自平衡测试法在抗拔桩中的应用分析

蒲有林，朱杰清，占治军

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，武汉 430074;2.兰州铁道设计院有限公司，兰州 730000;3.中机三勘岩土有限公司，武汉 430030)

自平衡测试法在抗拔桩中的应用分析

蒲有林1，2，朱杰清1，占治军3

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，武汉 430074;2.兰州铁道设计院有限公司，兰州 730000;3.中机三勘岩土有限公司，武汉 430030)

介绍自平衡测试法在武汉某工程中的应用，说明自平衡试桩法与传统试桩法相比，在确定单桩竖向抗拔极限承载力时具有精度满足工程要求，试验方便、省时、省力、省钱和对环境无任何要求等特点，具有推广意义。

自平衡 试桩 抗拔桩

随着高层建筑、桥梁工程、海洋工程项目的增多，桩基础的应用越来越广泛。如何计算桩的抗拔力及承载力，评价桩的承载性能，选择合理的设计参数及科学的计算方法、试验方法至关重要。确定桩的抗拔力及承载力的方法有[1]:原型试验法;静力学计算法;原位测试法;经验法。传统的原型试验法有动测桩法和静载试验法。动测法测试简单，费用低，但测试结果可靠性差。静载试验法采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，测得的结果准确可靠，但成本高、工程量大、工期长。自平衡测试法是一种新型的静载试桩方法[2]，通过在桩身埋设荷载箱，沿垂直方向向上、向下加载，用桩侧阻力来测试桩的极限承载力。本文主要介绍了自平衡测试法在武汉新世界中心配套工程二期中的应用，并与传统试验方法做了比较。

1 自平衡法基本原理

自平衡法确定单桩竖向抗拔极限承载力是通过在桩身埋设荷载箱，沿垂直方向向上、向下加载，用桩侧阻力作为桩端阻力的反力来测试桩基的抗拔极限承载力。其中荷载箱必须预埋在桩身某一位置，要求该位置以上的桩身抗拔极限承载力近似等于下部桩身侧阻极限值及端阻极限值之和，以使上、下二段桩均能达到极限状态。根据获得的曲线，可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的承载力，将上段桩极限承载力经一定处理后，与下段桩极限承载力相加处理，得到桩基极限承载力。自平衡试桩法测试系统见图1。

图1 自平衡测试示意

2 自平衡测试法

本工程位于武汉汉口航空路，属于繁华地段。若采用传统的锚桩法，会给施工带来不便，因此采用自平衡测试法确定单桩竖向抗拔极限承载力。传统锚桩法与自平衡测试法试验场景图如图2。根据钻孔揭露，各土层的桩基设计参数建议值见表1。

图2 传统锚桩法(左)与自平衡测试法(右)试验场景

表1 桩基设计参数建议值

加载采用慢速维持荷载法，测试按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2003)和《桩承载力自平衡测试技术规程》(DB32/T291—1999)进行，即:

1)成桩至试验间隙时间:桩身强度达到设计要求并不应少于15 d。

2)荷载分级:将预估加载值分10级加载，第一级按两倍荷载分级加载，卸载分5级进行。

3)位移观测:每级加载后在第1 h内分别于5、15、30、45、60 min各测读一次，以后每隔 30 min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，在电脑屏幕上显示 Q—s、s—lgt、s—lgQ 曲线。

4)稳定标准:1 h内的桩顶沉降量≤0.1 mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后第30 min开始，按1.5 h连续三次每30 min的沉降观测值计算)。

5)终止加载条件:①当荷载—位移(Q—s)曲线和位移—时间(s—lgt)曲线上有可判定极限承载力的陡降段。②某级荷载作用下，位移大于前一级荷载作用下位移的5倍。③某级荷载作用下，位移大于前一级荷载作用下位移的2倍，且经过24 h尚未达到相对稳定标准。④加载到预估加载值为止。

6)卸载及测试:①卸载应分级进行，共分5级卸载。每级荷载卸载后，应观测桩顶的回弹量，观测办法与沉降相同。每级荷载维持1 h，按第15、30、60 min测读位移后，即可卸下一级荷载。②卸载到零后，应测读位移，维持时间为3 h，测读时间为第15、30 min，以后第隔30 min测读一次。

7)单桩竖向抗压/抗拔极限承载力判断标准:根据《桩承载力自平衡测试技术规程》(DB32/T291—1999)，检测桩竖向抗压极限承载力为:

竖向抗拔极限承载力:

式中，Qu为单桩竖向抗压/抗拔极限承载力;Qu上为荷载箱上部桩的极限加载值;Qu下为荷载箱下部桩的极限加载值;W为荷载箱上部桩有效自重;γ为荷载箱上部桩侧阻力修正系数。

3 测试情况

3.1 实验仪器及设备

基桩自平衡试验采用的设备有:荷载箱、电动油泵、电子位移计和数据采集仪系统等。试桩的位移量测采用电子位移计，共架设4只电子位移计，两只测荷载箱向上位移，两只测荷载箱向下位移。经应变仪与电脑相联，由电脑控制量测并在电脑屏幕上实时显示(Q—s)曲线、(s—lgt)曲线和(s—lgQ)曲线。

3.2 试桩加载情况

本次试验的3根试桩具体情况见表2。桩身混凝土强度等级为C25。预估极限荷载均为2×1 700 kN，每级加载为预估极限荷载的1/10，第一级按两倍荷载分级加载，测试采用慢速维持荷载法。

表2 抗拔桩测试分析结果

t52#、t48#、t6#桩 2008 年 9 月 24 日同时进行三桩荷载箱测试。整个测试过程天气晴天为主，气温18℃～27℃左右，风力2～3级。所检试桩周围10 m范围内无较大震动，现场情况符合测试条件。当荷载值加到第10级2×1 700 kN时，测试情况正常，达到极限加载值，故终止加载。根据规范要求，取加载值为最终承载力。t52#桩竖向抗拔极限承载力为 Q=Qu上=1 700 kN;t48#桩竖向抗拔极限承载力为 Q=Qu上=1 700 kN;t6#桩竖向抗拔极限承载力为 Q=Qu上=1 700 kN。现场实测数据绘制出的 t52#试桩的 Q—s曲线如图3。

图3 t52#Q—s曲线

3.3 成果分析

t52#桩竖向抗拔极限承载力为1 700 kN，向上位移6.72 mm，位移回弹率37.95%;t48#桩竖向抗拔极限承载力为1 700 kN，向上位移 7.86 mm，位移回弹率40.71%;t6#桩竖向抗拔极限承载力为1 700 kN，向上位移6.87 mm，位移回弹率38.14%。3根桩承载力均满足设计要求。

4 结论

1)自平衡测试可以忽略上下段桩的相互影响，测试时可以把它们看作是相互独立的，取上半段桩的极限承载力即为单桩竖向抗拔极限承载力，下半段桩主要作为平衡上半段桩的反力装置，根据土层情况确定平衡位置。

2)本工程采用的自平衡试桩法与传统的锚桩法有所不同。通过对武汉新世界中心配套工程二期3根试桩试验的经济比较，及相关的一些对比资料(略)表明，自平衡测桩法较锚桩法具有试验方便、省时、省力、省钱和对环境无任何要求等特点。

3)通过与后期工程验收资料对比，自平衡测试法的测试结果可靠，完全能够满足工程精度的要求。

[1]江苏省建设委员会.DB32/T291—1999 桩承载力自平衡测试技术规程[S].南京:江苏省技术监督局，1999.

[2]桩基工程手册编委会.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社，北京:1995.

[3]鲁博，霍少磊，葛云峰.基于自平衡法桩基承载性状试验分析[J].铁道建筑，2009(12):83-86.

[4]龚维明，戴国亮，蒋永生.桩承载力自平衡测试法的理论研究[J].工业建筑，2002，32(1):37-40.

TU473.1+6

B

1003-1995(2010)06-0086-03

2010-01-22;

2010-04-12

蒲有林(1963— )，男，甘肃通渭人，高级工程师，博士研究生。

(责任审编 赵其文)