自平衡法靜載試驗(yàn)在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：本文對(duì)自平衡法靜載試驗(yàn)在樁基檢測(cè)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(cè) 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(cè)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(tái)，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂將平臺(tái)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(tái)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(shí)，若用袋裝砂石或場(chǎng)地土等作為堆重物，由于上部荷載較大，造成安裝時(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)間，但需運(yùn)輸車輛及吊車配合，對(duì)場(chǎng)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(huì)影響試驗(yàn)場(chǎng)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(cè)樁周圍對(duì)稱的幾根錨樁用錨筋與反力架連接起來(lái)，依靠樁頂?shù)那Ы镯攲⒎戳茼斊穑杀贿B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(huì)受現(xiàn)場(chǎng)條件和加載噸位數(shù)的限制，當(dāng)條件允許時(shí)采用工程樁作錨樁是最經(jīng)濟(jì)的，但在試驗(yàn)過(guò)程中需要觀測(cè)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(guò)程中，地錨會(huì)對(duì)復(fù)合地基土產(chǎn)生擾動(dòng)，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(tái)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(shí)荷載對(duì)中不易控制，試驗(yàn)的開始階段容易產(chǎn)生過(guò)沖，當(dāng)使用工程樁做錨樁時(shí)，會(huì)對(duì)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(huì)大大增加相關(guān)成本。錨樁在試驗(yàn)過(guò)程中受到上拔力的作用，其樁周土的擾動(dòng)同樣會(huì)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(jì)直徑）。對(duì)于樁身承載力較大的鉆孔灌注樁錨樁反力梁裝置無(wú)法進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)。

2、樁基靜載荷試驗(yàn)的新興做法：自平衡法：

自平衡測(cè)試法是通過(guò)在樁基施工時(shí)預(yù)埋荷載箱，測(cè)得樁自身阻力作反力，避免了龐大的反力裝置，其裝置簡(jiǎn)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(shí)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(guò)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(cè)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(shí)，將荷載箱的高壓油管和位移桿引到地面（平臺(tái)）。由高壓油泵在地面（平臺(tái)）向荷載箱充油加載，箱頂與箱底被同時(shí)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(dòng)樁周土的側(cè)阻力與端阻力來(lái)維持加載，同時(shí)通過(guò)引至地面的位移棒測(cè)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(dòng)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(guò)高壓油泵液壓加載，加載力值由壓力表測(cè)讀，試樁的位移量測(cè)采用百分表人工測(cè)讀，荷載箱加載時(shí)，共架設(shè)4只百分表，其中2只測(cè)量荷載箱向下位移，2只測(cè)量荷載箱向上位移。現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試方法見(jiàn)圖1。

2.4 測(cè)試方法與步驟

（1）、試驗(yàn)時(shí)間：在成樁后15天進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）、加載分級(jí)與位移觀測(cè)：

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

每級(jí)荷載施加后按第5、15、30、45、60min各測(cè)讀一次位移量值，以后每隔30min測(cè)讀一次。

位移采用百分表測(cè)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(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每一小時(shí)內(nèi)的位移均不超過(guò)0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)二次（由1.5h內(nèi)連續(xù)三次觀測(cè)值計(jì)算），即可認(rèn)為相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)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(duì)于直徑大于800mm的樁可取0.05D，下同），本級(jí)荷載下的位移量大于或等于前一級(jí)荷載下的位移量的5倍時(shí)，加載即可終止。取終止荷載的前一級(jí)荷載為極限承載力。

b） 總位移量大于或等于40mm，本級(jí)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(jí)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(jì)要求的最大加載量時(shí)，加載即可終止。取此時(shí)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(shí)，總位移量已超過(guò)60mm，加載即可終止。取對(duì)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(shí)，曲線上明顯陡降段的起點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載為極限承載力。

f） 根據(jù)位移隨時(shí)間的變化特征，取S～lgt曲線尾部明顯彎曲的前一級(jí)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(jí)荷載下的荷載箱向上位移量大于或等于前一級(jí)荷載下的位移量的5倍時(shí)，加載即可終止。取終止荷載的前一級(jí)荷載為極限承載力。

b） 當(dāng)累計(jì)荷載箱向上位移超過(guò)100mm或荷載箱行程時(shí)，加載即可終止。取對(duì)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(jì)要求的最大加載量時(shí)，加載即可終止。取此時(shí)的荷載為極限承載力。

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

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

（6）、卸載分級(jí)與位移觀測(cè)

卸載分5級(jí)進(jìn)行，即卸載為加載值的兩倍，逐級(jí)等量卸載，直至到零。

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

卸載到零后，應(yīng)測(cè)讀殘余位移量，維持時(shí)間為3h，測(cè)讀時(shí)間為第15、30、60min，以后每隔30min測(cè)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(cè)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(cè)試技術(shù)規(guī)程》（DGJ32/TJ77-2009）中的承載力計(jì)算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

Qu=+ Q 公式（1）

式中：

Qu ：?jiǎn)螛敦Q向抗壓極限承載力（kN）；

Q：荷載箱上段樁的實(shí)測(cè)極限承載力（kN）；

Q：荷載箱下段樁的實(shí)測(cè)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(duì)于粘土、粉土γ取0.8，對(duì)于砂土取0.7。

（8）、加卸載分級(jí)荷載表（表4）

三、結(jié)語(yǔ)

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(xiàng)選擇，適合以下條件的樁基承載力測(cè)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(zhǎng)度）；場(chǎng)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(guò)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(tái)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(shí)不會(huì)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(cè)，荷載箱位置在加載后形成斷樁，不宜處理，另外測(cè)試時(shí)，荷載箱上部測(cè)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。