自平衡法抗拔靜載試驗在地基基礎工程的應用分析

張杰

摘要：本文首先闡述了自平衡法靜載試驗的基本原理和基本的方法，然后在寧波市軌道交通4號線土建工程TJ4006標（白鶴站）地基基樁進行應用試驗，通過實際的案例試驗分析得出：該方法具備試驗時間短、場地適應能力強等優勢，因此，自平衡法抗靜載試驗能夠在地基基樁項目中推廣使用。

關鍵詞：自平衡法；抗靜載試驗；地基基樁；應用分析

隨著我國國民經濟的快速發展和城市規模的不斷擴大，地下軌道交通建設也邁上了新的臺階。地下軌道交通施工的安全質量問題是需要考慮的首要因素，特別是樁基的安全問題，其安全與否直接影響到工程整體的施工安全性。傳統的樁基檢測方法是建立在反力架提供反力實施的，但是在搭建反力架的時候需要用混凝土和鋼筋的焊接，這通常會消耗大量的時間。基于此，樁基靜載抗拔試驗能夠有效的解決上述問題，成為了一種最為可靠、直觀的樁基質量檢測方法。基于此本文通過把自平衡抗靜載試驗運用在地鐵基樁建設上，較傳統方法有了較大的提升，本文將進行總結與分析。

一、自平衡法抗拔靜載試驗

（一）自平衡法試驗原理

自平衡法試驗的基本原理是把荷載箱和鋼筋籠焊接在一起，然后將二者一同埋在樁基的內部，最終澆筑成為樁基，上述的荷載箱是一種特別制作的加載裝置。放置在地面上的高壓油泵為載荷箱提供油載，通過荷載箱把力傳送至全部樁身，然后通過自平衡維持加載來平衡樁身上端的摩擦力與樁身下部的摩擦力以及端阻力。最終參照Q-s曲線、s-lgt曲線、s-lgQ曲線和相關的等效轉換曲線來得出基樁的承載力大小與沉降的結論。

（二）檢測儀器設備

自平衡法試驗裝置主要包括兩大系統：加載系統和數據采集系統。加載系統包括高壓油泵、特制荷載箱以及高壓油管。荷載箱是自平衡法的核心部分，在設計時，荷載箱形狀、 布局形式為以后注漿預留了實施空間，其直徑和加載面積則考慮可兼顧加載液壓的中低壓力和樁體試驗的高承載能力。數據采集系統采用電腦讀數和人工記錄的方式同步進行。

（三） 試驗方法

試驗加載采用慢速載荷維持法進行加載分10級加載，每級加載為預估極限承載力的1/10，首級取分級荷載的2倍，每級荷載達到相對穩定后，再施加下一級荷載。試驗卸載分五級，每級卸載為加載級別的2倍，每級荷載達到相對穩定后，再卸下一級荷載[1]。

二、關鍵技術實施方法

（一）荷載箱實施技術

荷載箱是一種特殊的裝置，其主要的作用集中體現在激發反作用力，同時也是自平衡法當中最為關鍵的一個環節，在試驗中技術復雜程度也最高。具體的實施過程可以描述為：第一步需要使得受力和空間兩種特性同時滿足；第二步是在實際的焊接過程中保證水平度不能超過3%，從而有效的保證其填埋特性；第三步是保證其基樁的軸線位置和移動方向夾角不超過5度，底部的沉渣的厚度不能超過5厘米，與此同時，基樁的位移絲和移桿需要合理的進行保護，不能進行破壞；第四步是使得載荷箱的受壓水平始終處在20MPa范圍之內。

（二） 慢速維持荷載技術

在進行加載試驗的時候，需要在第一個小時內連接監測位移，也就是說在每隔五分鐘的時間內進行位移的測量，一個小時之后只需要間隔三十分鐘進行位移檢測就可以，一直到相對穩定之后就可以加載下一級的載荷。如果進行卸載的時候，數值到零之后還必須繼續檢測兩個小時以上，把相關的檢測數據記錄在檢測電腦當中去，最終實現檢測數據的讀取，那么在電腦上顯示出相關的檢測數據曲線。

對于單樁豎向抗拔靜載試驗，加載終止條件和相應的最終加載值按如下規定：在某級荷載作用下，向上位移量大于前一級荷載位移量的5倍，終止加載。取其終止時荷載小一級的荷載為最終加載值；在某級荷載作用下，向上位移量大于前一級荷載位移量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定時，終止加載[2]。

（三） 樁底處理技術

在進行加載測試試驗的過程中，通常來說基樁底部防止的是加載箱，這樣就能夠提供來自基樁底部的試驗反力。在對加載箱進行設計的過程中，需要先依照相關的設計資料對基樁的承載力進行計算，如果其能夠支撐承載力，那么此時就不需要對基樁底部進行加固處理，如果不能支撐承載力，那么此時就需要對基樁進行加固處理。上述中的加固處理方法可以概括為以下四種，第一種方式是在基樁底部預先鋪設漿管，然后在進行壓漿處理；第二種方式是使施工的基樁長度超過設計時候的長度，從而滿足荷載箱的具體放置位置；第三種方式是對其頭部進行放大處理，以此來增加基樁的阻力；第四種方式是在基樁的底部填埋巖土，上述的四種方式都是解決問題的關鍵措施，在實際的生產過程中可以僅僅采用一種方式來完成，也可以采用多種不同的方式來進行完成。

三、自平衡法抗拔樁試驗工程實例

本工程采用GPS-10型循環鉆孔灌注樁施工工藝，試驗中測試基樁有KBZ-7、KBZ-30兩個基樁。其規格分別為KBZ-7基樁樁徑為800mm、樁頂標高為-14.500m、基樁長度為50m、樁端持力層⑧3b層礫砂、要求單樁最大抗拔加載值3335kN、荷載箱加載值2×3350kN、荷載箱距樁底向上12m、地質參考孔號S17CZ3；KBZ-30基樁樁徑800mm、樁頂標高為-14.184m、基樁長度為50m、樁端持力層⑧1層粉砂、要求單樁最大抗拔加載值3335kN、荷載箱加載值2×3350kN、荷載箱距樁底向上12m、地質參考孔號S17XZ22。

在進行試驗時按照規范進行，每級加載值為預估極限承載力的1/10。按10級9次加載，第一次按兩倍荷載分級加載，卸載分5級進行。

當加載至第10級荷載（2×3350kN）預估值時，向上位移6.14mm，向下位移9.18mm，因此時已經達到設計要求最大加載值，故終止加載，開始卸載。根據現場實測數據繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線圖，KBZ-7試樁極限抗拔承載力Quu取第10級加載值3350kN。試樁在加、卸載時荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度沒有超過分級荷載的±10%。

當加載至第10級荷載（2×3350kN）預估值時，向上位移7.63mm，向下位移8.34mm，因此時已經達到設計要求最大加載值，故終止加載，開始卸載。根據現場實測數據繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線圖，KBZ-30試樁極限抗拔承載力Quu取第10級加載值3350kN。試樁在加、卸載時荷載傳遞均勻、連續、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度沒有超過分級荷載的±10%。

由現場實測數據繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線，根據《基樁靜載試驗 自平衡法》（JT/T 738-2009）規范分析，各試樁單樁抗拔極限承載力分別為KBZ-7：極限抗拔承載力Quu為3350kN、上拔量為6.14mm；KBZ-30：極限抗拔承載力Quu為3350kN、上拔量為7.63mm。基于此，KBZ-7、KBZ-30二根試樁實測單樁抗拔極限承載力均為3350kN，均滿足設計要求單樁極限抗拔承載力3335kN。

四、 結語：

自平衡法的有許多的優點，其不再依靠反力架，這樣一不但節約了時間成本，而且極大的降低了安全隱患，同時又避免在狹窄施工區域施工的狀況發生。但是我國采用自平衡靜載試驗技術的實際工程應用還不多，特別是在基樁的抗壓力測試的過程中，其所得到的相關數據一直得不到大家的信服。但是大量的試驗證明了自平衡靜載試驗法在基樁受力不均衡條件下發揮了較大的作用，因此本文分析了自平衡法抗拔靜載試驗的實際工程應用，希望在今后能夠被較大范圍的推廣應用。

參考文獻：

[1]DBJ15-60-2008 建筑地基基礎檢測規范[S].

[2]JTT738-2009 基樁靜載試驗自平衡法[S].