单桩竖向承载力自平衡法检测的可行性探讨

单桩竖向承载力自平衡法检测的可行性探讨

马炳剑

广东荣骏建设工程检测股份有限公司，511400

摘要：学习单桩竖向承载力检测的新方法--自平衡技术的原理，与现有惯用的堆载法进行对比。通过工程桩实测数据与现行规范的经验值进行对比分析以探讨自平衡技术在工程桩的承载力检测中的可行性。

关键词：自平衡法、承载力检测方法、侧阻力、端阻力

一、自平衡技术的原理

图1.1 荷载箱工作原理示意图

基桩承载力自平衡法，是通过在桩体内部预先埋设一种特制的加载装置——荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置（具体位置根据试验的不同目的和条件而定），将荷载箱的加压管以及所需的其他测试装置（位移杆及护管、应力计等）从桩体引到地面，然后灌注成桩。到休止龄期后，由加压泵在地面通过预先埋设的管路，对荷载箱进行加压加载，使得荷载箱产生上、下两个方向的力，并传递到桩身。由于桩体自成反力，将得到相当于两个静载试验的数据：荷载箱以上部分，获得反向加载时上部桩体的相应反力参数；荷载箱以下部分，获得正向加载时下部桩体的相应压力参数。通过对加载力与参数（位移、应力等）之间关系的计算和分析，可以获得桩基承载力、桩端承载力、侧摩阻力等数据。

二、自平衡法与传统方法对比

在承载力检测中采用自平衡法，与传统的承载力检测方法（堆载法或锚桩法）相比具有几下几个特点：

1）省时：在前期设备安装完成后，休止期满足相关规范后现场试验时间约为24小时，相比传统方法大大减少了配重台设备安装的时间。

2）省力：没有“堆载”，也不要笨重的反力架，检测过程更加方便、安全、环保。

3）综合检测成本低：检测桩完全按工程桩制作，不需到达地面，不需制作桩头。对有地下室的结构，与常规方法相比，缩短了检测桩长度，且检测后经压浆处理的检测桩仍可作工程桩使用。

4）在下列情况下或当设置传统的堆载平台或锚桩反力架特别困难或特别花钱时，该法更显示其优势，例如：水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等，这些都是传统试桩法难以做到的。

三、自平衡法Q-s曲线分析

于某桥梁工程中我司采用了自平衡法完成了3根大直径灌注桩的承载力检测。在没有大型设备配合且场地狭窄的情况下，本次试验每根试桩的试验时间均为1天，充分体现自平衡法方便省时优点。各试验桩的Q-s曲线如下:

1）ZP5-6#桩

ZP5-6#桩Q-su曲线、Q-sl曲线                         ZP5-6#桩（与传统静载）等效转换曲线

2）12-3#桩

12-3#桩Q-su曲线、Q-sl曲线                            12-3#桩（与传统静载）等效转换曲线

3）3-3#桩

3-3#桩Q-su曲线、Q-sl曲线                 3-3#桩（与传统静载）等效转换曲线

由各桩的等效Q-s曲线及等效转换曲线可看出，随着各级荷载的增加，桩顶总沉降量也逐渐增大。其曲线的发展趋势与传统试验方法的Q-s曲线发展趋势一致。由此可见该曲线的辅助分析功能与传统试验方法的Q-s曲线的辅助分析功能是一致的，且3根桩等效转换曲线图也可以看到，在最大加载量下桩的总位移量别为22.05mm、13.83mm、10.97mm，位移量不大，单桩竖向承载力设计过程中是留有一定富余度的。

自平衡法试验加载过程中，压力箱的下部段桩身的受力情况与传统方法一致。但压力箱上部段的桩身为向上运动，各个土层所提供的侧阻力为负摩擦力，各土层在提供负摩擦力时自身所受到的应力是拉应力，桩周土层在拉应力的作用下，在塑性变形阶段时应变量会快速增大从而导致桩周土所能提供的侧力快速减弱。而传统试验方法的加载过程桩身向下运动，各个土层所提供的侧阻力为正摩擦力。各土层在提供正摩擦力时自身所受到的应力是压应力，由于扩散角的存在，随着深度增加，桩顶荷载逐渐分散到边上的土层。土壤自重产生的应力与应变逐渐增加，桩顶荷载产生的应力与应变随深度增加而逐渐减少。

鉴于自平衡法与传统静载试验方法桩周土受力情况的不一，自平衡法相关试验规范中提出了针对不同土层的修正系数。（粘性土、粉土可取0.8，沙土可取0.7，岩石可取1.0，若上部有不同类型的土层，取加权平均值）从桩周侧阻力的受力情况分析，修正后的单桩竖向承载力接近真实情况。

四、实测桩周土侧阻力与经验值对比

在该工程的自平衡法试验过程中除了测量桩身承载力值之外还在桩身内的埋设的钢筋应变计，用于测量各土层的桩身的应变量从而获得各层桩周土的侧阻力。经测量数据计算，各土层实测侧阻力与设计规范（DBJ15-31-2003）摩阻力特征值比对结果见下表。

ZP5-6#桩侧阻力及端阻力测试结果比对表

12-3#桩侧阻力及端阻力测试结果比对表

3-3#桩侧阻力及端阻力测试结果比对表

由以上3个试验结果比对表可以看出，本次试验所测得的各土层的侧阻力值均接近且稍低于设计规范中的经验值。实测值偏低主要原因是本次试验的最大加载量并没有达到单桩竖向承载力的极限值，桩周土的侧阻力并没完全发挥出来。

五、结论

由以上3根桩的试验结果比对可以看出，自平衡法Q-S与传统的堆载法的静载试验Q-s曲线的发展趋势基本一致，且所测得的各土层的侧阻力值与设计规范中的经验值基本相符。综合分析试验的实测值及单桩竖向承载力的设计过程，可以看出试验所测数值接近真实状态。通过本次的试验结果分析比对可以看到基桩承载力自平衡法可以用于工程桩承载力的验证。

参考文献：

（1）中华人民共和国交通行业标准《基桩静载试验 自平衡法》（JT/T 738-2009）

（2）广东省标准建筑地基基础设计规范（DBJ15-31-2016）