錨樁反力法與自平衡法聯合使用確定大噸位基樁承載力檢測方法研究

【摘要】錨樁反力法與自平衡聯合使用確定大噸位基礎承載力檢測方法，受力機理與傳統(tǒng)的靜載試驗相一致，可以精確得到基樁極限承載力。

【關鍵詞】錨樁反力法；自平衡試樁法；基樁承載力

1、研究背景

隨著樁基礎廣泛應，已成為高層建筑、大型橋梁，深水碼頭等采用的主要基礎形式。傳統(tǒng)的樁基荷載試驗方法包括堆載法和錨樁法，由于基樁承載力越來越大，構筑物的大噸位基樁經常得不到準確的承載力數據，導致基樁承載力得不到充分的發(fā)揮，造成浪費，或承載力達不到設計要求埋下安全隱患，釀成安全事故。無論采用何種樁基礎，規(guī)范要求必須做一定數量的樁基靜載試驗，來確定單樁極限承載力。所以，人們尋找一種既方便經濟又準確科學的實驗方法。

自平衡試樁法也屬于基樁靜載試驗的范疇，但是與傳統(tǒng)的靜載試驗相比，它的樁身荷載傳遞機理，基樁受力狀態(tài)和樁土相互作用都存在明顯的不同。在受力機理上，自平衡上段樁與傳統(tǒng)靜載差異極大，下段樁與傳統(tǒng)靜載基本相同。雖然自平衡法比傳統(tǒng)測試方法有優(yōu)點，能彌補傳統(tǒng)方法的不足。但是，由于自平衡法發(fā)展歷史較短，技術還不夠成熟和完善，在關鍵技術上還有待進一步研究，特別是不同地域樁側向上摩阻力的修正系數的取值，還需要通過大量實驗數據的積累。

錨樁反力法與自平衡聯合使用確定大噸位基礎承載力檢測方法，就是綜合考慮了上述情況提出的一種基樁承載力檢測方法。受力機理與傳統(tǒng)的靜載試驗相一致，荷載箱以上樁段樁身極限側阻力通過錨樁反力法確定，荷載箱以下樁段樁身極限側阻力和端阻力通過自平衡方法確定，將兩段樁承載力相疊加，即可以精確得到基樁極限承載力。

2、自平衡試樁

自平衡測試方法，可解決超大噸位試樁問題，在國內應用十幾年，現已有交通行業(yè)標準《基樁靜載試驗自平衡法》JT/T738-2009，目前該技術在全國十幾個省市應用。

自平衡法試樁是接近于豎向抗壓（拔）樁的實際工作條件的試驗方法。把一種特制的加載裝置—荷載箱，預先放置在樁身指定位置，將荷載箱的高壓油管和上、下頂面的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，荷載箱將力傳遞到樁身，其上段樁樁側阻力及自重與下段樁樁側阻力及樁端阻力相平衡來維持加載，從而獲得樁的承載力。

3、錨樁橫梁法與自平衡法聯合使用

在哈爾濱地區(qū)進行施工前期的靜載試驗一般采用錨樁橫梁法提供反力系統(tǒng)，用“四錨一”的錨固方式，但由于反力設備的限制，黑龍江省內采用傳統(tǒng)錨樁法最高只能試驗承載力37000kN。2008年建設的松浦大橋主塔基樁，直徑2.5m，樁長100m，承載力設計值達到70000kN，傳統(tǒng)的靜載試驗方式已滿足不了工程應用的需求。

如果在試樁施工過程中樁身埋設荷載箱，就可以通過荷載箱檢測出荷載箱以下樁端及樁側阻力，荷載箱以上的樁身承載力由錨樁橫梁法測得。從而實現錨樁橫梁法與自平衡法相聯合的加載方法。這種方法解決了沒有超大噸位反力裝置的難題，同時也避免了單獨采用自平衡法測得承載力時對上部樁側阻力的修正（由于哈爾濱地區(qū)靜載錨樁法與自平衡對比數據分析較少，難以給出適合于本地區(qū)的γ值）。

4、檢測步驟

①通過地質報告及經驗公式計算荷載箱放置位置，使荷載箱上段樁具有提供足夠反力能使下段樁達到極限狀態(tài)。

②根據計算的荷載箱位置，把荷載箱焊接在鋼筋籠上，隨鋼筋籠下放到樁身某處，將樁身分為兩段，然后澆筑混凝土。

③進行自平衡方法測試。在樁身混凝土達到設計強度同時滿足土的休止時間的前提下，試驗開始。在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發(fā)生變位，因計算的荷載箱上段樁具有提供足夠反力能使下段樁達到極限狀態(tài)，促使下段樁側阻力及樁端阻力的發(fā)揮，從而測出荷載箱以下部分樁側極限摩阻力和樁端極限阻力。位移利用焊接在荷載箱頂板和底板的位移桿傳至地面，通過位移傳感器讀取。

④由于自平衡測試過程，樁周土被擾動，根據土的類別不同完成休止時間。同時進行錨樁橫梁的設備安裝，錨筋焊接。

⑤錨樁橫梁反力法測試。打開荷載箱油路，使荷載箱以上樁段無樁端阻力，采用錨樁橫梁反力法通過樁頂液壓千斤頂加載，在試樁的直徑方向對稱安置4只位移傳感器，沉降測定平面在樁頂200mm以下位置，測點牢固地固定于樁身，通過靜載加荷系統(tǒng)自動加載，并同步獲取Q-s等相關曲線，測出上樁段樁身極限承載力。

5、實驗結果分析

①確定基樁豎向抗壓極限承載力。a.根據沉降隨荷載變化的特征確定，對于陡降型Q-s曲線，取其發(fā)生明顯陡降的起始點對應的荷載值。b.對于緩變形Q-s曲線，根據沉降量確定，取s=40～60mm對應的荷載值；對大直徑樁，取s=0.05D（D為樁端直徑）對應的荷載值。c.根據沉降隨時間變化的特征確定，取s-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。根據上述方法分別得出自平衡方法測得的下段樁極限承載力和錨樁橫梁反力法測得的上段樁極限承載力。將兩段樁極限承載力相加，即可以精確得到基樁極限承載力。

②確定上樁段摩阻力修正系數γ值，為工程樁驗收檢測提供可靠依據。試樁檢測結束后，采用樁底壓力注漿，使下樁段及樁段阻力提高。當注漿壓力達到設計強度之后，進行第二次自平衡檢測，即可測得荷載箱以上樁段的極限摩阻力。

上樁段摩阻力修正系數γ值是自平衡法測試承載力進行上樁段負摩阻力修正的重要參數，采用錨樁法與第二次自平衡法測得的上樁段摩阻力比對得出修正系數γ值，為工程樁驗收檢測提供可靠地計算參數，也為確定本地區(qū)側阻力修正系數γ取值積累了重要數據。

6、社會效益、經濟效益

①可檢測超大噸位基樁極限承載力。本方法將錨樁橫梁反力法與自平衡法的優(yōu)越性得以充分利用，精確得出二段樁的極限承載力，疊加計算總極限承載力，不僅適用于橋樁檢測，也可以推廣應用于其他領域基樁工程檢測。

②積累哈爾濱地區(qū)自平衡法上樁段側阻力修正系數取值γ。

③提供準確的施工前期基樁極限承載力，為優(yōu)化設計提供可靠依據，降低工程造價，節(jié)約資金。

④節(jié)省基樁檢測費用。由于錨樁只需提供進行上段樁測試所需反力，因此錨樁比試樁長度大大縮短，節(jié)省了大量的資金。