自平衡法在超大直徑超深工程樁檢測中的應用

摘 要：文章主要介紹了自平衡法靜載試驗的基本原理、傳統靜載試驗與自平衡法的比較以及極限承載力確定方法以及在城際延伸線于家堡站工程的應用實例。相對于傳統靜荷載，自平衡法具有不需要堆載料、試驗時間相對較短等優點，特點適合于水下、山上、山坡地和狹窄場地等復雜環境，具有較好的推廣應用價值。

關鍵詞：工程樁；單樁承載力；自平衡；荷載箱；靜載試驗

1 前言

傳統的靜載試驗一直被公認為確定單樁承載力最可靠的方法。但無論是堆載還是錨樁，都存在費時、費力、費錢等缺點。此外，傳統的靜載試驗還難以應用于水上試驗和在狹窄場地上試驗，因此，人們常回避做靜載試驗。針對這些問題，美國于1988年研究成功了一種新的試驗方法，它被稱為O.CeU試樁法。我國東南大學對此試驗方法進行了系統研究并開發了此試驗的關鍵設備“荷載箱”，在多次成功試驗之后，東南大學與江蘇省建設廳聯合制定了試驗規程，并將此試驗方法定名為“自平衡試樁法”，荷載箱的設置點稱為“平衡點”。經過多項工程的成功運用，表明了該項技術的可靠性和顯著的技術經濟效益。

2 自平衡法靜載試驗

2.1 基本原理

自平衡試樁法是接近于豎向抗壓與抗拔樁的實際工作條件的試驗方法。其主要裝置是一種特制的荷載箱，它與鋼筋籠連接而安置于樁身下部。試驗過程的設計原則：遵循下段樁側阻先破壞、再預壓激發樁端土阻力直至上段樁側阻破壞的相對極限平衡狀態。試驗時，從樁頂通過輸油管對荷載箱內腔施加壓力，箱蓋與箱底被推開，從而調動樁周土的摩阻力和端阻力，直至破壞。將樁側土摩阻力與樁底端阻力疊加而得到單樁抗壓承載力。其工作原理如圖1所示。

2.2 試驗設備

2.3極限承載力確定

極限承載力的確定是靜載試驗的最終目的，自平衡試樁施工應嚴格按《建筑樁基技術規范》（JGJ94-94）和《樁承載力自平衡測試技術規程》（DB32/T291-99）以及設計文件的要求

《樁承載力自平衡測試技術規程》中提出：（1）極限承載力可根據位移隨荷載的變化特征來確定，對于陡變型Q-S曲線，可取Q-S曲線發生最明顯陡變的起始點來確定；對于緩變型Q-S曲線，極限值按位移值來確定，極限側阻取對應于向上位移s+=40mm的荷載；下段樁極限承載力值取s-=40mm的荷載，當樁長大于40m時，宜考慮樁身彈性壓縮量；對直徑大于或等于800mm的樁，可取s=0.05D （D為樁端直徑）的對應荷載。（2）根據位移隨時間的變化特征來確定極限承載力，可分別求得樁上、下段極限承載力實測值？專？自+、？專？自-。該法測試時，荷載箱上部樁身自重方向與樁側阻力方向一致，故在判定樁側阻力時應當扣除。

取值為：

式中w：荷載箱上部樁自重；？酌：系數，對于黏土、粉土，？酌=0.8；對于砂土，？酌=0.7；對于巖石，取？酌=1.0；？專？自+、？專：荷載箱上、下段樁極限承載力。

2.4 可行性研究

2.4.1 采用自平衡測樁法進行工程基樁的豎向抗壓承載力檢測，與傳統的靜載試驗方法相比，省時省力省錢，安全，盡管荷載箱為一次性投入器件，但與傳統方法相比可節省試驗總費用的50-60%，具體比例視樁與地質條件而定，噸位越大越明顯；并在水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場地試樁、斜樁、嵌巖樁、抗拔樁等情況下，該法更顯示其優越性，具有較好的推廣應用價值。

2.4.2 由于大直徑樁的荷載傳遞機理和變形特征與普通中、小直徑樁存在著明顯的差異，因此，用中、小直徑樁計算理論來分析大直徑樁是不合適的。正是由于大直徑樁的承載力很高，因而對大直徑樁的現場試驗研究受到諸多限制，使得試驗成果和經驗資料相對較少，因此自平衡檢測技術特別適用于大直徑工程樁極限承載力的研究。

3 工程實例

3.1 工程概況

城際鐵路于家堡站為京津城際延伸線終點站，位于規劃的濱海新區于家堡中心商務區的北端。于家堡中心商務區位于海河北岸，北至新港路，東西南三面環水，于家堡交通樞紐工程以城際鐵路車站為核心，配套建設規劃的城市軌道線路B1、B2、Z1三線的預留車站土建工程及公交車輛停車場、社會車輛停車場等市政工程。

于家堡交通樞紐工程城際車站為地下二車結構，基坑深約20.5m。

于家堡站工程前期試樁抗壓及抗拔各3根，試樁均為2處擴頭的注漿工藝樁，樁徑2.4米、擴頭處最大直徑3.4米，抗壓樁有效樁長57米、抗拔樁有效樁長42米，樁頂標高為-18.8米，豎向抗壓樁延長段18.5米、樁頂錨入承臺；豎向抗拔樁樁底延長段17.8米，為抗拔試驗的反力樁部分，豎向抗壓、抗拔承載力特征值分別為22890、12638kN，豎向抗壓、抗拔極限承載力分別為45780、19579kN。

3.2 試驗情況

于家堡站房工程的試樁靜載檢測是基于該工程試樁設計要求進行的，該試樁采用的AM工法旋挖擴頭灌注樁及后注漿樁新工藝，共進行3根豎向抗壓、3根豎向抗拔承載力的試驗，期望得到樁長范圍內涉及土層的阻力發揮狀況，為工程樁施工工藝的設計承載力與變形特性參數進行驗證和優化。為實現上述目的所進行的檢測內容：①將對成孔孔徑的質量和成樁后混凝土質量進行的聲波法檢測。②成樁達到一定強度和樁土休止期后利用錨樁、承臺及堆重進行試樁的預埋箱法豎向抗壓承載力試驗，抗拔承載力試驗為兩層型的預埋箱法。③試樁靜壓的同時利用振弦式鋼筋計對樁身若干斷面進行樁身內力和應變進行檢測。④豎向抗壓樁頂的承臺施工期間、堆重安裝過程中的樁身內力實時監測。

抗壓樁樁頂的上部承臺澆注后滿足85%的設計強度即可堆重、啟動預埋箱加壓試驗；抗拔樁注漿后14天后、滿足85%的設計強度即可啟動下部預埋箱①加壓試驗，試驗完成14天再次啟動預埋箱②進行加壓試驗；每級加壓試驗荷載穩定后讀取鋼筋應力計的頻率值。

依據試樁設計資料、并經可行性相關計算確定：豎向抗壓的荷載箱設置于-18.8米、豎向抗拔的荷載箱設置于-41.9、-60.8米處，根據擴頭上下3m之外樁身內力傳力均勻進行鋼筋計布設，豎向抗壓及抗拔樁的樁身內力測試斷面布設數量分別為14、10組/根，具體待施工詳勘后確定的土層層面調整鋼筋計位置，每組預設埋放4個鋼筋計。

利用自平衡法進行試樁的豎向抗壓承載力試驗，有效解決了場地的制約，縮短了試驗周期，提高了檢測的準確度，取得了良好的試驗效果，具有很高的推廣性。

4 結論

經過近十年的發展和完善，自平衡法靜載試驗技術已經日趨成熟，不但如此，并成功應用于工民建、交通、橋梁等工程中，并取得了比較好的效果。自平衡法具有試驗裝置簡單，不需要堆載料、不安全隱患少、受海上氣候影響小、試驗時間相對較短等優點，通過本次工程實踐，可以說明自平衡法荷載試驗技術在沿海工程具有較好的應用價值，值得進一步的推廣和應用。

參考文獻

[1]黎杰.樁基承載力自平衡施法研究[D].重慶大學碩士論文，2007.

[2]江蘇省技術監督局，江蘇省建設委員會.DB32/T291-99樁承載力自平衡測試技術規程[S].

[3]龔維明，戴國亮.樁承載力自平衡測試理論與實踐[J].建筑結構學報，2002，23（1）；82-88.