自平衡法在某工程中的應用

郝志鵬

1 概述

隨著高層建筑及橋梁工程建設的增多，樁基礎的應用量隨之增大。不管采用哪一種樁基礎，規范規定必須做一定數量的樁基載荷試驗，以確定單樁極限承載力。傳統的樁基載荷試驗方法有兩種:1)堆載法;2)錨樁法。對于堆載法，必須解決幾百噸甚至上千噸的荷載堆放及運輸問題，對于錨樁法，必須設置多根錨樁及反力大梁，所需費用昂貴。這兩種方法都有場地要求，檢測時間較長，都需要吊裝機械進行吊裝，具有一定的危險性，同時單樁承載力越高，試樁困難越大。

美國于20世紀80年代中期開展了樁承載力自平衡試驗方法的研究，近幾年歐洲及日本、加拿大等國也廣泛使用該法。在我國，東南大學土木工程學院與江蘇省建設廳、南京市建筑質監站于1996年開始實用性應用，并于1999年制定了相應規程，并獲兩項國家專利。目前該法在江蘇省廣泛應用，在河南、浙江、云南、安徽、上海、福建、遼寧、貴州等省也已開始使用。該測試方法有以下幾個特點:

1)裝置較簡單，不占用場地，不需運入數百噸或數千噸物料，不需構筑笨重的反力架，試樁準備工作省時、省力、安全;

2)該法利用樁的側阻與端阻互為反力，因而可清楚的分出側阻力與端阻力分布和各自的荷載—位移曲線;

3)試驗費用省，盡管荷載箱為一次性投入器件，但與傳統方法相比可節省試驗總費用的30%～70%，具體比例視樁噸位與地質條件而定;

4)試驗后試樁仍可作為工程樁使用，必要時可利用預埋管對荷載箱進行壓力灌漿;

5)在下列情況下或當設置傳統的堆載平臺或錨樁反力架特別困難或特別昂貴時，該法更顯示其優勢，例如:水上試樁，坡場試樁，基坑底試樁，狹窄場地試樁，斜樁，嵌巖樁，抗拔樁等，這些都是傳統試樁法難以做到的。

2 測試原理

自平衡測樁法是在樁尖附近安設荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。

自平衡測樁法的主要裝置是一種經特別設計可用于加載的荷載箱。它主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移棒。將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆搗混凝土成樁。

試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發生變位，促使樁側阻力及樁端阻力的發揮，圖1為試驗示意圖。由于加載裝置簡單，多根樁可同時進行測試。利用合適的測樁軟件，可同時對多根樁測試數據進行處理。

荷載箱中的壓力可用壓力表測得，荷載箱的向上、向下位移可用位移傳感器測得。因此，可根據讀數繪出相應的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”(見圖1，圖2)，根據兩條Q—s曲線及相應的s—logt，s—logQ曲線，可分別求得荷載箱上段樁及下段樁的極限承載力，將上段樁極限承載力經一定處理后與下段樁極限承載力相加即為樁極限承載力。

3 工程概況

冀東海天水泥聞喜有限責任公司4500 t/d熟料水泥生產線基礎采用灌注樁基礎，樁型為干作業成孔灌注樁(摩擦端承樁)，成孔工藝為人工挖孔。樁徑800mm～1300mm，樁長不等，原設計最長45 m。本次試驗概況見表1。

表1 工程概況表

根據巖土工程勘察詳勘報告，場地地貌單元屬輕微切割黃土丘陵區。場地土層的樁側極限阻力和樁端極限阻力見表2。

表2 鉆孔灌注樁樁側極限阻力及樁端極限端阻力表(勘察報告)

對于該項目樁徑大和樁長長，不僅施工難度大，工期長，而且成本高，造成不必要的浪費。為了充分發揮土阻力，為樁基優化設計提供參考依據。針對該工程要求荷載大，試驗最后破壞荷載21600 kN，需要2500 t以上的配重，不僅配重不容易找和運輸成本高，而且場地有限，組裝困難，安全隱患多。針對這些因素，我們采用了東南大學的樁自平衡法測試方法，同時配合使用滑動測微計。

4 試驗結果的整理與分析

試驗加載情況:試驗采用慢速維持法，即逐級加載，每級荷載達到相對穩定后方可加下一級荷載，直到試樁破壞，然后分級卸載到零。

以3號試樁為例，每級加載為預估最大加載量的1/10，即1800 kN，第一級按2倍分級荷載加荷，即3600 kN。具體分級見表3。

表3 具體分級 kN

每級加載后在第1小時內應在5min，15min，30min，45min，60min測讀一次，以后每隔30min測讀一次。電子位移傳感器連接到電腦，直接由電腦控制測讀，同時在電腦屏幕上顯示Q—s曲線、s—lgt曲線和s—lgQ曲線。

3號試樁在加載到第10級預估極限加載值2×9000 kN，未達到破壞，在加載荷載到2×10800 kN，上位移19.06mm，下位移達到44.22mm且不能穩定，故終止加載，進行卸載;根據加載曲線，按規范取上一級荷載(2×9900 kN，下位移31.6mm)為極限值。

表4 計算結果

同時根據滑動測微計測管實測應變曲線，計算軸向力、極限側阻力、極限端阻力，其結果見表4。

通過本次的檢測，為建設單位提供了現有樁長及地層條件下試樁的單樁極限承載力和樁長范圍內土層的極限側摩阻力和極限端阻力值，比原地質報告上提供的數據有極大的提高，為后期樁基設計與施工的優化提供了可靠的參數，節約了成本，縮短了工期。

據建設單位負責人測算，單此項為該公司節省建設成本300多萬元，受到建設單位的一致好評。

［1］DB32/T 291-99，樁承載力自平衡測試技術規程［S］.

［2］賈永紅.淺論人工挖孔樁基礎的檢測與驗收［J］.山西建筑，2010，36(10):79-80.