單樁靜載試驗與自平衡法的比較

陳 健 黃 音 鄧永山 夏梁杰

（1.湛江經濟技術開發區建設工程質量和安全監督管理站 廣東湛江 524094；2.重慶大學土木工程學院；山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室；土木工程實驗教學中心 重慶 400045；3.重慶大學.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室 重慶 400045；4.重慶大學土木工程實驗教學中心 重慶 400045；5.湖北毅永志工程技術有限公司 湖北武漢 430070）

樁基承載力檢測中，傳統的靜載試驗方法具有準確可靠、成果直觀等優點，該方法長期應用，有大量的工程實例，是普遍公認的可靠方法，通常可以作為其他方法檢測結果準確與否的比較依據。但是，卻可能受到現場條件的限制而較難實施，尤其在大噸位、特殊場地等情況下矛盾更為突出。對于傳統靜載試驗方法難以實施的情況，例如：大直徑、大噸位、狹窄場地、基坑底部、逆作法等，基樁自平衡靜載試驗是可供選擇的檢測技術之一[1-3]。

本文以下結合相關檢測技術標準，對靜載試驗和自平衡靜載試驗進行比較，供實際檢測選用時參考。

其中，靜載試驗方法主要參照《建筑基樁檢測技術規范》JGJ 106-2014[4]，自平衡靜載試驗方法主要參照《建筑基樁自平衡靜載試驗技術規程》JGJ/T 403-2017[5]。

一、樁受力狀態分析

傳統靜載試驗方法中，樁的受力狀態如圖1所示，上部結構傳來的壓力作用于樁頂，與之相平衡的是樁側阻力和樁端阻力。

Fig. 1 Vertical compressive static load test of foundation pile

由于樁側負摩阻具有一定的特殊性，本文暫不討論樁側負摩阻的情況。在此條件下，靜載試驗中的樁側阻、端阻的方向均向上。自平衡靜載試驗方法中，樁的受力狀態如圖2所示。該方法通過埋設在樁中下部的荷載箱加載。荷載箱實質上是一個液壓千斤頂，開動油泵后可以提供向上和向下的一對自平衡力。

在自平衡靜載試驗中，荷載箱頂面以上，由荷載箱所產生的力向上作用于荷載箱以上的樁身段，與上段的樁身自重、樁的側阻（圖中沿樁身的紅色、橙色箭頭）平衡；如果還有富余，則需要在樁頂加上一定的壓重。需要注意的是，在自平衡靜載試驗測試時，荷載箱頂面以上樁側阻力的方向與工作時的樁側阻力方向相反。

荷載箱底面以下，由荷載箱所產生的力作用于荷載箱以下的樁身段，與下部樁的側阻力、端阻力平衡。在自平衡靜載試驗測試時，荷載箱底面以下的樁側阻力和端阻力的方向和工作時的方向一致。

二、樁身混凝土應力比較

在傳統靜載試驗方法中，樁身混凝土所受壓力沿樁長逐漸傳遞給周圍地基，從而使得樁頂以下的樁身混凝土壓應力逐漸減小。樁身混凝土的壓應力是在樁頂處最大，向下逐漸減小，樁端處最小。

在自平衡靜載試驗中，樁身混凝土的壓應力則是樁頂處最小，由此向下直至荷載箱頂面處都是逐漸增大，在荷載箱處達到最大，繼續往下則又逐漸減小。

由此可見，傳統靜載試驗的樁身混凝土應力與工作狀態一致，能夠在試驗過程中直接對樁身混凝土強度進行檢測，有利于發現受力較大部位的樁身混凝土缺陷；而自平衡靜載試驗的樁身混凝土應力與工作狀態存在明顯差異，不能準確地反映受力較大的上部樁身混凝土中可能存在的缺陷，建議采用其他檢測方法進行補充。這一點正如《建筑基樁自平衡靜載試驗技術規程》JGJ/T 403-2017第5.0.6條文說明中所指出的，自平衡靜載試驗無法得出樁身強度控制的承載力，樁身強度的檢驗可采取鉆芯法等其他方法進行檢測。

三、樁側阻力比較

與工作狀態相比，自平衡靜載試驗中荷載箱頂面以上樁身的側阻力不僅方向相反，其大小也可能有所不同。

自平衡靜載試驗方法實際上隱含著工作狀態與試驗狀態的樁身側阻力方向相反、大小相等的假定。這一假定只有在固結完成情況好的條件下才有可能成立，也只有在這樣的條件下其得到的等效換算曲線才比較接近工作狀態，從而得到由巖土阻力控制的基樁承載力。

然而，上述假定是很多情況下并不滿足的。例如：回填土固結尚未完成、樁身形狀或截面尺寸沿樁長發生變化，樁側面的向上或向下的粗糙情況不一致，等等。這就使得自平衡靜載試驗的檢測結果可能出現偏差，建議在實際應用時注意進行比對。

四、樁荷載—沉降曲線及基樁承載力比

傳統靜載試驗方法可以直接測得在樁頂荷載下的下沉量，并根據獲得的荷載－沉降曲線判定基樁承載力。

在自平衡靜載試驗中，上部樁身段有向上位移的趨勢，試驗測得的是向上的位移；下段才是和工作受力時一致的下沉。因此，該方法不能通過試驗直接測得樁的荷載－沉降曲線，需要按照圖3所示方法，將自平衡靜載試驗的荷載箱向上、向下的荷載－位移曲線等效轉換為相應傳統靜載試驗的荷載位移曲線。前文所述的側阻力的方向和大小問題，可能會影響檢測結果的準確性，建議在有條件時進行比對試驗。

五、結束語

傳統靜載試驗與自平衡靜載試驗相比，樁的受力狀態有所不同。傳統靜載試驗可以獲得較為準確的荷載－沉降曲線并判定基樁承載力，同時還能對樁身混凝土強度控制的樁承載力進行直接檢測。自平衡靜載試驗可測出巖土阻力控制的基樁承載力，建議在有條件時進行比對試驗；同時，該方法不能對樁身強度控制的承載力進行檢測，需要采取鉆芯法等其他方法進行補充檢測。