自平衡試樁法在高層樁基工程中的應用*

石亞雄 黃生根

(1)中國地震局地震研究所，武漢 430071 2)武漢地震工程研究院，武漢 430071 3)湖北震泰建設工程質量檢測有限責任公司，武漢 430071 4)中國地質大學(武漢)，武漢430074)

自平衡試樁法在高層樁基工程中的應用*

石亞雄1，2，3)黃生根4)

(1)中國地震局地震研究所，武漢 430071 2)武漢地震工程研究院，武漢 430071 3)湖北震泰建設工程質量檢測有限責任公司，武漢 430071 4)中國地質大學(武漢)，武漢430074)

介紹自平衡法的基本原理并結合在武漢市某小區一次樁基測試的實際，對其測試數據作了分析。

自平衡測試法;靜載試驗;極限承載力;荷載箱;樁基檢測

1 引言

傳統的靜載試樁法一直以來被認為是確定單樁承載力最直觀、最可靠的方法。而靜載荷試驗的裝置一直是停留在壓重平臺或錨樁反力架等形式，試驗時費時費力，而隨著高層或超高層建筑的不斷增多，單樁承載力也越來越高，往往由于場地或加載能力的限制，檢測越來越困難，使許多大噸位樁基得不到準確的承載力數據，基樁的潛力不能充分發揮。

樁基自平衡靜載測試技術把荷載箱在混凝土澆注之前和鋼筋籠焊接在一起埋入樁內，由高壓油泵在地面向荷載箱充油加載，由上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡來維持加載。由于無需笨重的反力架和大量的“堆載”，故占用場地小，試驗時間短，且不受場地條件和加載能力的限制［1-4］，從而滿足了試樁檢測的需要。

2 自平衡測試法原理

自平衡測試法試驗，是在地面通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、向下發生位移，從而一方面迫使上段樁身上抬，使樁側摩阻力發揮，另一方面同時迫使下段樁身下沉，使下段樁側阻力及樁端阻力逐步發揮，從而達到試樁自身反力平衡加載的目的。原理如圖1所示。

圖1 樁承載力自平衡試驗示意圖Fig.1 Sketch of the experiment of self-balance of pile bearing force

2.1 自平衡測試承載力的確定

由于自平衡測試所得到的極限承載力是試樁上、下兩段樁測試曲線，不是整樁的承載力，所以必須采用一定的轉換方法使其成為整段試樁的承載力值。對應測試曲線的轉換，就是要將自平衡試驗得到的向上和向下兩個方向的荷載-位移曲線轉換為傳統的靜載試驗所得的單一向下的荷載-位移曲線(圖2)。

在現行的測樁應用到轉換方法主要有兩種，即簡化轉化法和精確轉換法，此處介紹該工程所用到的簡化轉換法。簡化法轉換后的樁頂荷載［5，6］計算公式為：

為了得出相應的整樁的樁頂位移S，將整樁在斷面a處切開，此時截面a處x級荷載下的內力為和，切口處上、下段位移分別為和，則對應整樁Q荷載下的位移沉降為上段樁身壓縮量和上段樁樁端位移沉降之和：

上段樁身彈性壓縮由兩部分組成：由荷載箱位置處作用在上段樁樁身軸力引起的壓縮ΔS1和由摩阻力Q-引起的壓縮ΔS2，其中：

按式(4)、(5)即可以得到向傳統靜載轉換的一系列點(Q，S)，從而可以得到近似等效的樁頂荷載-位移曲線。轉換過程如圖2所示。

圖2 自平衡測試結果轉換示意圖Fig.2 Sketch of trasformation of the self-balance test result

3 工程概況及自平衡檢測過程

該工程為武漢市某住宅小區中高層建筑基樁，場地工程地質概況由上至下為：①耕土(黏性土);②粉質黏土層(黃褐色，硬塑);③-1層殘積粉質黏土(紫紅色，硬塑);③-2層紅黏土(棕黃色，硬塑);③-3層紅黏土(棕黃色，可塑偏硬塑狀態);④層石灰巖(灰色，節理、裂隙較發育，中等風化，巖石堅硬程度為較硬巖，巖體較完整)。

根據設計要求，需要對3根Φ800灌注樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗采用自平衡法，試樁主要參數見表1。

靜載荷試驗最大加荷量為2×3 300 kN，單級荷載取預估試驗荷載量的1/11，第一級為分級加載量的2倍;各級加荷量分別為2×600 kN，2×900 kN，2 ×1 200 kN，2×1 500 kN，2×1 800 kN，2×2 100 kN，2×2 400 kN，2×2 700 kN，2×3 000 kN，2×3 300 kN。每級加載后在第1小時內分別于5、15、30、45、60分鐘各測讀一次，以后每隔30分鐘測讀一次。當每級加載下沉量，在60分鐘內不大于0.1 mm，并連續出現兩次時，即可認為穩定。

試樁S1、S2、S3均在前9級加載過程中正常，繼續加載至10級荷載(2×3 300 kN)時，上段樁沉降急劇增大，出現陡降，且沉降不穩定，上段試樁破壞，故終止加載，開始卸載，試樁結果見表2。

表1 試樁參數Tab.1 Parameters of the related experiment pile

表2 試樁實測結果Tab.2 Really measuring results of experimental piles

4 測試結果分析

圖3、4、5分別為自平衡試樁法得到的3根樁的Q-S曲線。根據已測得的兩條荷載-位移曲線，轉換至樁頂，得到試樁等效轉換曲線圖(圖6、7、8)。

S1試樁等效轉換曲線如圖6所示。樁頂荷載-沉降關系曲線為緩變形，取最后一級對應的荷載為承載力極限值Qu;極限承載力為6234.4 kN，相應的位移為9.3 mm。

S2試樁等效轉換曲線如圖7所示。樁頂荷載-沉降關系曲線為陡變形，取發生明顯陡降的起始點對應的荷載值為極限承載力;極限承載力為6 220 kN，相應的位移為14.4 mm。

S3試樁等效轉換曲線如圖8所示。樁頂荷載-沉降關系曲線為陡變形，取發生明顯陡降的起始點對應的荷載值為極限承載力;極限承載力為6 117.3 kN，相應的位移為10.8 mm。

根據基樁自平衡法靜載試驗技術規程［10］中簡化法和等效轉換曲線分析結果，以兩種方法確定的數值中較小值為極限承載力，得到各樁的承載力見表3。

圖4 S2測試樁S-Q曲線和S-lgQ曲線圖Fig.4 S-Q and S-lgQ curves of the experimental pile S2

圖5 S3測試樁S-Q曲線和S-lgQ曲線圖Fig.5 S-Q and S-lgQ curves of the experimental pile S3

圖6 S1試樁等效轉換曲線Fig.6 Equivalent transformation curve of experiment pile S1

圖7 S2試樁等效轉換曲線Fig.7 Equivalent transformation curve of experiment pile S2

圖8 S3試樁等效轉換曲線Fig.8 Equivalent transformation curve of experiment pile S3

表3 自平衡靜載試驗綜合分析結果Tab.3 Integrated analysis results of the statical load experiment of self-balance

5 結論

1)自平衡技術具有工期短，成本低，而且測試結果安全可靠的優勢。

2)自平衡試樁法優點不言而喻，平衡點的預估需要借助于準確的地質資料和地區成樁經驗，也是該方法取得試樁效果的關鍵點。

1 劉金洪，夏保國，顧愛峰.樁承載力自平衡測試法在鉆孔灌注樁中的應用等［J］.工業建筑，1999，29(3)：70-72.

2 龔維明，戴國亮，蔣永生.樁承載力自平衡測試法的理應研究［J］.工業建筑，2002，32(1)：28-32.

3 龔維明，戴國亮，蔣永生.樁承載力自平衡測試理論與實踐［J］.建筑結構學報，2002，23(1)：33-38.

4 翟晉.自平衡測樁法的應用研究［M］.南京：東南大學出版社，2000.

5 戴國亮，龔維明，蔣永生.橋梁大噸位鉆孔灌注樁靜載試驗研究［J］.特種結構，2001，18(2)：38-41.

6 方磊，等.橋梁大噸位鉆孔灌注樁靜載試驗研究［J］.特種結構，2001，18(2)：38-41

APPLICATION OF SELF-BALANCE PILE-TESTING METHOD IN PILE FOUNDATION ENGINEERING OF HIGH-RISE BUILDING

Shi Yaxiong1，2，3)and Huang Shenggen4)

(1)Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071 2)Wuhan Institute of Earthquake Engineering，Wuhan 430071 3)Hubei Zhentai Construction Quality Testing Co.，Ltd，Wuhan 430071 4)China University of Geosciences，Wuhan430074)

Self-balance as a kind of testing method is mainly provided by its own force to test the end bearing force and shaft resistance.The basic principles of self-balance combined with a pile test in a district of Wuhan city is introduced.The results showed that the project can achieve good results.

self-balance method;static load test;ultimate bearing capacity;osterberg-cell;pile test

1671-5942(2011)Supp.-0106-04

2011-05-07

石亞雄，男，1957年生，高級工程師，主要從事地球重力場研究及工程檢測工作.E-mail：280723705@qq.com

TU413

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