桩承载力自平衡测试技术在成都地区的应用探究

刘 瑞, 范燕红, 刘泳钢(四川省建筑科学研究院，四川成都 610081)

桩承载力自平衡测试技术在成都地区的应用探究

刘 瑞, 范燕红, 刘泳钢
(四川省建筑科学研究院，四川成都 610081)

文章简要介绍了桩基自平衡法的试验原理和装置，阐明了桩基自平衡法测试技术的特点。通过对成都地区进行的静载试验与桩基自平衡试验对比分析，探明了桩基自平衡法测试技术具有一定的可靠性与实用性，值得在成都地区推广应用。

自平衡；静载法；桩

我国现阶段采用的传统静载荷试验属于破坏性检测，所需设备笨重，费用昂贵，成本高，检测周期长，难以满足特殊场地和大吨位的桩承载能力测试需要。相比较传统静载试验，桩承载力自平衡法具有试验吨位大、不受现场场地条件的限制、试验快捷、简便等优点。自平衡法自1960年发明以来，已应用50多年，在我国各省市地区建筑工程和桥梁工程中已取得成功应用，积累了大量的经验。四川省已制定了该方法的地方标准，但在实际中应用较少，因此，有必要在四川省内推广桩基承载力自平衡法的应用。为了验证自平衡法在四川省内的可靠性、实用性，本文特从起源、原理、特点以及对比试验等方面进行相应的研究工作[1]。

1 自平衡测试方法概述

1.1 方法起源

美国学者Osterterg于20世纪80年代首先提出了自平衡测试法，并于80年代中期开展了桩承载力自平衡试验方法的研究，首先在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型。目前，该测试方法已成功应用在水上试桩、坡地试桩等多种特殊场地试桩，桩型有钢桩、砖预制桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩及人工挖孔桩。

在中国，东南大学土木工程学院于1996年开始首先对该试验法的关键技术和测量系统进行研究开发，于1999年5月制订了江苏省地方标准，2002年被建设部和科技部列为重点推广技术。目前该试验法已在江苏、安徽、贵州、上海、重庆、江西、湖北等多个省市应用于房屋建筑和桥梁桩基检测中[2]。其中，在润扬大桥进行的单桩承载力试验吨位最大，高达12 000 t。

1.2 试验原理

自平衡试桩法的应用原则是利用试桩自身反力平衡来进行试验，如图1所示。测试前，在桩端附近或桩身截面处预先埋设单层(或多层)荷载箱，测试时，从地面通过输压管对荷载箱进行加压，荷载箱的箱盖和箱底随着压力的增加而被推开,从而激发桩侧阻力(向下)和桩端阻力(向上),两者互为反力。随着压力继续增加,桩侧阻力和桩端阻力不断发挥出来,直至达到桩承载力极限状态。根据加载及位移对应关系绘出向上、向下Q-S曲线，由此得到荷载箱上、下两段桩各自的承载力。将上段桩侧阻力经一定处理后与下段桩承载力相加即为桩极限承载力。这种测桩系统可以省去在传统单桩竖向静载试验中用锚桩横梁反力装置和压重平台反力装置来提供所需的物料、经费和时间[3]。

图1 桩承载力自平衡试验原理示意

1.3 试验装置

自平衡测桩法的主要装置包括荷载箱、加压系统及油压表、百分表或位移计、基准梁和其它固定夹具。其中，用于加载的荷载箱主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁4部分组成；上、下位移棒分别由顶、底盖引出，将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。该法是将一种特制的加载设备——荷载箱，与钢筋笼相接，埋人桩的指定位置，由高压油泵向荷载箱充油而加载，如图2所示。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试[4]。

1.4 试验步骤及承载力确定

1.4.1 试验步骤

尽管桩基承载力自平衡法与传统静载法在加载方式以及上段桩的受力形式上有所差异，但是试验过程中所测参数以及试验后数据整理的形式是一致的，因此，两种试验方法在试验步骤以及试验终止条件是相同的。

图2 桩承载力自平衡试验装置示意

1.4.2 桩基自平衡法承载力的确定

1.5 桩基自平衡法的技术优势

桩基承载力自平衡试验与传统静载试验相比具有如下优势：

(1)工期短。荷载箱埋设后待混凝土达到一定(70 %左右)强度，且土体稳定后即可测试，一般15 d就足够了，且对多根桩同时进行测试，大大缩短测试时间。

(2)试验费用较省。与传统静载法相比可降低30 %至50 %的费用，而且试验吨位越大，效益越明显。

(3)装置较简单。不需要反力架及堆载物，试桩准备工作省时、省力、安全。

(4)侧阻与端阻区分明确。该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，可分别测得桩侧阻力与桩端阻力。

(5)试验桩可利用。测试完毕后，试验桩通过压浆管进行灌浆后仍可作为工程桩使用。

(6)能测试任意角度基桩的承载能力。

(7)方便的重复试验。自平衡试桩法可在不同的桩身深度或同一桩身深度的不同时间在同一根桩上方便地进行试验[5-7]。

2 成都地区应用实例

2.1 测试成果可靠性分析

为了研究桩基自平衡法测试技术的可靠性和实用性，我们在成都地区的2个不同场地进行了桩基自平衡法与桩静载法的对比试验，每组(一根静载试验和一根自平衡试验)试验点的试验参数、地层条件等都相同的。对2个试验现场的每组试验测试成果分析，自平衡试验测试数据与静载法所测数据基本吻合，两者所测的单桩竖向极限承载力吻合度较高，说明桩基自平衡法测试技术具有一定的可靠性、实用性。各试验组的承载力测试成果见表1。

表1 自平衡试验与静载试验承载力结果对比

2.2 小结

对比试验说明桩承载力自平衡法测试的单桩竖向极限承载力与传统静载试验得出结论的吻合度较好，为省内大吨位桩基的检测提供了更加可靠便捷的测试方法，具有技术经济先进性、可靠性、安全性以及可操作性，对促进四川省高承载力桩的质量控制有重要作用，具有良好的社会效应。

3 结论

(1)通过桩承载力自平衡法与传统堆载静载荷法的承载力对比分析可知，桩基自平衡法测试技术是实用可靠的，值得在成都地区进行推广应用。

(2)通过对桩基承载力自平衡测试技术的原理、试验装置以及特点的分析，说明该测试技术具有技术经济先进性、可靠性、安全性以及可操作性，有利于促进省内桩基承载力检测技术的发展。

[1] 于微微.自平衡法试桩在实际工程中的应用研究[D].哈尔滨工程大学, 2012.

[2] 王树兵，朱小军.桩基自平衡法与传统试验对比分析[J].工业建筑，2013，43(S1)：480-487.

[3] 孙洪剑.桩承载力自平衡测试技术研究与探讨[D].山东大学，2011.

[4] 李箐.钻孔灌注嵌岩桩自平衡静载试验研究与分析[D].中南大学，2007.

[5] 韩庆祝，胡胜华, 韩朝.桩基静载试验自平衡法测试原理及方法[J].资源环境与工程，2009，23(6)：801-805.

[6] 王博林.自平衡法桩土荷载传递机理及承载特性研究[D].兰州交通大学，2012.

[7] 朱顺涛.区域平衡法自平衡荷载试验的研究[D].武汉理工大学，2011.

刘瑞(1987～)，男，研究生，助理工程师，主要从事地基基础研究。

TU413.4

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[定稿日期]2016-08-03