自平衡法抗拔樁承載能力靜載試驗及評定分析

沈浩，張凱

（1.淄博市規劃設計研究院，山東 淄博255037；2.淄博市張店區市政工程公司，山東 淄博255022）

1 引言

自平衡法靜載試驗法是一種利用樁側摩擦力與端阻力形成一對平衡力的基本原理，而達到加載目的的一種新型基樁承載力試驗方法。在利用自平衡法進行承載力檢測時基本不受承載力和場地條件的限制，同時，能夠提供多方面的試驗數據，拓展了基樁靜載試驗的應用范圍、降化了試驗成本、提高了試驗過程安全度【1～5】。但由于自平衡法在我國并未大范圍使用，導致在此類試驗時往往缺少可靠和充足的依據；而且自平衡法的加載方式與傳統基樁承載力測試方法不同，因此，有必要對此種基樁檢測方法進一步開展現場試驗研究。

本文依托某城市地下停車場工程，進行了抗拔樁承載能力靜載試驗，系統地介紹了其試驗方法，實測了加卸載過程中試驗樁的荷載變化及其相對應的位移變化量，分析了基樁在實際工作狀態及在設計荷載作用下的承載能力。為同類基樁靜載試驗提供重要的參考依據。

2 工程概況

本次工程擬建場地屬于山前沖洪積傾斜平原地貌，地層分布較穩定，場地及附近無巖溶、滑坡、危巖和崩塌、泥石流等不良地質作用，同時擬建工程所在地抗震設防烈度小于8度，可不考慮發震斷裂錯動對地面建筑的影響。地層主要由雜填土、素填土、粉質黏土、姜石、碎石及各類砂巖和泥巖構成。

本次試驗試樁為灌注樁，樁徑為800mm、樁長18m、樁頂高程30.44m、其單樁設計承載力為3 900kN，本次試驗加載方法采用慢速維持荷載法【6】。

3 抗拔樁自平衡法試驗原理

抗拔樁自平衡法試驗原理是將荷載箱預先埋設在受檢樁樁端，下部提供的反力不夠維持加載時，可采取加深樁長或后注漿措施，然后沿垂直方向加載，使荷載箱向上推動受檢樁身，向下推動加深樁身或擠壓樁端土，使向上的樁身側阻力與向下的樁身側阻力或端阻力互為反力，同時測得荷載箱上下樁身的各自承載力，最終通過分析得到測試樁的承載能力。在抗拔樁自平衡法試驗過程中，通過壓力表可測得荷載箱中千斤頂的壓力，換算得到試驗過程中的荷載值；通過位移計可測得荷載箱的向上、向下位移量。據荷載和位移的數據繪制出荷載箱上、下段樁相應的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，即Q-S曲線（荷載-位移曲線），從而判斷抗拔樁承載力及加深樁工作情況。試驗示意如圖1所示。

圖1 基樁自平衡法靜載試驗示意圖

4 試驗測試及結果分析

4.1 加卸載方式

1）加載應分級進行。單級加載值宜取總加載值1/10，第一級加載值宜取單級加載值2倍。

2）卸載時，可分為5級進行。即單級卸載值為2倍單級加載值。

3）加、卸載時，要確保位移值的變化不受外部環境因素的影響且變化量不超過單極荷載±10%。

4）采用雙層荷載箱時，先測試下荷載箱，后測試上荷載箱。

4.2 位移觀測和穩定標準

1）采用慢速維持荷載法。每級荷載分別在第5min、15min、30min、45min、60min測讀位移，此后每30min測讀1次。

2）位移相對穩定標準：從分級荷載施加后的第30min開始，1.5h內連續測讀3次，每小時內的位移增量不超過0.1mm，并連續出現2次。

3）在分級荷載施加后，位移變化達到位移相對穩定標準時，方可施加下一級荷載。

4）卸載時，每級維荷1h，每級荷載分別在第15min、30min、60min測讀位移后，可卸下一級荷載；當卸載至零時，測讀時間為第15min、30min各測1次，此后每30min測讀1次殘余位移量，維持時間不小于3h。

4.3 試驗終止條件

荷載箱上段或下段位移出現下列情況之一時，即可終止加載：

1）已達到設計要求的最大加載量且已達到位移相對穩定標準；

2）某級荷載作用下，上、下段樁的位移改變量均為前一級荷載作用下變化量的5倍，且位移總量超過40mm；

3）已達到荷載箱加載極限或兩端樁中出現位移超出荷載箱行程情況；

4）上段樁累計上拔量超過允許值，同時下段樁也超過沉降允許值；

5）某級荷載作用下，荷載箱上、下段樁位移變化量大于前一級荷載作用下位移變化量的2倍，且16h仍達不到位移相對穩定標準。

4.4 極限承載力計算

單樁豎向抗拔極限承載力Qu，應按下式計算：式中，Quu為極限加載值；γ2為受檢樁的抗拔摩阻力轉換系數。承壓型抗拔樁應取1.0，對應于承拉型抗拔樁應根據實際情況通過相近條件的對比試驗和地區經驗確定，但不得小于1.1。

4.5 結果分析

本次試驗自平衡法檢測單樁豎向抗拔承載力試驗Q-S曲線圖如圖2所示。該樁單樁設計極限承載力3 900kN，最大加荷值5 850kN，γ2=1.0，Quu=5 850kN，Qu=5 850kN，最大加荷值所對應的樁頂上拔量1.23mm，Qu≥3 900kN，滿足設計要求。

圖2 Q-S曲線

5 結語

本文結合某城市地下停車場工程，開展了抗拔樁承載能力靜載試驗。系統地介紹了其試驗基本原理及方法，實測了加卸載過程中試驗樁的荷載變化及其相對應的位移變化量。試驗結果表明：該樁單樁設計極限承載力3 900kN，最大加荷值5 850kN，γ2=1.0，Quu=5 850kN，Qu=5 850kN，最大加荷值所對應的樁頂上拔量1.23mm，Qu≥3 900kN，滿足設計要求。可為同類基樁靜載試驗提供重要參考依據。