單樁靜載試驗(yàn)與自平衡法的比較

陳 健 黃 音 鄧永山 夏梁杰

（1.湛江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量和安全監(jiān)督管理站 廣東湛江 524094；2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 重慶 400045；3.重慶大學(xué).山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400045；4.重慶大學(xué)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 重慶 400045；5.湖北毅永志工程技術(shù)有限公司 湖北武漢 430070）

樁基承載力檢測(cè)中，傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)方法具有準(zhǔn)確可靠、成果直觀等優(yōu)點(diǎn)，該方法長(zhǎng)期應(yīng)用，有大量的工程實(shí)例，是普遍公認(rèn)的可靠方法，通常可以作為其他方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確與否的比較依據(jù)。但是，卻可能受到現(xiàn)場(chǎng)條件的限制而較難實(shí)施，尤其在大噸位、特殊場(chǎng)地等情況下矛盾更為突出。對(duì)于傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法難以實(shí)施的情況，例如：大直徑、大噸位、狹窄場(chǎng)地、基坑底部、逆作法等，基樁自平衡靜載試驗(yàn)是可供選擇的檢測(cè)技術(shù)之一[1-3]。

本文以下結(jié)合相關(guān)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)靜載試驗(yàn)和自平衡靜載試驗(yàn)進(jìn)行比較，供實(shí)際檢測(cè)選用時(shí)參考。

其中，靜載試驗(yàn)方法主要參照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ 106-2014[4]，自平衡靜載試驗(yàn)方法主要參照《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 403-2017[5]。

一、樁受力狀態(tài)分析

傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法中，樁的受力狀態(tài)如圖1所示，上部結(jié)構(gòu)傳來的壓力作用于樁頂，與之相平衡的是樁側(cè)阻力和樁端阻力。

Fig. 1 Vertical compressive static load test of foundation pile

由于樁側(cè)負(fù)摩阻具有一定的特殊性，本文暫不討論樁側(cè)負(fù)摩阻的情況。在此條件下，靜載試驗(yàn)中的樁側(cè)阻、端阻的方向均向上。自平衡靜載試驗(yàn)方法中，樁的受力狀態(tài)如圖2所示。該方法通過埋設(shè)在樁中下部的荷載箱加載。荷載箱實(shí)質(zhì)上是一個(gè)液壓千斤頂，開動(dòng)油泵后可以提供向上和向下的一對(duì)自平衡力。

在自平衡靜載試驗(yàn)中，荷載箱頂面以上，由荷載箱所產(chǎn)生的力向上作用于荷載箱以上的樁身段，與上段的樁身自重、樁的側(cè)阻（圖中沿樁身的紅色、橙色箭頭）平衡；如果還有富余，則需要在樁頂加上一定的壓重。需要注意的是，在自平衡靜載試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，荷載箱頂面以上樁側(cè)阻力的方向與工作時(shí)的樁側(cè)阻力方向相反。

荷載箱底面以下，由荷載箱所產(chǎn)生的力作用于荷載箱以下的樁身段，與下部樁的側(cè)阻力、端阻力平衡。在自平衡靜載試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，荷載箱底面以下的樁側(cè)阻力和端阻力的方向和工作時(shí)的方向一致。

二、樁身混凝土應(yīng)力比較

在傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法中，樁身混凝土所受壓力沿樁長(zhǎng)逐漸傳遞給周圍地基，從而使得樁頂以下的樁身混凝土壓應(yīng)力逐漸減小。樁身混凝土的壓應(yīng)力是在樁頂處最大，向下逐漸減小，樁端處最小。

在自平衡靜載試驗(yàn)中，樁身混凝土的壓應(yīng)力則是樁頂處最小，由此向下直至荷載箱頂面處都是逐漸增大，在荷載箱處達(dá)到最大，繼續(xù)往下則又逐漸減小。

由此可見，傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的樁身混凝土應(yīng)力與工作狀態(tài)一致，能夠在試驗(yàn)過程中直接對(duì)樁身混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，有利于發(fā)現(xiàn)受力較大部位的樁身混凝土缺陷；而自平衡靜載試驗(yàn)的樁身混凝土應(yīng)力與工作狀態(tài)存在明顯差異，不能準(zhǔn)確地反映受力較大的上部樁身混凝土中可能存在的缺陷，建議采用其他檢測(cè)方法進(jìn)行補(bǔ)充。這一點(diǎn)正如《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 403-2017第5.0.6條文說明中所指出的，自平衡靜載試驗(yàn)無法得出樁身強(qiáng)度控制的承載力，樁身強(qiáng)度的檢驗(yàn)可采取鉆芯法等其他方法進(jìn)行檢測(cè)。

三、樁側(cè)阻力比較

與工作狀態(tài)相比，自平衡靜載試驗(yàn)中荷載箱頂面以上樁身的側(cè)阻力不僅方向相反，其大小也可能有所不同。

自平衡靜載試驗(yàn)方法實(shí)際上隱含著工作狀態(tài)與試驗(yàn)狀態(tài)的樁身側(cè)阻力方向相反、大小相等的假定。這一假定只有在固結(jié)完成情況好的條件下才有可能成立，也只有在這樣的條件下其得到的等效換算曲線才比較接近工作狀態(tài)，從而得到由巖土阻力控制的基樁承載力。

然而，上述假定是很多情況下并不滿足的。例如：回填土固結(jié)尚未完成、樁身形狀或截面尺寸沿樁長(zhǎng)發(fā)生變化，樁側(cè)面的向上或向下的粗糙情況不一致，等等。這就使得自平衡靜載試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)偏差，建議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)注意進(jìn)行比對(duì)。

四、樁荷載—沉降曲線及基樁承載力比

傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法可以直接測(cè)得在樁頂荷載下的下沉量，并根據(jù)獲得的荷載－沉降曲線判定基樁承載力。

在自平衡靜載試驗(yàn)中，上部樁身段有向上位移的趨勢(shì)，試驗(yàn)測(cè)得的是向上的位移；下段才是和工作受力時(shí)一致的下沉。因此，該方法不能通過試驗(yàn)直接測(cè)得樁的荷載－沉降曲線，需要按照?qǐng)D3所示方法，將自平衡靜載試驗(yàn)的荷載箱向上、向下的荷載－位移曲線等效轉(zhuǎn)換為相應(yīng)傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的荷載位移曲線。前文所述的側(cè)阻力的方向和大小問題，可能會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，建議在有條件時(shí)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。

五、結(jié)束語

傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)與自平衡靜載試驗(yàn)相比，樁的受力狀態(tài)有所不同。傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)可以獲得較為準(zhǔn)確的荷載－沉降曲線并判定基樁承載力，同時(shí)還能對(duì)樁身混凝土強(qiáng)度控制的樁承載力進(jìn)行直接檢測(cè)。自平衡靜載試驗(yàn)可測(cè)出巖土阻力控制的基樁承載力，建議在有條件時(shí)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)；同時(shí)，該方法不能對(duì)樁身強(qiáng)度控制的承載力進(jìn)行檢測(cè)，需要采取鉆芯法等其他方法進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。