單樁承載力自平衡法試驗及實例淺析

張青山

摘 要：本文簡單介紹了自平衡法較傳統靜載法的優越性及其原理；以某客專站房工程為實例，對自平衡試驗方案、計算方法和結果分析作了較為詳細的闡述。

關鍵詞：單樁承載力；自平衡；實例

Pile capacity from equilibrium method and examples of analysis

Zhang Qing-shan

（China Railway Southwest Research Institute Co.， Ltd.， Chengdu 611731）

Abstract： This paper introduces the principle of self-balancing method and its advantages over traditional static load method； Taking a stand-off special housing project as an example， the test program for the self-balancing， calculation methods and the results were analyzed more in detail.

Keywords： pile capacity； self-balancing； examples

1.前言

傳統的樁基荷載試驗方法有兩種，一是堆載法，二是錨樁法；其存在的主要問題是：前者必須解決幾百噸甚至上千噸的荷載來源、堆放及運輸問題，后者必須設置多根錨樁及反力大梁，導致測試費用昂貴，時間較長，而且易受噸位和場地條件的限制。單樁承載力自平衡測試技術是近二十年來國內外迅速發展并推廣使用的一種基樁承載力檢測的新方法，它有效的彌補和解決了傳統載荷試驗的這些問題，在國內已得到推廣應用[1]。

2.試驗原理

自平衡法的工作原理是在樁的中下部找到一個平衡點設置一個加載裝置，將樁分成上下兩段，通過液壓裝置給加載裝置加壓使兩段樁受到一對向上和向下的反力，上段樁底部受到向上的均布荷載作用，下段樁頂部受到向下的均布荷載作用。采用預先在加載裝置中安裝壓力表和位移傳感器的方法來得到加載裝置的壓力和上下兩端的位移[1]。根據測試結果分別繪出上段樁和下段樁的荷載～沉降曲線，并求得上下兩端樁的極限承載力。然后，將經過處理的上段樁的側阻力和下段樁極限承載力相加即為單樁極限承載力。如圖1所示。

3.試驗方案

3.1試驗依據

《基樁靜載試驗 自平衡法》（JT/T738-2009）。

《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）。

《鐵路工程基樁檢測技術規程》（TB10218-2008）。

3.2工程概況

本工程為某鐵路客運專線站房工程，試樁樁號為CT1-1#、CT21-3#。試樁均為鉆孔混凝土灌注樁，樁長為35m，設計樁徑為0.75m，混凝土設計強度等級為C35（P6）；設計單樁豎向抗壓極限承載力標準值為3000kN，設計要求最大試驗荷載為3300kN。

3.3試驗前準備工作

（1）收集原始資料，了解試樁場地工程地質情況，試樁樁位對應的地質柱狀圖，試樁的基本設計和施工情況。

（2）當試樁進入濕陷性黃土層內的長度不小于10m時，宜對其樁周和樁端的土體進行浸水。浸水試坑深度不宜小于500mm，坑底面應鋪100～150mm厚度的砂、石，在浸水期間，坑內水頭高度不宜小于300mm。加載前向試坑內浸水，連續浸水時間不宜少于10d。

3.4平衡點位置計算

通過對上下阻力分層計算，可得其平衡點位置（上下阻力相等的位置），見表1～表2。

3.5對荷載箱的安裝、導管、鋼筋籠等的要求

（1）荷載箱應放在樁身平衡點（使上段樁的自重及樁側摩阻力之和與下段樁的樁側摩阻力及樁端阻力之和基本相等的位置）處，使上、下段樁的承載力相等以維持荷載（見圖2）。

（2） 荷載箱必須平放于樁中心，荷載箱位移方向與樁身軸線夾角≤5°（見圖3），鋼筋籠上段與荷載箱的上板焊接，鋼筋籠下段只能與下板焊接，不得焊在油缸上。

（3）鋼筋籠與荷載箱之間設置喇叭筋數量和鋼筋籠主筋數量相同，喇叭筋與荷載箱的夾角處于60°左右（見圖4）。

（4）布置兩組（每組兩根，對稱布置）位移桿，分別用于測定荷載箱處的向上、向下位移，位移桿采用直徑為20～25mm螺紋鋼或剛性較好的4#金屬水管，位移桿之間采用套筒連接和焊接方式。

3.6現場試驗

（1）從成樁到開始試驗的間歇時間：在樁身強度達到設計要求的前提下，對于砂類土，不應小于10d；對于粉土和粘性土，不應少于15d。

（2）試驗加載方式：采用慢速維持荷載法。

（3）在前述試驗準備工作完成后，即可開始正式試驗。

（4）試驗過程中應注意記錄現場天氣變化情況、試驗過程中出現的各種意外或異常情況。

3.7試驗資料的整理

（1）試驗概況：整理成表格形式，并應對成樁和試驗過程出現的異常現象作補充說明。

（2）確定單樁豎向極限承載力：一般繪制Q-s上、Q-s下、s上-lgt、s下-lgt、s上-lgQ、s下-lgQ曲線。

3.8單樁豎向極限承載力的確定

（1）根據位移隨荷載的變化特征確定極限承載力，對于陡變型Q-s曲線取Q-s曲線發生明顯陡變的起始點。

（2）對緩變型Q-s曲線，按位移值確定極限值，極限側阻取對應于向上位移s上=40～60mm對應荷載；極限端阻取s下=40～60mm對應荷載，或大直徑樁的s下=0.03～0.06D（D為樁端直徑，大樁徑取低值，小樁徑取高值）的對應荷載。

（3）根據位移隨時間的變化特征確定極限承載力，下段樁取s-lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值，上段樁取s-lgt曲線尾部出現明顯向上彎曲的前一級荷載值。

（1）分別求得上、下段樁的極限承載力Qu上、Qu下，然后考慮樁自重影響，得出單樁豎向抗壓極限承載力為：

4.試驗結果及分析

（1）靜載試驗位移明細見表3～表4；

（2）荷載-位移（Q-s）曲線見圖5～6。

（2）根據Q-s曲線和位移明細表，所測2根樁Q-s曲線均為緩變型曲線，且雙向總位移量均小于40mm，根據規范，取各方向最大加載值為其相應的極限荷載值。根據式（1），可算得每根樁單樁豎向抗壓承載力極限值。

詳細結果見表5

5.結語

根據實測數據可知，試樁在設計要求最大試驗荷載條件下，其側阻力和端阻力均未達到極限狀態，其實際極限承載力均大于最大試驗荷載，滿足設計要求。

通過本次試驗，對比傳統堆載（錨樁）靜載試驗，自平衡法經濟上更省，試驗周期更短，安全性更高，操作上更簡便，是值得各工程檢測單位更進一步研究和推廣的一種單樁承載力試驗方法。

參考文獻

[1] 黎杰.重慶大學碩士學位論文樁基承載力自平衡測試法研究endprint