荷載箱安裝技術要點及改進方法
——基于自平衡法靜載試驗

郝世龍

(福建省建筑科學研究院　福建省綠色建筑技術重點實驗室　福建福州　350025)

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荷載箱安裝技術要點及改進方法

——基于自平衡法靜載試驗

郝世龍

(福建省建筑科學研究院福建省綠色建筑技術重點實驗室福建福州350025)

福建省的單樁豎向抗壓靜載試驗荷載越來越大，引起諸多問題，自平衡法靜載試驗可解決傳統靜載試驗的困境。文章介紹了自平衡法靜載試驗原理，并結合樁基檢測實踐，系統總結了荷載箱安裝技術要點、常見問題、可能導致的問題及規避解決的措施，最后提出了一種改進荷載箱安裝的方法。

自平衡法靜載試驗；荷載箱；安裝技術要點；整體內嵌法

0　引言

福建省的樁基檢測實踐表明，本地區的灌注樁的單樁豎向抗壓靜載試驗的荷載越來越大。傳統的堆載法和錨樁法靜載試驗是業內公認可靠的檢測方法，但近年來福州地區25 000kN以上的大噸位的檢測項目越來越多，傳統堆載法和錨樁法的弊端逐漸呈現出來：

(1)危險性高，福建省特別是沿海一帶淤泥層分布廣泛，場地松軟或不平整可能導致提供反力的壓重平臺歪斜甚至傾覆；

(2)易受場地限制，不適用于位于狹小空間、坡地、坑底及場地邊緣的樁；

(3)費時費力，需要專門處理樁頭，需要數千噸混凝土塊進出場、安裝及轉場；

(4)費用高，配重進出場、大型壓重平臺定制、平臺地基處理及額外的錨樁施工費用都很高。

2014年福建省發布并實施了地方標準《基樁豎向承載力自平衡法靜載試驗技術規程》(DBJ/T13-183-2014)[1]，為解決本地區靜載試驗難題提出了可靠的解決辦法和依據。自平衡法靜載試驗，最早由日本學者中山和藤關提出，美國的Osterberg教授做了相關研究并于1989年開發了Osterberg試樁法[2]，在國內由東南大學土木工程學院龔維明[3-4]等人于1996年引進做了實用化研究并命名為“自平衡試樁法”(福建省內一般稱“自平衡法靜載試驗”)。自平衡法靜載試驗由于不需要堆載法壓重平臺或者錨樁反力系統，從根本上解決了上述問題，能夠適用各種試驗場地，能適用于各種噸位的樁，試驗安全方便，費用低廉，試驗后仍可做工程樁使用[2]。可以預見，自平衡法靜載試驗將在我省得到廣泛的運用。

1　自平衡法靜載試驗的原理

1.1自平衡法靜載試驗裝置

自平衡法靜載試驗是將一種特制的加載設備——荷載箱，與鋼筋籠相接，埋入樁的指定位置，由高壓油泵通過高壓油管向荷載箱充油而加載，如圖1所示。其中荷載箱是關鍵設備，主要由液壓缸體、液壓管路、上蓋板和下蓋板組成，測試時通過液壓泵給荷載箱加壓，數個液壓缸體同步加壓保證加壓均勻。整體呈環狀，數個液壓缸體就分布在環狀空間。荷載箱外徑一般等于或略小于鋼筋籠的外徑，內徑一般在400mm左右，可通過導管以便于混凝土灌注作業，如圖2所示。荷載箱安裝在鋼筋籠特定位置上，隨鋼筋籠一起下放。

圖1　樁基自平衡測試系統

圖2　荷載箱示意圖及實物圖

1.2自平衡法靜載試驗機理及數據轉換

與傳統的靜載試驗不同，自平衡法基本工作原理是把荷載箱安裝在一個平衡點，依靠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。因此試驗會得到向上和向下兩條荷載位移(Q-s)曲線。根據向上及向下的Q-s、s-lgt曲線可分別求得上段樁及下段樁的極限承載力。

圖3　自平衡法靜載試驗典型Q-s曲線

可按下式計算單樁豎向抗壓極限承載力[1]：

(1)

式中：Qu——的單樁豎向抗壓極限承載力(kN)；

Qsu——上段樁的豎向抗拔極限承載力(kN)；

Qxu——下段樁的豎向抗壓極限承載力(kN)；

Wp——荷載箱上部樁自重(kN)；

Wl——樁頂堆載的有效重量(kN)；

γ——試樁的向下、向上摩阻力轉換系數。

根據荷載箱上部土的類型確定：粘性土、粉土γ=0.8；砂土γ=0.7；巖石γ=1，若上部有不同類型的土層，按土層厚度加權取平均值。轉換系數有條件時應根據實際情況確定。

樁頂沉降是根據等效轉換法，將自平衡法靜載試驗獲得的向上、向下兩條Q-s曲線等效轉換為相應傳統靜載試驗的一條Q-s曲線：

s=sx+Δs

(2)

式中：s——與等效樁頂荷載Q對應的樁頂位移；

sx——下段樁的樁頂位移；

△s——上段樁的樁身壓縮量，△s的計算參照《基樁豎向承載力自平衡法靜載試驗技術規程》(DBJ/T13-183-2014)。

2　荷載箱安裝技術要點及改進方法

2.1安裝技術要點

荷載箱是自平衡法靜載試驗的核心設備且價值較高，其安裝的質量直接關系到試驗成功與否，因此應引起重視。以下是基于自平衡法靜載試驗檢測實踐總結出的技術要點。

2.1.1位移護管與荷載箱之間的安裝

(1)位移護管(兼作聲測管)、注漿管均應從荷載箱預留孔道穿過，如綁扎在鋼筋籠外側則使得鋼筋籠外徑偏大，可能剮蹭孔壁導致孔底沉渣增多甚至鋼筋籠下放困難。

(2)須保證位移護管接頭的密封性，目前有焊接、套筒式、螺旋式及鉗壓式4種常用連接方式(圖4)，幾種連接方式優缺點對比如表1。宜優先采用鉗壓式和螺旋式連接。實踐發現采用鉗壓式與螺旋式時安裝迅速，密封性好，試驗順利；而焊接式費時費力、密封性差，曾出現過因泥漿及水泥漿沉淀凝結導致無法安裝電動位移絲的情況，影響位移觀測，或電動位移絲試驗后無法取出。

(3)鋼筋籠邊下放邊向位移護管注水，以消除管內外壓力差，禁止采取鋼筋籠完全下放后一次性注水的方式。

(4)位移護管需高出地面(水面)不小于30cm，并封口，以防流入泥漿、水泥漿等堵塞管道，可用專門的橡膠塞或鐵片焊接封口。

表1　位移護管連接方式對比

(a)套筒式 (b)螺旋式

(c)鉗壓式圖4　移護管接頭

圖5　喇叭筋與荷載箱鏈接大樣圖

2.1.2荷載箱與鋼筋籠之間的安裝

(1)荷載箱上下板面與主筋的焊接采取滿焊，焊接時盡量遠離液壓缸體，以防損傷液壓缸。

(2)荷載箱頂板、底板與鋼筋籠之間應設喇叭筋(又稱導向筋)，數量同主筋數量，直徑不宜小于16mm，宜采用光圓鋼筋。喇叭筋設置目的有以下3點：一是便于清底導管和灌注混凝土的導管順利通過荷載箱環狀空間，起導向作用；二是加強鋼筋籠與荷載箱的連接，防止鋼筋籠與荷載箱起吊時變形；三是便于灌注混凝土的導管拔出，以防底管接頭卡在荷載箱底板環狀空間邊緣。喇叭筋與荷載箱鏈接大樣圖，見圖5。

(3)應控制荷載箱安裝的水平度不超過5‰。下段樁越長，水平度控制應更嚴格。安裝前后隨時用水平尺檢查安裝效果。

2.1.3高壓油管的安裝

(1)高壓油管自下而上層層綁扎在鋼筋籠內側一根主筋上，一米一扎，靠近荷載箱位置應加密綁扎。如綁扎在鋼筋籠外側，則下放時樁孔嵌巖段側壁可能會擠壓刮傷油管，如遇孔斜尤為嚴重。

(2)高壓油管和應力計導線(若有)的長度均應超過地面5m～10m。下放鋼筋籠完畢后，將高壓油管和應力計導線整齊綁扎在高出地面的主筋或位移護管上，防止落入泥漿、水泥浮漿中。樁頭設明顯警示標志，防止受挖機、旋挖鉆機等大型機械碾壓。

2.2改進方法——整體內嵌式

荷載箱與鋼筋籠的安裝多采用圖6(a)的方式，即提前制作上、下段樁的鋼筋籠，先將下段樁的鋼筋籠后吊起并與荷載箱底板焊接，再將荷載箱與下段樁鋼筋籠放置于孔口，最后將上段樁的鋼筋籠吊起并與荷載箱頂板焊接。鋼筋橫斷面與荷載箱頂板、底板接觸。此種安裝方式需要鋼筋籠在懸吊狀態下與荷載箱對接，且孔口條件施工較差，荷載箱與鋼筋籠均易歪斜，水平度難以保證，經常會發生上、下段樁的鋼筋籠軸線不重合的現象，進而導致鋼筋籠下放困難。

本文提出一種荷載箱安裝的改進方法，安裝步驟如下：

(1)鋼筋籠底籠加工制作時仍按原設計下料，無需分割成上、下段樁兩節；

(2)在加勁筋上安裝二分之一圓周的主筋，形成半圓周的鋼筋籠，如圖6(b)所示；

(3)將荷載箱側放吊入鋼筋籠中放置于預先計算好的平衡點，調整水平度；

(4)安裝剩余二分之一的主筋、喇叭筋及位移護管；

(5)將底籠與荷載箱整體吊起，切斷荷載箱頂板與底板之間的鋼筋，如圖6(c)。切割時應采取乙炔氣焊切割或機械切割，不得采用電焊燒斷的方式，否則可能會對液壓缸體造成熱損傷，影響加載。

如荷載箱外徑略大于鋼筋籠內徑，可在荷載箱頂板底板邊緣預留凹槽，以便主筋定位安裝。

這種安裝方式有3個優點：一是鋼筋籠半圓周的形狀十分有利于荷載箱安裝及水平度控制；二是鋼筋籠將荷載箱包裹于內部，二者形成一個整體，起吊時鋼筋籠不易變形；三是利用了鋼筋籠加工平臺，便于操作，降低了勞動強度，節省吊車臺班。

(a)傳統安裝方式 (b)整體內嵌法 (c)整體內嵌法安裝后主筋切斷

圖6兩種荷載箱與鋼筋籠連接方式

3　結論

本文基于自平衡法檢測實踐，總結出一套系統的荷載箱安裝技術要點，并提出了改進方法。

(1)荷載箱的安裝是自平衡法靜載試驗的關鍵步驟，直接關系到試驗成功與否。

(2)荷載箱與鋼筋籠的安裝宜采用整體內嵌的方式，安裝迅速，鋼筋籠不易變形，鋼筋籠下放順利。

(3)位移護管與荷載箱的安裝宜采用鉗壓式與螺旋式，安裝迅速，密封性好，而焊接式安裝效率低且密封性差，有可能堵管，應盡量避免采用。

[1]福建省建筑科學研究院.DBJ/T13—2014基樁豎向承載力自平衡法靜載試驗技術規程[S].2014.

[2]OSTERBERG J.New Device for Load Testing Driven Piles and Drilled Shaft Separates Friction and End Bearing[J].Piling and Deep Foundations.1989: 421-427.

[3]龔維明．樁承載力自平衡測試理論與實踐[J]．建筑結構學報，2002，23(1)：82-88.

[4]江蘇省技術監督局，江蘇省建設委員會.DB32/T291—1999樁承載力自平衡測試技術規程[S].1999.

Technical points and improvement method in load cell installation-Based on the static loading test of self-balanced method

HAO Shilong

(Fujian Academy of Building Researshing,Fujian Green Building Technology Key Laboratory,Fuzhou 350025)

Ultimate load of static loading test of the single pile in Fujian province is increasing,and it brings many problems. The static load test of self-balancing method can solve the actual difficulty of traditional static loading test. The paper introduces the principle of the static load test of self-balancing method. Based on practical pile foundation detection,the paper summarized technical points in load cell installation,consequences of common problems and solutions. Finally a kind of improved method for load cell installation is put forward.

Static loading test of self-balanced method；Load cell；Technical points in installation；Integrated and embedded method

郝世龍(1989.5-)，男，助理工程師。

E-mail:hsl1989@126.com

2016-05-04

TU413.4

A

1004-6135(2016)08-0075-04