桩基自平衡法静载检测与传统堆载法静载检测的对比分析

潘学忠

0 引言

目前，我国在检测基桩承载力时，常用的检测手段为堆载法静载荷试验，但是在面对大直径、大吨位以及无法提供堆载反力的桩基工程时，该检测方法暴露出许多弊端，会影响检测效率与质量，基于此，寻找一种适用范围较广、工作质量较高的检测方法成为检测人员的重点关注内容。桩基承载力自平衡法静载检测不仅不存在传统检测方法的不足，还不会受到场地的限制，具有较好发展前景，但该方法所得到的承载力是否可靠，还需进行进一步验证，因此本文对堆载法及自平衡两种检测方法所得到的数据进行对比分析，结果表明，自平衡法静载检测经计算所得到的极限承载力略大于堆载法检测所得到的极限承载力，证明了对于能够准确找到荷载箱平衡点的项目来说，自平衡法静载检测能够得到更大的单桩承载力，因此，对于未测试桩身内力的抗压试验，采用自平衡法静载检测在计算单桩承载力时，上段桩的摩阻力转换系数取值尤为重要，取值不当将影响桩基的实际承载力，可以帮助设计人员更好地选择检测方法，对提高检测效率与质量有着非常大的帮助。

1 工程概况

本文依托江苏省南京江北新区中心区地下空间一期项目，进行了堆载法以及自平衡法单桩承载力静载检测，该工程位于南京市浦口区顶山街道，地下7 层，地上为500m 超高层建筑，共分为四个区段，本次检测区段为四区，桩型采用钻孔灌注桩，设计桩径1.0m，设计抗压极限承载力为10 000kN，共包括2 根试验桩，桩基检测基本参数见表1，桩侧土层分布及参数见表2。

表1 桩基静载试验参数

表2 桩侧土层及参数

2 试验方案

2.1 堆载法静载试验

试验按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）的有关规定进行。

2.1.1 试验装置及示意图

试验由加载装置与荷载及位移观测装置组成。试验采用2 台800T 油压千斤顶加载，千斤顶安放在待检测桩顶部，千斤顶中心与桩中心重合，用压力传感器测定千斤顶油压，实现加卸荷与稳压自动化控制。用静载测试仪和位移传感器测量桩顶位移，安装在桩顶侧面。其检测示意图见图1 所示。

图1 桩基静载检测示意图及现场图

2.1.2 加、卸载方法

（1）加载应分级进行，采用逐级等量加载，分级荷载为预估极限承载力的1/10，第一级取分级荷载的2 倍；

（2）卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2 倍，且应逐级等量卸载；

（3）加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，且每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%；

（4）每级荷载施加后，应分别按第5min、15min、30min、45min、60min 测读桩顶沉降量，以后每隔30min 测读一次桩顶沉降量；每一小时内的桩顶沉降量不得超过0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后的第30min 开始，按1.5h连续三次每30min 的沉降观测值计算），则认为桩顶沉降速率达到相对稳定标准，可施加下一级荷载；

（5）卸载时，每级荷载应维持1h，分别按15min、30min、60min 测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间不得少于3h，测读时间分别为第15min、30min，以后每隔30min 测读一次桩顶残余沉降量。

2.2 自平衡法静载试验

试验按照《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》JGJT 403-2017 的有关规定进行。

2.2.1 试验装置及示意图

试验由加载装置与荷载及位移观测装置组成。加载装置采用自平衡法加载专用设备——荷载箱，它与钢筋笼连接后安装在桩身平衡点，并将高压油管引到地面，用油压表测定荷载箱油压。用百分表测量位移，2 只测荷载箱向下位移，2 只测荷载箱向上位移。其检测示意图如图2 所示：

图2 自平衡法静载示意图

2.2.2 加、卸载方法

以流体为加载介质，向埋设于桩基内一定深度位置的荷载箱中加压，从而对荷载箱桩体同时施加载荷。

加载：加载应分级进行，每级加载为预估加载力的1/10，首级加载按分级加载值的两倍加载；

卸载：分5 级卸载，每级卸载为加载级别的2 倍；

加载数据记录：每级加载后在第1h 内观察第5、15、30、45、60min 的位移值，以后每隔30min 观察一次，以判断稳定状态。稳定标准：每级加载每一小时的向上、向下位移量均不大于0.1mm，并连续出现2 次（从加载后30min 开始，按1.5h连续三次每30min 的位移量计算）；

卸载数据记录：每级卸载后，在第1h 内观察第15、30、60min 的位移值。卸载至零后维持3h，观测残余变形。

3 数据分析

3.1 堆载法静载试验

3.1.1 检测结果

如表3 所示。

表3 南京某项目桩基堆载法静载试验检测结果

3.1.2 单桩极限承载力的确定

根据检测结果，依据规范取值要求，对于缓变型曲线取S=50mm 对应的荷载值，故采用堆载法静载检测得到的单桩极限承载力按内插法取值Qu=9000+（50-36.24）×（10000-9000）/（52.62-36.24）=9840kN。

3.2 自平衡法静载试验

3.2.1 平衡点位置确定

根据表2 给出的土层参数，经计算得出平衡点位置为桩端往上14.0m。

3.2.2 检测结果

如表4 所示。

表4 南京某项目自平衡法静载试验检测结果

3.2.3 单桩极限承载力的确定

实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q和荷载箱下段桩的极限承载力，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

式中：Q：单桩竖向抗压极限承载力（kN）；

Q：荷载箱上段桩的极限加载值（kN）；

Q：荷载箱下段桩的极限加载值（kN）；

W：荷载箱上段桩的自重与附加重量之和（kN），附重量应包括设计桩顶以上超灌高度的重量、空桩段泥浆或回填砂、土自重，地下水位以下应取浮重度计算，钢筋混凝土重度取25kN/m；

γ：受检桩的抗压摩阻力转换系数，宜根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定。当无可靠比对试验资料和地区经验时，γ可取0.8～1.0，长桩及黏性土取大值，短桩或砂土取小值。

计算过程如下：

3.3 对比分析

从上述检测结果对比分析，采用自平衡法静载检测经计算所得到的极限承载力与堆载法检测所得到的极限承载力相差不大，但从上面表格数据中发现，D-001 号桩当加载量达到10 000kN 时，累计沉降量达到了52.62mm，而D-002 号桩加载至5 000kN 时，上位移与下位移之和为28.78mm，故自平衡检测的加载量可以继续增大，另一方面，上述计算中 1取值为0.9，如果取值降低则计算得到的单桩承载力会增大。

4 结语

（1）近年来，自平衡静载检测试验方法已越来越多地应用于工程中，特别是公路、铁路、桥梁以及堆载法难以实施的狭窄场地，该方法在同一根试验桩上面既可以做竖向抗压静载试验，也可以做竖向抗拔静载试验。

（2）自平衡静载检测平衡点的确定尤为重要，因为该试验是靠上部桩及下部桩相互平衡来维持试验的，如果平衡点确定有误，那么检测得到的单桩承载力数据会偏小。

（3）由于目前大部分地区缺乏大量工程实例的经验总结，对于未进行桩身内力测试的抗压试验，摩阻力转换系数是通过地勘报告所提供的抗拔系数进行加权确定的，该值的大小直接影响桩基的实际承载力，从而对工程造价以及结构安全造成影响。

（4）传统堆载法静载试验加载点位于桩顶部而自平衡法加载点位于桩身或桩底，故自平衡法桩身应力分布及桩侧土层应力分布与桩实际工作状态时不同，而且自平衡法静载试验为双向加载，桩身产生的应力是传统堆载法试验的一半，建议设计人员确定承载力时要充分考虑桩身混凝土强度。