力，在實際中，達到這一點是很難的;而且在小荷載水平時，樁土體系才近似為彈性體系，隨著荷載的增大，會表現(xiàn)為非線性的特征。這就指出了“自平衡法”彈性轉(zhuǎn)化公式的不合理性;邊界條件在樁土體系的承載力的分析中，起著至關(guān)重要的作用，所以在自平衡試樁法中不能簡單把兩段試樁中承載力和位移等同一根完整樁的樁土體系的承載力與位移。

(二)自平衡試樁法在實際工程中操作上的困難之處

“自平衡法”中平衡點的預(yù)估計直接關(guān)系到荷載箱在樁身的安放位置，在實際操作中，一般是“按經(jīng)驗”將荷載箱置于樁身某處，往往引起結(jié)算結(jié)果與實際試驗結(jié)果的差異，“自平衡法”的計算方法有簡化方法和精確方法，對于不同的情況應(yīng)區(qū)別對待，這方面在實際操作中帶有隨意性。

(三)轉(zhuǎn)換系數(shù)γ的取值

由于自平衡試樁上段樁在試驗時是向上頂?shù)?，樁周土層有越來越松散的趨勢，而壓樁情況正好相反，土層越來越緊密。因此，對于自平衡試驗，上段樁承載力實測值的降低并不是真實地反映樁的極限承載力的下降，因此需要進行轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換系數(shù)根據(jù)土層的不同各不相同，在缺乏實測依據(jù)和經(jīng)驗的情況下，可以取規(guī)范中的推薦值。目前，規(guī)范對這個系數(shù)的建議只考慮了土層的類別的影響，粘性土為0．8，砂性土為0．7，并不包含成孔工藝的因素。在進行自平衡測試結(jié)果向傳統(tǒng)靜載轉(zhuǎn)換計算的過程中，綜合轉(zhuǎn)換系數(shù)將給分析結(jié)果帶來較大的影響，同時也是分析誤差的主要因素。目前，國內(nèi)外對此的對比分析與研究還很不充分，需要積累大量的工程實例資料，以提高自平衡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。

三、自平衡法存在問題的解決辦法以及其發(fā)展前景展望

1．關(guān)于正負(fù)摩阻力之間建立了相應(yīng)的關(guān)系，但是正負(fù)摩阻力的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換這方面的理論還不是很完善也是自平衡試樁法有待解決的問題。

2．對于剛性體假設(shè)可以采用精確轉(zhuǎn)換法解決，精確轉(zhuǎn)換法的一般原理都是利用荷載傳遞解析法，根絕自平衡試樁法實測的上段樁的樁側(cè)每層土的τ－S曲線、荷載箱處向下的Q－S曲線，在利用位移協(xié)調(diào)法推導(dǎo)出整根樁的樁頂Q－S曲線來，這個比起簡化的轉(zhuǎn)化法可避免一定要當(dāng)樁的下段達到極限同時上段也必須達到極限。

3．對于“平衡點”的選取問題，有些學(xué)者提出了相似模擬試驗法，相對于根據(jù)規(guī)范經(jīng)驗值法和數(shù)值模擬分析法具有實用、準(zhǔn)確、可靠等優(yōu)點。因為相似模擬試驗法是基于莫爾－庫倫理論，模擬了工程實際情況，使得樁在該法確定的平衡點位置上加載試驗時，上、下段樁都能基本發(fā)揮其極限承載能力。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)靜載試驗到目前為止，仍是國內(nèi)工程界公認(rèn)的確定單樁承載力最直觀、最可靠的方法，但由于必須專門的反力系統(tǒng)，試驗費時、費力、試驗費用高且對試驗場地有著極高的要求，也因此不可能做到隨機抽檢及大量普查;特別是在某些惡劣的條件下，由于空間的限制而增加附屬工程將使試驗費用大大增加，甚至不可能進行靜載試驗。同時隨著近年來樁基朝著高承載力、超長樁方向的不斷發(fā)展，因試驗噸位的加載難度已使得基樁的靜載試驗根本無法進行。樁基承載力自平衡測試技術(shù)，作為一種新興的單樁極限承載力測試技術(shù)所顯現(xiàn)的技術(shù)上的優(yōu)越性及其在經(jīng)濟上的巨大潛力，已使之成為北美公認(rèn)的進行基樁靜荷載試驗的首選方法，隨著自平衡測試技術(shù)及理論研究的不斷深入和完善，在我國也必將有著廣泛的應(yīng)用前景。

［1］陳開利，王邦楣，林亞超．橋梁工程鑒定與加固手冊［M］．北京:人民交通出版社．

［2］侯發(fā)亮．建筑結(jié)構(gòu)粘貼加固的理論與實踐［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社．

［3］李世華．道路橋梁維修技術(shù)手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社．

［4］龔維民，戴國亮．樁承載力自平衡測試技術(shù)及工程應(yīng)用［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006．

［5］建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94－1994)［S］．

［6］樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程(DB32/T291－1999)［S］．

2011－10－11

羅文軍(1968－)，男，湖南張家界人，工程師。