樁承載力自平衡測試技術在成都地區的應用探究

劉 瑞, 范燕紅, 劉泳鋼(四川省建筑科學研究院，四川成都 610081)

樁承載力自平衡測試技術在成都地區的應用探究

劉 瑞, 范燕紅, 劉泳鋼
(四川省建筑科學研究院，四川成都 610081)

文章簡要介紹了樁基自平衡法的試驗原理和裝置，闡明了樁基自平衡法測試技術的特點。通過對成都地區進行的靜載試驗與樁基自平衡試驗對比分析，探明了樁基自平衡法測試技術具有一定的可靠性與實用性，值得在成都地區推廣應用。

自平衡；靜載法；樁

我國現階段采用的傳統靜載荷試驗屬于破壞性檢測，所需設備笨重，費用昂貴，成本高，檢測周期長，難以滿足特殊場地和大噸位的樁承載能力測試需要。相比較傳統靜載試驗，樁承載力自平衡法具有試驗噸位大、不受現場場地條件的限制、試驗快捷、簡便等優點。自平衡法自1960年發明以來，已應用50多年，在我國各省市地區建筑工程和橋梁工程中已取得成功應用，積累了大量的經驗。四川省已制定了該方法的地方標準，但在實際中應用較少，因此，有必要在四川省內推廣樁基承載力自平衡法的應用。為了驗證自平衡法在四川省內的可靠性、實用性，本文特從起源、原理、特點以及對比試驗等方面進行相應的研究工作[1]。

1 自平衡測試方法概述

1.1 方法起源

美國學者Osterterg于20世紀80年代首先提出了自平衡測試法，并于80年代中期開展了樁承載力自平衡試驗方法的研究，首先在橋梁鋼樁中成功應用，后來逐漸推廣至各種樁型。目前，該測試方法已成功應用在水上試樁、坡地試樁等多種特殊場地試樁，樁型有鋼樁、磚預制樁、鉆孔灌注樁、沉管灌注樁及人工挖孔樁。

在中國，東南大學土木工程學院于1996年開始首先對該試驗法的關鍵技術和測量系統進行研究開發，于1999年5月制訂了江蘇省地方標準，2002年被建設部和科技部列為重點推廣技術。目前該試驗法已在江蘇、安徽、貴州、上海、重慶、江西、湖北等多個省市應用于房屋建筑和橋梁樁基檢測中[2]。其中，在潤揚大橋進行的單樁承載力試驗噸位最大，高達12 000 t。

1.2 試驗原理

自平衡試樁法的應用原則是利用試樁自身反力平衡來進行試驗，如圖1所示。測試前，在樁端附近或樁身截面處預先埋設單層(或多層)荷載箱，測試時，從地面通過輸壓管對荷載箱進行加壓，荷載箱的箱蓋和箱底隨著壓力的增加而被推開,從而激發樁側阻力(向下)和樁端阻力(向上),兩者互為反力。隨著壓力繼續增加,樁側阻力和樁端阻力不斷發揮出來,直至達到樁承載力極限狀態。根據加載及位移對應關系繪出向上、向下Q-S曲線，由此得到荷載箱上、下兩段樁各自的承載力。將上段樁側阻力經一定處理后與下段樁承載力相加即為樁極限承載力。這種測樁系統可以省去在傳統單樁豎向靜載試驗中用錨樁橫梁反力裝置和壓重平臺反力裝置來提供所需的物料、經費和時間[3]。

圖1 樁承載力自平衡試驗原理示意

1.3 試驗裝置

自平衡測樁法的主要裝置包括荷載箱、加壓系統及油壓表、百分表或位移計、基準梁和其它固定夾具。其中，用于加載的荷載箱主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁4部分組成；上、下位移棒分別由頂、底蓋引出，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。該法是將一種特制的加載設備——荷載箱，與鋼筋籠相接，埋人樁的指定位置，由高壓油泵向荷載箱充油而加載，如圖2所示。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。由于加載裝置簡單，多根樁可同時進行測試[4]。

1.4 試驗步驟及承載力確定

1.4.1 試驗步驟

盡管樁基承載力自平衡法與傳統靜載法在加載方式以及上段樁的受力形式上有所差異，但是試驗過程中所測參數以及試驗后數據整理的形式是一致的，因此，兩種試驗方法在試驗步驟以及試驗終止條件是相同的。

圖2 樁承載力自平衡試驗裝置示意

1.4.2 樁基自平衡法承載力的確定

1.5 樁基自平衡法的技術優勢

樁基承載力自平衡試驗與傳統靜載試驗相比具有如下優勢：

(1)工期短。荷載箱埋設后待混凝土達到一定(70 %左右)強度，且土體穩定后即可測試，一般15 d就足夠了，且對多根樁同時進行測試，大大縮短測試時間。

(2)試驗費用較省。與傳統靜載法相比可降低30 %至50 %的費用，而且試驗噸位越大，效益越明顯。

(3)裝置較簡單。不需要反力架及堆載物，試樁準備工作省時、省力、安全。

(4)側阻與端阻區分明確。該法利用樁的側阻與端阻互為反力，可分別測得樁側阻力與樁端阻力。

(5)試驗樁可利用。測試完畢后，試驗樁通過壓漿管進行灌漿后仍可作為工程樁使用。

(6)能測試任意角度基樁的承載能力。

(7)方便的重復試驗。自平衡試樁法可在不同的樁身深度或同一樁身深度的不同時間在同一根樁上方便地進行試驗[5-7]。

2 成都地區應用實例

2.1 測試成果可靠性分析

為了研究樁基自平衡法測試技術的可靠性和實用性，我們在成都地區的2個不同場地進行了樁基自平衡法與樁靜載法的對比試驗，每組(一根靜載試驗和一根自平衡試驗)試驗點的試驗參數、地層條件等都相同的。對2個試驗現場的每組試驗測試成果分析，自平衡試驗測試數據與靜載法所測數據基本吻合，兩者所測的單樁豎向極限承載力吻合度較高，說明樁基自平衡法測試技術具有一定的可靠性、實用性。各試驗組的承載力測試成果見表1。

表1 自平衡試驗與靜載試驗承載力結果對比

2.2 小結

對比試驗說明樁承載力自平衡法測試的單樁豎向極限承載力與傳統靜載試驗得出結論的吻合度較好，為省內大噸位樁基的檢測提供了更加可靠便捷的測試方法，具有技術經濟先進性、可靠性、安全性以及可操作性，對促進四川省高承載力樁的質量控制有重要作用，具有良好的社會效應。

3 結論

(1)通過樁承載力自平衡法與傳統堆載靜載荷法的承載力對比分析可知，樁基自平衡法測試技術是實用可靠的，值得在成都地區進行推廣應用。

(2)通過對樁基承載力自平衡測試技術的原理、試驗裝置以及特點的分析，說明該測試技術具有技術經濟先進性、可靠性、安全性以及可操作性，有利于促進省內樁基承載力檢測技術的發展。

[1] 于微微.自平衡法試樁在實際工程中的應用研究[D].哈爾濱工程大學, 2012.

[2] 王樹兵，朱小軍.樁基自平衡法與傳統試驗對比分析[J].工業建筑，2013，43(S1)：480-487.

[3] 孫洪劍.樁承載力自平衡測試技術研究與探討[D].山東大學，2011.

[4] 李箐.鉆孔灌注嵌巖樁自平衡靜載試驗研究與分析[D].中南大學，2007.

[5] 韓慶祝，胡勝華, 韓朝.樁基靜載試驗自平衡法測試原理及方法[J].資源環境與工程，2009，23(6)：801-805.

[6] 王博林.自平衡法樁土荷載傳遞機理及承載特性研究[D].蘭州交通大學，2012.

[7] 朱順濤.區域平衡法自平衡荷載試驗的研究[D].武漢理工大學，2011.

劉瑞(1987～)，男，研究生，助理工程師，主要從事地基基礎研究。

TU413.4

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[定稿日期]2016-08-03