刘雪峰罗尚敏
云南航天工程物探检测股份有限公司云南昆明650106
摘要：用自反力平衡测试桩法（以下简自平衡法）作基桩静载检测，是目前基桩静载检测中的一种较新的检测方法。采用自平衡法作基桩静载检测的原理：是在基桩施工阶段，将一种特制的液压千斤顶式的自平衡荷载箱与基桩的钢筋笼连焊在一起，安放在桩身的指定位置，同时将荷载箱的输压管和位移棒接伸出桩顶，测试时由髙压油泵通过输压管对荷载箱充油加压，从而使荷载箱处自动产生上部桩身向下的摩擦力、和荷载箱处下部桩身向上的摩擦力、以及桩端阻力。本文探讨了基桩自平衡法承载力试验在深基坑中的应用。
关键词：基桩；自平衡法；承载力试验；深基坑
1导言
在深基坑的基桩竖向承载力检测中，经常遇到场地条件、加载吨位受限制的情况，导致传统静载荷试验无法开展。基桩竖向承载力自平衡法可较好解决深基坑中传统静载方法受限的局面。
2基本原理
自平衡法的主要装置是一个特制的加载用荷载箱，它需根据桩的类型、截面尺寸及荷载的大小来制作。试验时，从桩顶通过高压油泵向荷载箱内施加压力。随着压力的增大，荷载箱上下分离，从而调动桩身侧摩阻力及端阻力，直至达到桩承载力极限状态，其测试原理见图１。荷载箱埋设于桩身平衡点处，即荷载箱上、下段桩承载力相等处。荷载箱的压力可用压力表测得，荷载箱的向上、向下位移可用位移传感器测得。因此，可根据读数绘出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”，根据２条Ｑ－Ｓ曲线及相应的Ｓ－ｌｇｔ，Ｓ－ｌｇＱ曲线，可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力，将上段桩的极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为桩极限承载力。见图１。
图１自平衡法试验示意图
3工程概况
本工程位于广州市某地区区，拟建建筑物安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，采用冲孔灌注桩基础。若采用传统的堆载法进行检测，根据规范规定，加载反力装置能提供的反力不得小于最大加载量的1.2倍，本工程最大的单桩竖向抗压试验荷载为32000kN，加载反力装置所提供的反力需达到38400kN。经计算，钢梁平台需使用4根主梁（单根可受最大荷载为10000kN）和20根次梁（单根可受最大荷载为2000kN），主梁长度为12m，重量约为8.5t，次梁长度为11m，重量约为3.8t。使用0.8×0.8×1.6m水泥预制块，每块计2.45t，所需水泥预制块应不少于1522块。由于试验桩位于深基坑内，无载重车上下通行的道路，场地内大部分区域被内支撑覆盖，且水泥预制块数量较多，钢梁过长、重量大，受检桩所在区域使用的轻型塔吊难以满足吊装要求，传统静载方法难以实施，因此，采用自平衡法对该工程的抗压桩进行检测。拟建场地土层设计参数如表1所示，各试桩的成桩参数见表2。
4试验方法
《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738－2009）对基桩自平衡法试验有以下规定：
4.1试验加载：采用慢速维持荷载法，分级荷载为最大试验荷载的十分之一，其中第一级荷载可取分级荷载的2倍，每级荷载达到相对稳定后再施加下一级荷载。
4.2试验卸载：卸载测回弹分五级进行，每级卸载减量为预定试验荷载的五分之一，每级荷载达到相对稳定后再卸下一级荷载。
4.3稳定标准：上部桩及下部桩的位移量在每级荷载作用下，在每一小时内的增量均不超过0.1mm，当连续出现两次，则认为已达到稳定状态，可施加下一级荷载。
4.4每个方向的加载终止条件：
4.4.1总位移量大于或等于40mm，且本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载位移量的5倍时或本级荷载加上后24h未达稳定时，加载即可终止。
4.4.2总下沉量小于40mm，但荷载已大于或等于设计荷载×设计规定的安全系数，加载即可终止。
4.4.3试验桩一般加载应继续到桩两倍的设计荷载为止。
5自平衡法存在的问题
5.1修正系数γ的取值
自平衡法检测过程中，上部桩将产生向上的位移，使得桩周土层减压松散，测出的上部桩的摩阻力方向是向下的，这与压桩的情况正好相反。对于自平衡试桩法，上部桩承载力实测值的降低并不是反映试桩承载力的下降，需要通过修正系数γ进行转换。因此，上部桩的转化修正系数是采用自平衡法测试基桩承载力最关键的因素。根据规范规定，该值只是根据上部桩的桩周土层的类型确定，并不考虑成桩工艺等因素，而且大部分工程因缺乏实测依据和经验，检测时都取规范中的推荐值。这将对自平衡法检测结果想传统静载转换计算时产生较大影响。
5.2等效转化
等效转化所采用简化转化法和精确转化法都还存在着一定的缺陷，适用条件仍然有局限性。目前的研究提出了许多基于简化转化法和精确转化法的改进方法，但都存在各自的落至11m3/h，抽水量呈不断减少趋势，降水速率从0.23m/d回落至0.10m/d左右。在水位降至设计标高后，停止降水。水位上升了0.81m，速率约在0.01～0.06m/d，水位恢复缓慢。通过监测数据分析，本工程采用搅拌+旋喷桩的复式止水帷幕的止水效果明显。
5.3旋喷桩取芯检测与开挖效果分析
根据规范要求，施工完毕28d后对有搅拌桩及旋喷桩组成的复式止水帷幕质量进行检测，由于形成止水帷幕的有效性主要是旋喷桩成桩质量，对旋喷桩进行钻孔取芯检测，钻芯检测结果显示幕身基本完整，旋喷桩成桩质量良好。
6提高自平衡法检测基桩的方法
6.1严格控制自平衡荷载箱的制作和安装质量。
6.1.1所制作的自平衡荷载箱的外形尺寸应不小于钢筋笼的内径尺寸，因为当荷载箱的外形尺寸小于被测基桩所设计的钢筋笼的内径尺寸时，其检测数据在换算过程中，容易导致承载力的推定值产生过大的误差，直接影响基桩检测结果的真实性。所以在自平衡荷载箱制作完并运到施工现场后，监理应对自平衡荷载箱上所标注的内径尺寸、外径尺寸、额定荷载值、张拉行程、额定油压、活塞面积以及出厂编号等参数进行复查，在检查荷载箱制作符合测桩方案中的要求后，方可允许焊接输压管和位移棒，在平衡箱与钢筋笼焊接好后，还应检查焊接质量，在符合要求后，方可允许安装。检查完毕，应作好全部检查记录，安装过程还需拍照留样。
6.1.2另外，要求安放自平衡荷载箱的基桩底部应平整，因为荷载箱底部不平整，容易引起荷载箱处产生过大的向下位移，从而引起荷载箱上下桩身段的阻力不平衡而使检测数据失真，因此在安装荷载箱之前，应先在桩底浇灌一层与桩身混凝土强度等级相同的混凝土作为垫层，在混凝土垫层还未初凝前，将荷载箱水平安放在轮垫层上面，并检查荷载箱安装符合要求后，再浇灌桩身混凝土。
6.2全程监控自平衡测桩过程，并作好详细的记录
对于测桩的加载：一般采用慢速维持荷载法，即逐级加载法。一般每隔lh加一级荷载；对于加载的分级：可按预估的极限荷载的1/10?1/5进行加载，第一级可按2倍分级荷载加载；对于桩顶的沉降观测：在每级荷载施加后维持lh，按第5min、15min、30min、45min、60min测读粧顶的沉降量，以后每隔15min测读一次。在测读时间累计lh时，若最后15min时间间隔的桩顶沉降增量与前阶段的桩顶沉降量相比，未明显收敛时，应延长维持荷载时间，直至最后15min的沉降增量小于相邻15min的桩顶沉降增量为止。
7结论
综上所述，本工程试验桩位于深基坑内，结合现场条件，传统静载试验难以开展，采用自平衡法确定单桩竖向抗压极限承载力，检测结果符合设计要求，运用等效转换理论对检测结果进行转换，结果能满足当前的工程检测要求。
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