樁基承載力自平衡測(cè)試法荷載箱

陳晨

摘 要：本文介紹了樁基承載力自平衡測(cè)試法的原理及荷載箱所存在的問題，指出改進(jìn)的囊式荷載箱的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)介紹了以自平衡法原理為基礎(chǔ)的自平衡法深層平板載荷試驗(yàn)、通莫靜載試驗(yàn)法，以及樁頂加載自錨式測(cè)試法的基本原理和各種試驗(yàn)方法采用的荷載箱，并指出各種荷載箱的優(yōu)缺點(diǎn)；最后提出了樁基承載力自平衡測(cè)試法荷載箱的一些改進(jìn)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：自平衡試樁法；荷載箱；施工工藝

1 自平衡測(cè)試技術(shù)原理簡(jiǎn)介和荷載箱

1.1 自平衡測(cè)試技術(shù)原理

通過自平衡測(cè)試法是利用試樁自身反力平衡的原則，將一個(gè)特制的液壓荷載箱埋在樁端附近或樁身某截面處，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過對(duì)荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱頂和箱底被推開，荷載箱以下樁將產(chǎn)生端阻和向上的側(cè)阻以抵抗樁向下的位移，同時(shí)荷載箱以上樁將產(chǎn)生向下的側(cè)阻以抵抗樁向上的位移，上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達(dá)到試樁自身反力平衡加載的目的。荷載箱施加的壓力可通過預(yù)先標(biāo)定的油泵壓力表測(cè)得，荷載箱頂?shù)装宓奈灰瓶赏ㄟ^預(yù)先設(shè)置的位移桿，用位移傳感器測(cè)得。由此可測(cè)得上下樁段兩條 Q～S曲線及相應(yīng)的 S～lgt 曲線，采用合理的測(cè)試數(shù)據(jù)等效轉(zhuǎn)換方法和承載力確定方法，即可確定基樁的極限承載力、樁側(cè)、樁端阻力分擔(dān)情[6-10]。

1.2 自平衡法荷載箱與改進(jìn)的囊式荷載箱

1.2.1 傳統(tǒng)荷載箱

對(duì)于自平衡測(cè)樁法，其荷載箱上下承壓板用普通低碳鋼板制作，中間與千斤頂用高強(qiáng)螺栓連接。在測(cè)試過程中承壓板易產(chǎn)生較大變形而影響測(cè)試精度；且荷載箱重量都在 1000kg以上，實(shí)際操作中安裝很不方便；荷載箱的上、下平板會(huì)導(dǎo)致施工時(shí)浮漿，這些會(huì)影響樁的測(cè)試結(jié)果精度、成型及完整性。位移采用位移桿測(cè)量，當(dāng)測(cè)量距離較大時(shí)，會(huì)影響精度。且位移桿采用普通低碳鋼筋制作，在檢測(cè)長(zhǎng)樁時(shí)易發(fā)生彎曲變形，會(huì)影響位移傳遞的準(zhǔn)確性[11-15]。

目前囊式荷載箱常用的位移測(cè)量方法有兩種：位移桿和位移絲。位移桿，地面數(shù)據(jù)讀取機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；但測(cè)量距離長(zhǎng)時(shí)，精度較差。位移絲，地面數(shù)據(jù)讀取機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，需用定滑輪機(jī)構(gòu)；但長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，精度較高。具體采用那種方法，一般由測(cè)量距離確定。測(cè)量點(diǎn)距離地面小于10 米時(shí)，適宜采用位移桿；測(cè)距大于10 米時(shí)，宜采用位移絲。

2 通莫靜載試驗(yàn)原理簡(jiǎn)介及通莫荷載箱

2.1 通莫靜載試驗(yàn)原理

通莫靜載試驗(yàn)的原理與自平衡測(cè)試法差不多，是將一種特制的加載裝置——通莫荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內(nèi)相應(yīng)的位置，將加載箱的加壓管以及所需的其他測(cè)試裝置從樁體引到地面，然后灌注成樁。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過高壓油管對(duì)荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產(chǎn)生向上與向下的推力，并傳遞到樁身，從而調(diào)動(dòng)樁周土的側(cè)阻力與端阻力，進(jìn)行加載。由于樁體自成反力，我們將得到相當(dāng)于兩個(gè)靜載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，反向加載時(shí)上部分樁體的相應(yīng)反應(yīng)系列參數(shù)和正向加載時(shí)下部分樁體的相應(yīng)反應(yīng)參數(shù)。通過對(duì)加載力與這些參數(shù)之間關(guān)系的計(jì)算和分析，不僅可以獲得樁基承載力，而且可以獲得每層土層的側(cè)阻系數(shù)、樁的側(cè)阻、樁端承力等一系列數(shù)據(jù)。

2.2 通莫荷載箱

通莫荷載箱采用特殊壓力增強(qiáng)設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)不用高壓。荷載箱的整體結(jié)構(gòu)考慮浮漿導(dǎo)流，避免樁底浮渣沉積在荷載箱底部。采用封閉式荷載箱，周邊留有足夠空隙，試驗(yàn)完成后對(duì)荷載箱能進(jìn)行完整補(bǔ)漿，保證補(bǔ)漿截面的連續(xù)性。不直接檢測(cè)荷載箱上下面的位移，而是檢測(cè)荷載箱上下若干距離的樁體位移，這樣能體現(xiàn)樁被加載后的真實(shí)位移。傳統(tǒng)荷載箱是采用上下鋼板內(nèi)夾并聯(lián)油缸的方式，可能造成荷載箱下底面混凝土局部強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致混凝土被擠碎，檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，并會(huì)對(duì)工程處樁留下隱患。

3 自平衡法深層平板載荷試驗(yàn)原理簡(jiǎn)介及整體輪輻式荷載箱

3.1 自平衡法深層平板載荷試驗(yàn)原理

為避免自平衡測(cè)試法中平衡點(diǎn)位置難以確定的問題，將自平衡試樁法和深層平板載荷試驗(yàn)相結(jié)合，為模擬大直徑端承樁的實(shí)際工作條件，自平衡法深層平板載荷試驗(yàn)便誕生。該法將荷載箱位置由樁身下部移至樁底部，澆筑樁身混凝土后，利用荷載箱上端的樁側(cè)阻力和下端的樁端阻力進(jìn)行互為反力的載荷試驗(yàn)，以此得到樁側(cè)阻力-樁身位移、樁端阻力-樁端位移變化曲線。根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)樁端豎向極限承載力和樁側(cè)阻力等進(jìn)行推定[16，17]。

3.2 整體輪輻式荷載箱

決定自平衡法深層平板載荷測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度的核心問題即在于荷載箱及位移測(cè)試系統(tǒng)。整體輪輻式荷載箱下承壓板與油缸整體鑄造，輻射狀加強(qiáng)筋連接，上承壓板為整體輻射狀加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。采用這種方案制作的荷載箱，結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，在滿足試驗(yàn)要求的前提下重量?jī)H為傳統(tǒng)荷載箱的 40%，施工時(shí)安裝方便。采用位移絲測(cè)試系統(tǒng)來測(cè)試荷載箱承壓板的位移

4 樁頂加載自錨式測(cè)試法原理簡(jiǎn)介及荷載箱

4.1 樁頂加載自錨式測(cè)試法原理

樁頂加載自錨式測(cè)試法是針對(duì)測(cè)試大直徑樁豎向承載力，借鑒自平衡測(cè)試法的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)而研究出來的一種新型測(cè)試法。該方法將荷載箱移至樁頂，通過隔離裝置將待測(cè)大直徑樁分為受拉管樁和受壓樁加載，較之自平衡測(cè)樁法，無需一次性荷載箱，平衡點(diǎn)選擇簡(jiǎn)單可靠。試樁用作工程樁更可靠，不會(huì)因管路損壞導(dǎo)致試驗(yàn)無法進(jìn)行，與靜載試驗(yàn)和工程樁的工作機(jī)制更為接近[18，19]。

4.2 自錨樁法荷載箱

樁頂加載自錨式測(cè)試法荷載箱包括箱體、千斤頂，所述千斤頂位于箱體內(nèi)，箱體外殼上部、下部具有鋼棒，鋼棒的數(shù)量與千斤頂數(shù)量相同且與千斤頂?shù)奈恢靡灰粚?duì)應(yīng)。與箱體表面連接的鋼棒在澆筑水下混凝土?xí)r能夠穿過荷載箱兩端的具有雜質(zhì)的混凝土，插入優(yōu)質(zhì)混凝土中，使測(cè)試時(shí)荷載箱輸出的力能夠大部分傳導(dǎo)到測(cè)試柱上，能夠降低或消除由于帶有雜質(zhì)的混凝土導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

5 自平衡試樁法荷載箱改進(jìn)設(shè)想

通過上面的論述可以看出，隨著自平衡測(cè)試法的不斷發(fā)展，各種荷載箱也隨之改進(jìn)。綜合各種荷載箱的優(yōu)缺點(diǎn)，我們進(jìn)行荷載箱設(shè)計(jì)和制造時(shí)要從以下因素來考慮：

（1）加載能力：由于目前國(guó)內(nèi)采用自平衡測(cè)樁法檢測(cè)的樁基，普遍為一次灌注成樁，這就需要荷載箱正式試驗(yàn)加載前，必須先將樁體斷開。對(duì)于正常的樁基，斷樁時(shí)需要的荷載箱加載能力應(yīng)該高于試驗(yàn)極限載荷所需的加載能力。

6 總結(jié)

由于樁穿越土層的多樣性及樁土承載體系構(gòu)成機(jī)制和本構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，要得出符合這個(gè)理論依據(jù)的自平衡位置的準(zhǔn)確分析方法或判斷方法，是非常困難的，或者說是幾乎不可能的。這樣荷載箱位置存在著隨意性，必然導(dǎo)致上下兩段試樁不可能同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)。再者，由于自平衡法荷載箱采用上下鋼板內(nèi)夾并聯(lián)油缸的方式，測(cè)試過程中承壓板易產(chǎn)生較大變形而影響測(cè)試精度；荷載箱設(shè)備重量較大使得安裝不方便；施工時(shí)，荷載箱的上、下平板會(huì)導(dǎo)致浮漿。

（1）囊式荷載箱是針對(duì)自平衡測(cè)試法荷載箱存在的問題而進(jìn)行改進(jìn)研究出來的，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：采用嵌入式加載結(jié)構(gòu)、具有可靠的浮漿導(dǎo)流性能、出色安全的加載能力、合理的面積分配及科學(xué)的空間形狀。

樁基承載力自平衡法的研究和發(fā)展正方興未艾。要提高自平衡法檢測(cè)的質(zhì)量與效益，一方面要不斷完善自平衡法和荷載箱；另一方面要加強(qiáng)對(duì)樁土作用機(jī)理的分析和承載力結(jié)果的處理。本文僅僅談到了對(duì)自平衡法荷載箱的改進(jìn)設(shè)想，對(duì)自平衡測(cè)試結(jié)果向傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的精確轉(zhuǎn)換還有待今后進(jìn)一步論述。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：大豐市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司）