大直徑深樁基中自平衡檢測技術的應用

朱皓

（廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心 廣西南寧 530005）

自平衡檢測屬靜力試樁范疇，近年來在很多國家得以廣泛應用，具有設備簡單、場地限制小、物料投入少、施工效率塊等優勢，在復雜條件下的樁基試驗檢測中十分適用。

1 工程概況

某地鐵工程B、C標段屬地面高架段，總長6km左右。其下部結構為鉆孔摩擦樁，不僅數量較大，而且樁身長。尤其是工程標志性建筑，其主塔基礎為65m長，直徑為1800mm的樁基，受力情況復雜。為切實滿足承載力方面的要求，項目建設單位與設計單位通過試樁對樁基的承載力進行驗證，以此確定最佳的樁長，最終為設計提供可靠參考依據。

2 自平衡檢測

2.1 檢測原理

自平衡檢測是豎向抗壓樁具體工作情況相近的檢測技術。其裝置為荷載箱，按樁基種類、尺寸、荷載等為依據進行制作。樁身指定位置安裝荷載箱，在試驗檢測過程中在地面實施加壓，伴隨壓力不斷增大，箱體將產生分離，通過樁身加載，對樁側與樁端的摩阻力進行調整，到處于極限狀態為止。在荷載箱當中，壓力使用壓力表進行測定，而位移則用位移計進行測定。得到試驗數據后，繪制荷載與位移的關系曲線，進一步推斷出樁頂荷載和位移的關系曲線，以此確定極限承載力[1]。

2.2 檢測裝置

2.2.1 加載裝置

采用有效行程為15cm的環形荷載箱，其加壓值可以達到60MPa，配置高壓油泵，加壓單位為0.4MPa。

2.2.2 位移傳感器

在樁基布置位移傳感器，其量程不能低于50mm，采用磁性表座將其與基準鋼梁連接、固定，傳感器共布置8只。其中3只對向上位移進行量測，3只對向下位移進行量測，另外2只對樁頂的向上位移進行量測。荷載箱上板和下板之間應設置位移計，對兩者的相對變位進行測量。

2.2.3 應力量測

樁身的軸力用應變計進行量測，主要設置在巖土分界處，以對稱的形式在樁身上布置4個，取其平均值。此外，樁端還應設置壓力計，用于量測樁端的實際反力。

2.3 檢測方法

在檢測過程中，將荷載箱埋設到樁中，和鋼筋籠連接后設在平衡點處，同時將位移棒與油管同時引出至地面。在樁頂采用油泵給荷載箱持續充油，向荷載箱的內腔不斷施加壓力，使荷載箱的頂、底部分離，分別產生上、下推力，調動樁側、樁端摩阻力予以維持加載[2]。

2.4 荷載傳遞

在自平衡檢測開始以后，荷載將在樁身軸線上傳遞。樁受到荷載后，未發生斷裂、離析與破損，則混凝土應變將與鋼筋應變相等，采用預先設置在莊重的應變計，則能測得不同荷載條件下的應變，確定不同荷載條件下各樁截面的軸力、摩阻力及其與荷載、深度之間的關系，即傳遞規律。

2.5 檢測步驟

2.5.1 加載

以較慢的速度持續加載。①成樁至試驗間隙時間：樁身實際強度滿足設計規定應達到15d以上；②因試樁噸位相對較大，所以每級加載取極限承載力的1/15，第一級為極限承載力的2/15，卸載的每級荷載按1/3控制；③在每級加載以后，每 5min、15min、30min、45min、60min 分別測量、讀取一次，之后即可按照30min的時間間隔進行測讀。傳感器與計算機直接相連，由計算機對測讀進行控制，并顯示出相應的關系曲線[3]。

2.5.2 終止加載的條件

（1）當實際位移量不少于40mm，且該級荷載對應的下沉量不少于之前一級荷載實際下沉量5倍時，停止加載。將停止加載時的前一級荷載作為樁基的極限荷載。

（2）當實際位移量不少于40mm，且該級荷載施加后在24h內保持穩定時，停止加載。將停止加載時的前一級荷載作為樁基的極限荷載。

（3）當實際位移量在40mm以內，且荷載值不小于設計值與安全系數的乘積時，停止加載，將該級荷載作為樁基的極限荷載。

2.5.3 卸載

（1）在卸載時，必須分級進行，一般分成五級。在卸完一級荷載后，應對樁頂實際回彈量進行檢測，具體的觀測方法和沉降觀測完全相同。在回彈量趨于穩定后，對下一級荷載進行卸除。

（2）在卸載至無荷載后，應在最開始的0.5h以內，按15min的時間間隔進行觀測。

2.6 檢測結果

本工程所選3處試樁的參數為：①1#試樁：樁徑為1.8m，采用C25混凝土，樁長為65m，預計加載值為33200kN，樁底和荷載箱之間的距離為22.0m，以粉質黏土層為持力層；②2#試樁：樁徑為1.0m，采用C25混凝土，樁長為35m，預計加載值為9000kN，樁底和荷載箱之間的距離為14.5m，以粉細砂層為持力層；③3#試樁：樁徑為1.2m，采用C25混凝土，樁長為35m，預計加載值為10000kN，樁底和荷載箱之間的距離為14.74m，以粉土層為持力層[4]。

試樁檢測基本情況為：①1#試樁：混凝土強度、彈性模量分別為32.7MPa和 3.21×10.4MPa，終止加載級數與加載值分別為16級、18700kN；②2#試樁：混凝土強度、彈性模量分別為35.1MPa和2.97×10.4MPa，終止加載級數與加載值分別為18級、5320kN；③3#試樁：混凝土強度、彈性模量分別為26.1MPa和2.16×10.4MPa，終止加載級數與加載值分別為19級、6530kN[5]。

正式檢測前先用聲測法檢測樁身的完整性，從檢測結果可知，樁身質量滿足要求，實測結果如表1所示。

表1 樁身聲測法檢測結果

試樁自平衡檢測分析結果為：①1#試樁：上、下部極限承載為17600kN，上部樁長、自重、修正系數分別為38.00m、1450kN、0.8，經計算，其單樁豎向抗壓極限承載為37788kN；②2#試樁：上、下部極限承載為5320kN，上部樁長、自重、修正系數分別為 20.5m、241kN、0.8，經計算，其單樁豎向抗壓極限承載為11319kN；③3#試樁：上、下部極限承載為6530kN，上部樁長、自重、修正系數分別為 20.26m、344kN、0.8，經計算，其單樁豎向抗壓極限承載為14263kN[6]。

3 結束語

綜上所述，自平衡檢測為合理可行且經濟有效的檢測技術，在大直徑、深樁基中尤為適用，相較于傳統檢測方法，既省時、省力，又經濟、可靠，檢測結果滿足精度要求。本工程通過對自平衡檢測的合理應用，取得理想成效，為設計方案的選定提供了必要的參考依據。

[1]劉炳才.自平衡法在超大直徑超深工程樁檢測中的應用[J].科技創新與應用，2013（5）：206～207.

[2]劉曰偉，劉金亭，李勇.自平衡測試技術在大直徑嵌巖樁工程中的應用[J].商品與質量·建筑與發展，2013（10）：20～21.

[3]魏亮，陳飛.自平衡法在大直徑大噸位樁基檢測中的應用[J].城市建設理論研究，2014（12）：21～22.

[4]劉國強，王亞堃，胡德功，等.青島海灣大橋大直徑深嵌巖樁承載特性試驗分析[J].路基工程，2011（6）：73～76.

[5]龔成中，何春林，戴國亮.大直徑深嵌巖樁的承載特性與樁長設計研究[J].路基工程，2011（2）：14～16.

[6]何春林，龔成中.大直徑深嵌巖樁兩種原位試驗方法對比分析[J].公路，2012（12）：7～11.