樁基承載力自平衡檢測技術與具體應用

尹軍衡

(廣州港灣工程質量檢測有限公司，廣東 廣州 510230)

1 引言

灌注樁樁基是現代工程中的重要應用形式，但工程施工中對其性能提出了較高的要求，以合理的方式掌握其承載力情況具有重要意義?；诔休d力檢測的方式可幫助施工人員全面了解結構性能，常見的有傳統靜載法、自平衡測試法等[1]，大量工程實例表明應用較為廣泛的當屬自平衡測試法，其在單樁工程承載力檢驗中具有較好的應用效果，是行業內的主流技術。

2 工程概況

本文以粵澳新通道(青茂口岸)澳方聯檢大樓及粵澳名優產品博覽中心綜合體為背景，澳方聯檢大樓設計樁徑分別是直徑2m、1.5 m和1 m三種。設計基巖取值：所有樁持力層嵌固于微風化巖石上，石層等級為Ⅱ或更好，巖石單軸抗壓強度(UCS)最小不低于50 MPa，及其取芯率(TCR)不少于95%；樁柱的混凝土設計級別為B40，鋼筋設計級別為A400。

3 自平衡檢測原理

根據灌注樁的結構特點，自平衡檢測在其中具有較好的應用效果，在檢驗單樁豎向極限承載力工作中可行性較高，還可用于極限端阻力等方面的性能檢驗。樁基自平衡法的適應能力強，在絕大部分場景中都可正常使用，檢測工作使用到傳感器(用于檢測應力、應變等)與位移桿，最為關鍵的是荷載箱，此部分以樁的類型及規格為依據合理配置，是加載作業的重要裝置[2]。正式測試前，選擇符合檢測要求的荷載箱并將其置于樁端附近，基于對樁自身反力平衡原理的應用實現對樁身的加載，伴隨該加載量的持續增加，當其達到樁承載力極限狀態時即可停止，結束整個檢測工作。

4 自平衡檢測技術

4.1 檢測裝置

4.1.1 加載裝置

選擇環形荷載箱，該裝置有效行程15 cm，正常運行狀態下加壓可提升至60 MPa，以此為基礎配套高壓油泵，要求此裝置加壓單位為0.5 MPa。

4.1.2 位移傳感器

選擇高精度位移傳感器，將該裝置安裝在樁基礎，為實現高效的檢測需滿足量程≥50 mm的要求，配套磁性表座，將該裝置與鋼梁穩定連接[3]，本次檢測所用傳感器為8只，分別負責向上位移量(3只)、向下位移量(3只)，剩余2只主要用于檢測樁頂向上位移量。此外，使用到位移計并將其設置在荷載箱上、下間，作用在于檢測兩部分的相對變位情況。

4.1.3 應力量測

選用應變計檢測樁身軸力，布設區域為巖土分界處，共使用到4個，遵循的是對稱布設原則，分別獲得各自結果并經整理后取平均值。于樁端處增設壓力計，目的在于檢測樁端反力情況。

4.2 檢測方法

荷載樁埋設至樁中，使其與鋼筋籠形成穩定連接關系，延伸位移棒和油管，使兩部分均有效引出地面。運用油泵，在其作用下實現給荷載箱持續供油，在壓力作用下將箱的頂、底部相互分離，由此將形成上、下兩個方向的推力[4]。

4.3 荷載傳遞

荷載會沿著樁身軸線的路徑發生傳遞，樁結構接收到荷載后其依然維持穩定狀態，表明此時混凝土與鋼筋兩部分結構的應變具有等值關系，通過應變計則能獲得各荷載狀態下所對應的應變情況，進一步明確樁截面的狀況，如軸力、摩阻力等，從中確定荷載傳遞規律。

4.4 檢測步驟

4.4.1 加載

加載過程遵循慢速的原則，避免某環節出現異常增加荷載或是減小的情況[5,6]。

(1)由業主、監理或設計單位指定，對施工編號為ZH-16#和ZH-45#的2根工程樁進行單植豎向抗壓承載力自平衡法靜載荷試驗，檢測試樁的單樁豎向抗壓極限承載力。這2根樁的技術參數見表1。

表1 技術參數

(2)考慮到試樁自重大的特點，嚴格控制好每級加載量，本工程設計為10級加載、5級卸載。

(3)結束加載后，每5 min、15 min、30 min、45 min、60 min依次完成檢測，后續可將間隔設定為30 min不變，傳感器對接計算機以實現高效率的檢測與分析，在程序的控制下獲得檢測數據并創建關系曲線，為用戶直觀分析提供材料。

4.4.2 終止加載的條件

氣候傾向率采用一次線性方程表示，即：Ti=a0+a1ti ，式中：Ti為氣溫，ti為時間；a1為線性趨勢項，a1×10表示氣溫每10a的氣候傾向率。對趨勢系數進行顯著性檢驗。

(1)若位移量≥40 mm，同時本級荷載狀態下所帶來的下沉量達到上級該指標的5倍時，表明完成加載作業，可停止，此時選取前一級荷載并將該值作為樁基的極限荷載。

(2)若位移量≥40 mm，同時在結束荷載后的24 h內都維持穩定狀態時，即可結束加載作業，極限荷載的選取方式與上述一致。

(3)若位移量<40 mm，以設計值與安全系數乘積為基準，若實際位移不小于該值，滿足此條件時即可結束加載作業，此時的極限荷載選擇方式與上述不同，即指的是本級荷載。

4.4.3 卸載

(1)遵循分級卸載的原則，每執行一次都檢測樁頂回彈量，在相對穩定后方可組織后續環節的卸載作業，工程采取5級卸載方式。

(2)結束卸載后，以15 min為間隔依據觀測。

4.5 檢測結果

ZH-16#試驗加荷方式為慢速維持荷載法，試樁的每級荷載增量均為3410 kN，加載至34100 kN后，受業主委托最大試驗荷栽增加至37510 kN，試樁的向上位移累計達到8.21 mm，取37510 kN為上段樁的極限承載力。

試植的向下位移累計達到3.98 mm，取37510 kN為下段樁的極限承載力；ZH45#試驗加荷方式為慢速維持荷栽法，試樁的每級荷載增量均為1910 kN，加載至19100 kN后，受業主委托最大試驗荷載增加10%至21010 kN，試樁的向上位移累計達到8.26 mm，取21010 kN為上段樁的板限承栽力；試樁的向下位移累計達到334 mm，取21010 kN為下段樁的極服承載力。

做好檢測前的準備工作，基于聲測法掌握樁身情況，分析其是否存在缺陷。通過對檢測結果的分析得知樁身質量良好，具體內容見表2。

表2 檢測結果

以上述所得的檢測結果為依據，ZH-16#試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力為74880 kN，滿足設計要求；ZH-45#試驗樁的單樁豎向抗壓極限承載力為42210 kN，滿足設計要求。

5 討論

自平衡試樁法還有許多方面的問題值得深入探討。一般來說，該技術的基本原則為：在測試之前計算樁身的反力，然后確定反力的平衡點，最后實現樁身的加載。這個過程十分復雜，因此在計算過程中會產生較多的問題，使得平衡點的求解難度加大。在計算過程中還要考慮誤差的問題，誤差產生的原因主要發生于測試結果向靜載轉換的過程，因為轉換系數的存在導致了分析誤差，因此，必須要解決轉換過程中誤差存在的問題。

此外，該技術是近來才被發現，并廣泛用于極限承載力測試。通過許多案例分析，與其他傳統的方式方法相比，該技術具有很大的優越性，因此在北美等地區得到了很好的推廣應用。

6 結語

本文以工程實例為背景，基于自平衡檢測技術分析樁基承載情況。結果表明：該技術所得結果的精度較高，實際操作中便捷性較好，在大直徑、深樁基中具有優良的應用效果，可做到省時、省力、可靠。因此，所提出的自平衡檢測技術具有參考價值，值得工程人員應用到類似的樁基檢測工作中，以所得結果為依據形成合理設計方案，并可確保各環節施工的效率與質量。