樁基自平衡法靜載檢測與傳統堆載法靜載檢測的對比分析

潘學忠

0 引言

目前，我國在檢測基樁承載力時，常用的檢測手段為堆載法靜載荷試驗，但是在面對大直徑、大噸位以及無法提供堆載反力的樁基工程時，該檢測方法暴露出許多弊端，會影響檢測效率與質量，基于此，尋找一種適用范圍較廣、工作質量較高的檢測方法成為檢測人員的重點關注內容。樁基承載力自平衡法靜載檢測不僅不存在傳統檢測方法的不足，還不會受到場地的限制，具有較好發展前景，但該方法所得到的承載力是否可靠，還需進行進一步驗證，因此本文對堆載法及自平衡兩種檢測方法所得到的數據進行對比分析，結果表明，自平衡法靜載檢測經計算所得到的極限承載力略大于堆載法檢測所得到的極限承載力，證明了對于能夠準確找到荷載箱平衡點的項目來說，自平衡法靜載檢測能夠得到更大的單樁承載力，因此，對于未測試樁身內力的抗壓試驗，采用自平衡法靜載檢測在計算單樁承載力時，上段樁的摩阻力轉換系數取值尤為重要，取值不當將影響樁基的實際承載力，可以幫助設計人員更好地選擇檢測方法，對提高檢測效率與質量有著非常大的幫助。

1 工程概況

本文依托江蘇省南京江北新區中心區地下空間一期項目，進行了堆載法以及自平衡法單樁承載力靜載檢測，該工程位于南京市浦口區頂山街道，地下7 層，地上為500m 超高層建筑，共分為四個區段，本次檢測區段為四區，樁型采用鉆孔灌注樁，設計樁徑1.0m，設計抗壓極限承載力為10 000kN，共包括2 根試驗樁，樁基檢測基本參數見表1，樁側土層分布及參數見表2。

表1 樁基靜載試驗參數

表2 樁側土層及參數

2 試驗方案

2.1 堆載法靜載試驗

試驗按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）的有關規定進行。

2.1.1 試驗裝置及示意圖

試驗由加載裝置與荷載及位移觀測裝置組成。試驗采用2 臺800T 油壓千斤頂加載，千斤頂安放在待檢測樁頂部，千斤頂中心與樁中心重合，用壓力傳感器測定千斤頂油壓，實現加卸荷與穩壓自動化控制。用靜載測試儀和位移傳感器測量樁頂位移，安裝在樁頂側面。其檢測示意圖見圖1 所示。

圖1 樁基靜載檢測示意圖及現場圖

2.1.2 加、卸載方法

（1）加載應分級進行，采用逐級等量加載，分級荷載為預估極限承載力的1/10，第一級取分級荷載的2 倍；

（2）卸載應分級進行，每級卸載量取加載時分級荷載的2 倍，且應逐級等量卸載；

（3）加、卸載時應使荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，且每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過分級荷載的±10%；

（4）每級荷載施加后，應分別按第5min、15min、30min、45min、60min 測讀樁頂沉降量，以后每隔30min 測讀一次樁頂沉降量；每一小時內的樁頂沉降量不得超過0.1mm，并連續出現兩次（從分級荷載施加后的第30min 開始，按1.5h連續三次每30min 的沉降觀測值計算），則認為樁頂沉降速率達到相對穩定標準，可施加下一級荷載；

（5）卸載時，每級荷載應維持1h，分別按15min、30min、60min 測讀樁頂沉降量后，即可卸下一級荷載；卸載至零后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間不得少于3h，測讀時間分別為第15min、30min，以后每隔30min 測讀一次樁頂殘余沉降量。

2.2 自平衡法靜載試驗

試驗按照《建筑基樁自平衡靜載試驗技術規程》JGJT 403-2017 的有關規定進行。

2.2.1 試驗裝置及示意圖

試驗由加載裝置與荷載及位移觀測裝置組成。加載裝置采用自平衡法加載專用設備——荷載箱，它與鋼筋籠連接后安裝在樁身平衡點，并將高壓油管引到地面，用油壓表測定荷載箱油壓。用百分表測量位移，2 只測荷載箱向下位移，2 只測荷載箱向上位移。其檢測示意圖如圖2 所示：

圖2 自平衡法靜載示意圖

2.2.2 加、卸載方法

以流體為加載介質，向埋設于樁基內一定深度位置的荷載箱中加壓，從而對荷載箱樁體同時施加載荷。

加載：加載應分級進行，每級加載為預估加載力的1/10，首級加載按分級加載值的兩倍加載；

卸載：分5 級卸載，每級卸載為加載級別的2 倍；

加載數據記錄：每級加載后在第1h 內觀察第5、15、30、45、60min 的位移值，以后每隔30min 觀察一次，以判斷穩定狀態。穩定標準：每級加載每一小時的向上、向下位移量均不大于0.1mm，并連續出現2 次（從加載后30min 開始，按1.5h連續三次每30min 的位移量計算）；

卸載數據記錄：每級卸載后，在第1h 內觀察第15、30、60min 的位移值。卸載至零后維持3h，觀測殘余變形。

3 數據分析

3.1 堆載法靜載試驗

3.1.1 檢測結果

如表3 所示。

表3 南京某項目樁基堆載法靜載試驗檢測結果

3.1.2 單樁極限承載力的確定

根據檢測結果，依據規范取值要求，對于緩變型曲線取S=50mm 對應的荷載值，故采用堆載法靜載檢測得到的單樁極限承載力按內插法取值Qu=9000+（50-36.24）×（10000-9000）/（52.62-36.24）=9840kN。

3.2 自平衡法靜載試驗

3.2.1 平衡點位置確定

根據表2 給出的土層參數，經計算得出平衡點位置為樁端往上14.0m。

3.2.2 檢測結果

如表4 所示。

表4 南京某項目自平衡法靜載試驗檢測結果

3.2.3 單樁極限承載力的確定

實測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，按照相關規范中的承載力計算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

式中：Q：單樁豎向抗壓極限承載力（kN）；

Q：荷載箱上段樁的極限加載值（kN）；

Q：荷載箱下段樁的極限加載值（kN）；

W：荷載箱上段樁的自重與附加重量之和（kN），附重量應包括設計樁頂以上超灌高度的重量、空樁段泥漿或回填砂、土自重，地下水位以下應取浮重度計算，鋼筋混凝土重度取25kN/m；

γ：受檢樁的抗壓摩阻力轉換系數，宜根據實際情況通過相近條件的比對試驗和地區經驗確定。當無可靠比對試驗資料和地區經驗時，γ可取0.8～1.0，長樁及黏性土取大值，短樁或砂土取小值。

計算過程如下：

3.3 對比分析

從上述檢測結果對比分析，采用自平衡法靜載檢測經計算所得到的極限承載力與堆載法檢測所得到的極限承載力相差不大，但從上面表格數據中發現，D-001 號樁當加載量達到10 000kN 時，累計沉降量達到了52.62mm，而D-002 號樁加載至5 000kN 時，上位移與下位移之和為28.78mm，故自平衡檢測的加載量可以繼續增大，另一方面，上述計算中 1取值為0.9，如果取值降低則計算得到的單樁承載力會增大。

4 結語

（1）近年來，自平衡靜載檢測試驗方法已越來越多地應用于工程中，特別是公路、鐵路、橋梁以及堆載法難以實施的狹窄場地，該方法在同一根試驗樁上面既可以做豎向抗壓靜載試驗，也可以做豎向抗拔靜載試驗。

（2）自平衡靜載檢測平衡點的確定尤為重要，因為該試驗是靠上部樁及下部樁相互平衡來維持試驗的，如果平衡點確定有誤，那么檢測得到的單樁承載力數據會偏小。

（3）由于目前大部分地區缺乏大量工程實例的經驗總結，對于未進行樁身內力測試的抗壓試驗，摩阻力轉換系數是通過地勘報告所提供的抗拔系數進行加權確定的，該值的大小直接影響樁基的實際承載力，從而對工程造價以及結構安全造成影響。

（4）傳統堆載法靜載試驗加載點位于樁頂部而自平衡法加載點位于樁身或樁底，故自平衡法樁身應力分布及樁側土層應力分布與樁實際工作狀態時不同，而且自平衡法靜載試驗為雙向加載，樁身產生的應力是傳統堆載法試驗的一半，建議設計人員確定承載力時要充分考慮樁身混凝土強度。