關于自平衡法基樁靜載試驗的幾點思考

□文 /趙國光

1 自平衡法的基本原理

自平衡法測樁是在樁尖或樁身某一部位預埋載荷箱，將載荷箱的油管和位移棒（位移絲）引至地面，由高壓油泵向載荷箱注油，載荷箱對上下段樁體施加載荷，隨著壓力加大，上下段樁體分別產生向上、下的位移，促使樁側阻力與樁端阻力的發揮。在載荷箱加荷過程中，其上段樁的阻力（包括樁周土的側摩阻力與樁體自重）與下段樁的阻力（包括樁周土的側摩阻力與樁端阻力）互為反力，即自反力平衡來維持加載。

2 自平衡法若干問題的思考

2.1 平衡點的概念

自平衡法的顯著特點就是載荷箱處上下段樁互為反力，載荷箱所處的位置即為平衡點。

平衡點的計算與確定是按照相關規范，參考巖土工程勘察報告臨近勘探點測試的土側摩阻力與端阻力，反復試算，使得平衡點上下段樁的阻力基本相當。由于計算中涉及多項經驗系數的選取并且勘察本身存在勘探點有限分布而不能完全準確反映出試樁處的樁土阻力情況，造成上下兩段樁幾乎難以同時達到預先擬定的極限條件。因此，平衡點實質上是理論意義上的近似點，在試驗測試的角度上是無法準確定出平衡點的。無法準確找到平衡點，上下段樁無法同時達到極限承載力，無法測試全樁長的極限承載力，這是業內專家對自平衡法的質疑之一。

自平衡法確實無法使上下段樁同時達到極限狀態，但它的可取之處在于可以驗證是否達到設計要求，可用于基樁承載力的檢驗性試驗。

雖然平衡點是理論意義上的近似點，無法準確確定。但合理確定平衡點（即載荷箱埋設位置），對自平衡法測試而言是至關重要的。考慮到勘察資料提供的樁身下部土的極限側摩阻力，一般具有相當程度的安全儲備，尤其對于大直徑長樁而言，下段樁周土側阻與端阻會隨著樁身相對位移的增大而相應的隨之增長，因此在理論計算時通常需保證上段樁阻力大于下段樁阻力，以此來確定平衡點的位置。

2.2 試驗的不相似性

國內自平衡法測樁技術提出了以修正系數γ修正上段樁阻力的等效轉換法。等效轉換法目前仍被許多業內專家質疑，這也是自平衡法測樁技術在理論上存在較大爭議的焦點。引發爭議的主要原因是自平衡法與傳統靜載方法存在試驗的不相似性。

自平衡法下段樁的受力狀態，與傳統的單樁豎向抗壓靜載試驗相比受力性質、方向相同，但受力大小有一定區別。在樁頂受壓狀態下，樁側阻的發揮是隨著樁土間的相對位移自上而下逐漸發揮的，樁身壓縮量自樁頂向下沿樁身遞減，尤其對于長樁而言樁身壓縮量不容忽視，在樁頂測試位移達到規范要求的極限狀態時，樁身下部側阻力的發揮并未真正達到極限狀態，從對大噸位的樁靜載試驗結果的分析亦可看出樁端阻力的發揮一般不足樁極限承載力的10%，有的比例甚至更小。在自平衡法加載狀態下，載荷箱一般位于樁的下部，自載荷箱處樁身軸力向兩端逐漸遞減，樁極限側阻力的發揮也是從載荷箱處向兩端逐漸延伸的，因此下段樁的側阻力、端阻力的發揮比樁頂受壓狀態下將更加充分，也就是說自平衡法評價的下段樁極限承載力將比傳統靜載試驗在一定程度上偏高。

2.3 自平衡法評價樁的極限承載力

JT/T738—2009《基樁靜載試驗自平衡法》中規定，試樁的單樁豎向抗壓極限承載力

式中：Quu為試樁上段樁的加載極限值，kN；Qlu為試樁下段樁的加載極限值，kN；W為試樁載荷箱上部樁自重，kN（若載荷箱處于透水層，取浮自重）；γ為試樁的修正系數，根據載荷箱上部土的類型確定，粘性土、粉土，γ =0.8；砂土，γ =0.7；巖石，γ =1。

由式（1）可知，自平衡法評價試樁單樁豎向抗壓極限承載力，主要是將上段樁的加載壓力轉變為樁頂豎向受壓狀態下的樁周土阻力，即等效轉換法。

按照自平衡法上下段樁的受力機理以及與傳統單樁豎向抗壓靜載試驗存在的不相似性，式（1）宜做如下調整

對上下段樁分別選取合理的修正系數γ1、γ2，從而更準確可靠地將載荷箱加載壓力轉變為對試樁單樁豎向抗壓極限承載力評價。

2.3.1 上段樁修正系數γ1的取值

在JGJ94—2008《建筑樁基技術規范》中，抗拔系數（即樁頂受拉狀態下發揮的樁側摩阻力與樁頂受壓狀態下發揮的樁側摩阻力的比值）作如下規定：粘性土、粉土，λ=0.7～0.8；砂土，λ=0.5～0.7（樁的長徑比＜20時，λ取小值）。

根據上段樁受力機理可知，γ1宜大于抗拔樁的抗拔系數λ，而JT/T738—2009規定的修正系數γ為固定值且僅取到λ的上限值，一定程度上偏小。若γ1偏小，將導致上段樁評價的極限承載力偏高，偏于不安全。

因此建議，自平衡法上段樁的修正系數γ1，對粘性土、粉土可取0.75～0.85，對砂土可取0.60～0.75。

2.3.2 下段樁修正系數γ2的取值

讓我們回到“der Morgenstern ist die Venus”這個句子上來。此處“ist”的確不是傳統意義上的系詞，而是一個類似于“killed”的關系詞，即帶有兩個空位的概念詞，它本身作為質料的一部分構成了對無序的相等關系的表達：“( ) ist ( )”，此時它的前后只能填入專名。

下段樁修正系數γ2的科學選取需在今后積累更多的試樁靜載數據，尤其是附帶有樁身內力測試的自平衡法與傳統靜載試驗的對比數據。在科學分析大量試樁靜載數據的基礎上，來合理選取下段樁修正系數γ2。

建議下段樁修正系數可暫取0.9～1.0。今后隨著自平衡法檢測技術的發展再對其不斷進行修正完善。

2.3.2 上段樁自重W的確定

自平衡法上段樁自重計算為經驗計算，除考慮樁長、樁徑、澆筑深度的基本計算條件外，還應考慮樁自身的充盈系數與擴縮頸的影響，有條件時應對試樁進行成孔質量檢測并根據澆筑記錄推算擴徑的大小等。若上段樁自重計算考慮因素不足，將使得自重計算結果偏小，造成單樁豎向抗壓極限承載力評價偏高，結果偏于不安全。

JT/T738—2009規定，若載荷箱處于透水層，取浮自重。對于厚層粘性土沉積而成地基，主要體現為不透水土層，樁身自重不宜扣除浮力。

2.4 自平衡法載荷箱的形式

載荷箱中各壓力單元的選取及其組合形式，應根據具體工程條件靈活應用。2009年隨著天津濱海新區建設發展，一些狹窄場地及地基承載力較低的軟土地基場地等特殊條件下的試樁對自平衡法提出了新的技術要求，這類試樁一般樁徑不大，通常有1.5、1.2、1.0 m，最小至0.8m。檢測單位通過比選擇優，調整載荷箱壓力單元的選取，有效解決了載荷箱加載能力與預留混凝土澆筑通道的匹配問題，拓展了自平衡法的應用范圍。

2.5 自平衡法載荷箱處斷樁的理解

自平衡法靜載試驗后，由于載荷箱的打開將在樁截面處形成一道水平縫隙。業內一部分專家質疑該處為斷樁，會影響工程樁的承載性能。

若自平衡法試樁為工程樁，則應在靜載試驗后利用預埋好的壓漿管，在地面采用高壓注漿的方式對載荷箱處予以壓漿補強，來確保樁身的連續性及今后的正常使用；同時，高壓注漿應采用專業施工隊伍，確保施工質量，高注漿后形成的實體灰漿強度不低于樁身混凝土設計強度。

高壓注漿后，在載荷箱處不應存在薄弱部位，不會影響樁的豎向承載性能。但由于在載荷箱處主筋是完全斷開的，壓漿后接近于靠素混凝土連接，因此存在不利于抵抗水平載荷的隱患，需對該處進行水平載荷驗算。

因此，自平衡法的載荷箱處與傳統意義上的斷樁是不同的，在正常條件下它不會影響的樁的豎向承載能力，但在一定程度上削弱了樁的水平承載能力。

3 結論

1）自平衡法是針對特殊場地條件與超大噸位靜載試驗的一種探索性的技術嘗試，是對傳統靜載試驗方法的一種補充。目前在理論上與實踐上還存在一定程度上的不足，需在今后隨著理論與測試技術的進步不斷得以改進與完善。

2）在自平衡法的工程實踐應用上，要充分預期方法上的不足之處，合理選取相應的修正系數，使得測試結果更加接近于真實。

3）自平衡法尚無法準確測試樁的極限承載力，具有一定的局限性與適用性，應根據工程具體情況慎重應用。