自平衡法靜載試驗(yàn)在樁基檢測中的應(yīng)用

摘要：本文對自平衡法靜載試驗(yàn)在樁基檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，分別從樁基靜載荷試驗(yàn)的選定、自平衡試樁法試驗(yàn)原理、方法和設(shè)備進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：樁基 檢測 試驗(yàn)

一、樁基靜載荷試驗(yàn)的選定

（一）、樁基靜載荷試驗(yàn)的方法：

1、單樁豎向抗壓（拔）承載力檢測常采用錨樁法和堆載法

（1）、堆載法：堆載反力梁裝置就是在樁頂使用鋼梁設(shè)置一承重平臺，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂將平臺逐步頂起，從而將力施加到樁身。反力裝置的主梁可以選用型鋼，也可用自行加工的箱梁。平臺形狀可以根據(jù)需要設(shè)置為方形或矩形，堆載用的重物可以選用砂袋、混凝土預(yù)制塊、鋼錠、甚至就地取土裝袋，也有的用水箱。

缺點(diǎn)：由于開始試驗(yàn)前，堆重物的重量由支撐墩傳遞到地面，使樁周土受到了一定的影響。而且大噸位試驗(yàn)時，若用袋裝砂石或場地土等作為堆重物，由于上部荷載較大，造成安裝時間較長，而且需要進(jìn)行技術(shù)處理，以防鼓凸倒塌。也有單位使用混凝土預(yù)制塊堆重，大大減少了安裝時間，但需運(yùn)輸車輛及吊車配合，對場地需求嚴(yán)格，試驗(yàn)成本較高；使用水箱配重，試驗(yàn)結(jié)束后，由于要放水，會影響試驗(yàn)場地的整潔。

（2）錨樁法：錨樁反力梁裝置在具體的應(yīng)用中又可根據(jù)反力錨的不同分為兩種：將反力架與錨樁連接在一起提供反力的，俗稱錨樁反力梁裝置；將幾只螺旋鉆鉆入地下使用地錨提供反力，俗稱錨桿反力梁裝置。錨樁反力梁裝置就是將被測樁周圍對稱的幾根錨樁用錨筋與反力架連接起來，依靠樁頂?shù)那Ы镯攲⒎戳茼斊?，由被連接的錨樁提供反力。提供反力的大小由錨樁數(shù)量、反力架強(qiáng)度和被連接錨樁的抗拔力決定。錨樁反力梁裝置一般不會受現(xiàn)場條件和加載噸位數(shù)的限制，當(dāng)條件允許時采用工程樁作錨樁是最經(jīng)濟(jì)的，但在試驗(yàn)過程中需要觀測錨樁的上拔量，以免拔斷，造成工程損失。在小噸位基樁和復(fù)合地基試驗(yàn)中，小巧易用的地錨就顯示出了工程上的便捷性。地錨根據(jù)螺旋鉆受力方向的不同可分為斜拉式（也即傘式）和豎直式，斜拉式中的螺旋鉆受土的豎向阻力和水平阻力，豎直式中的螺旋鉆只受土的豎向阻力。地錨提供反力的大小由螺旋鉆葉片大小和地層土質(zhì)有關(guān)。雖然有不少單位使用地錨進(jìn)行復(fù)合地基試驗(yàn)，但由于試驗(yàn)過程中，地錨會對復(fù)合地基土產(chǎn)生擾動，這一點(diǎn)需要引起足夠重視。

另外，還有一些反力裝置比如錨樁與堆重平臺聯(lián)合裝置，以及利用現(xiàn)有建筑物或特殊地形提供反力的。

缺點(diǎn)：安裝時荷載對中不易控制，試驗(yàn)的開始階段容易產(chǎn)生過沖，當(dāng)使用工程樁做錨樁時，會對工程樁的承載力產(chǎn)生一定的影響，如果為試驗(yàn)樁設(shè)置專用的錨樁，則會大大增加相關(guān)成本。錨樁在試驗(yàn)過程中受到上拔力的作用，其樁周土的擾動同樣會影響到試樁，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94 -2008）提出的試樁與錨樁之間的中心位置應(yīng)≥ 4d 且≮ 2.0m 就是為了減小這種影響（d ：試樁或錨樁的設(shè)計直徑）。對于樁身承載力較大的鉆孔灌注樁錨樁反力梁裝置無法進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測。

2、樁基靜載荷試驗(yàn)的新興做法：自平衡法：

自平衡測試法是通過在樁基施工時預(yù)埋荷載箱，測得樁自身阻力作反力，避免了龐大的反力裝置，其裝置簡單，可利用直接工程樁，不需接樁至自然地坪，準(zhǔn)備工作省時省力，并可以節(jié)省大量試驗(yàn)費(fèi)用。

二、自平衡試樁法試驗(yàn)原理、方法和設(shè)備

2.1 試驗(yàn)原理和方法

自平衡試樁法是接近于豎向抗壓（拔）樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法。該方法把一種特制的加載裝置—荷載箱，通過荷載箱與樁身鋼筋連接后安裝在樁身平衡點(diǎn)。樁身平衡點(diǎn)即上段樁負(fù)摩擦阻力加自重等于下段樁摩擦阻力加端阻力處。將測出的上段極限承載力經(jīng)一定處理后與下段極限承載力相加即為樁基極限承載力。

試驗(yàn)時，將荷載箱的高壓油管和位移桿引到地面（平臺）。由高壓油泵在地面（平臺）向荷載箱充油加載，箱頂與箱底被同時推開，產(chǎn)生向上與向下的推力，荷載箱將力傳遞到樁身，從而調(diào)動樁周土的側(cè)阻力與端阻力來維持加載，同時通過引至地面的位移棒測讀下段樁的沉降和上段樁的向上位移。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次基樁自平衡試驗(yàn)采用的設(shè)備有：荷載箱、電動油泵與壓力表、百分表等。荷載箱外徑900、700MM

2.3 試驗(yàn)方法

加載采用荷載箱，通過高壓油泵液壓加載，加載力值由壓力表測讀，試樁的位移量測采用百分表人工測讀，荷載箱加載時，共架設(shè)4只百分表，其中2只測量荷載箱向下位移，2只測量荷載箱向上位移?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)整理分析后繪制成：荷載箱向下位移Q-s曲線與s-lgt曲線，荷載箱向上位移U-d曲線與d-lgt曲線，并可根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為與傳統(tǒng)試樁方法等效的樁頂Q-s曲線。其測試方法見圖1。

2.4 測試方法與步驟

（1）、試驗(yàn)時間：在成樁后15天進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）、加載分級與位移觀測：

每級加載為荷載箱額定荷載的1/10，第一級按兩倍荷載分級加載，卸載分5級進(jìn)行。荷載箱額定荷載取設(shè)計單樁豎向承載力特征值。

每級荷載施加后按第5、15、30、45、60min各測讀一次位移量值，以后每隔30min測讀一次。

位移采用百分表測讀，數(shù)據(jù)輸入專用分析系統(tǒng)，繪制出Q-S、S-lgt曲線。

（3）、相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每一小時內(nèi)的位移均不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)二次（由1.5h內(nèi)連續(xù)三次觀測值計算），即可認(rèn)為相對穩(wěn)定，可加下一級荷載。

（4）、下段樁終止加載條件與極限承載力的確定

a） 荷載箱向下總位移量大于或等于40mm（對于直徑大于800mm的樁可取0.05D，下同），本級荷載下的位移量大于或等于前一級荷載下的位移量的5倍時，加載即可終止。取終止荷載的前一級荷載為極限承載力。

b） 總位移量大于或等于40mm，本級荷載加上后24h未達(dá)穩(wěn)定，加載即可終止。取終止荷載的前一級荷載為極限承載力。

c） 總位移量小于40mm，但荷載已大于或等于設(shè)計要求的最大加載量時，加載即可終止。取此時的荷載為極限承載力。

d） 當(dāng)荷載～位移（Q～S）曲線呈緩變型時，總位移量已超過60mm，加載即可終止。取對應(yīng)于40mm的荷載為極限承載力。

e） 當(dāng)荷載～位移（Q～S）曲線呈陡降型時，曲線上明顯陡降段的起點(diǎn)所對應(yīng)的荷載為極限承載力。

f） 根據(jù)位移隨時間的變化特征，取S～lgt曲線尾部明顯彎曲的前一級荷載為極限承載力。

（5）、上段樁終止加載條件與極限承載力的確定

a） 本級荷載下的荷載箱向上位移量大于或等于前一級荷載下的位移量的5倍時，加載即可終止。取終止荷載的前一級荷載為極限承載力。

b） 當(dāng)累計荷載箱向上位移超過100mm或荷載箱行程時，加載即可終止。取對應(yīng)于40mm的荷載為極限承載力。

c） 當(dāng)荷載已大于或等于設(shè)計要求的最大加載量時，加載即可終止。取此時的荷載為極限承載力。

d） 荷載～位移（Q～S）曲線呈陡降型時，曲線上明顯陡降段的起點(diǎn)所對應(yīng)的荷載為極限承載力。

e） 根據(jù)位移隨時間的變化特征，取S～lgt曲線尾部明顯彎曲的前一級荷載為極限承載力。

（6）、卸載分級與位移觀測

卸載分5級進(jìn)行，即卸載為加載值的兩倍，逐級等量卸載，直至到零。

卸載時，每級荷載維持1h，按第15、30、60min各測讀一次回彈量后，即可卸下一級荷載。

卸載到零后，應(yīng)測讀殘余位移量，維持時間為3h，測讀時間為第15、30、60min，以后每隔30min測讀一次。

（7）、單樁豎向抗壓極限承載力的確定

根據(jù)上述第4條和第5條的極限承載力確定方法，實(shí)測得到荷載箱上段樁的極限承載力Q和荷載箱下段樁的極限承載力Q，按照《樁承載力自平衡測試技術(shù)規(guī)程》（DGJ32/TJ77-2009）中的承載力計算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

Qu=+ Q 公式（1）

式中：

Qu ：單樁豎向抗壓極限承載力（kN）；

Q：荷載箱上段樁的實(shí)測極限承載力（kN）；

Q：荷載箱下段樁的實(shí)測極限承載力（kN）；

W ：荷載箱上段樁的自重；

γ：荷載箱上段樁側(cè)阻力修正系數(shù)，對于粘土、粉土γ取0.8，對于砂土取0.7。

（8）、加卸載分級荷載表（表4）

三、結(jié)語

自平衡法試驗(yàn)結(jié)果表明，自平衡法是一種近似靜載試驗(yàn)，是錨樁法和堆載法外的一項選擇，適合以下條件的樁基承載力測試：樁徑（因荷載箱尺寸要求）以及承載力較大的灌注樁；樁頂標(biāo)高低于自然地坪較深的工程樁（可節(jié)省從地下室板底到地面的試樁錨樁長度）；場地狹小，地形復(fù)雜，運(yùn)輸條件差；天氣惡劣，工期要求緊等情況。

自平衡荷載箱埋設(shè)過程中應(yīng)注意：位移棒外護(hù)管、油管連接用套筒圍焊，要確保護(hù)管不滲泥漿，位移棒采用絲扣連接，并用管子鉗擰緊，與鋼筋籠綁扎成整體，運(yùn)到工作平臺上。荷載箱要立放在平整地上，吊車將上節(jié)鋼筋籠（外鋼管）吊起與荷載箱上頂板焊接（所有主筋圍焊，并確保鋼筋籠與荷載箱起吊時不會脫離）保證鋼筋籠與荷載箱在同一水平線上，再點(diǎn)焊喇叭筋，喇叭筋上端與主筋，下端與內(nèi)圓邊緣點(diǎn)焊，保證荷載箱水平度小于3%；埋完荷載箱，要保護(hù)油管及鋼管封頭。

但是自平衡法靜載試驗(yàn)也有一定的局限性，主要是荷載箱平衡點(diǎn)位置需要預(yù)估，上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力不易平衡，需要在較多實(shí)踐的前提下準(zhǔn)確把握。當(dāng)使用工程樁進(jìn)行檢測，荷載箱位置在加載后形成斷樁，不宜處理，另外測試時，荷載箱上部測讀的是負(fù)摩擦力，與實(shí)際情況不相同，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。