自平衡试桩法在高层桩基工程中的应用*

石亚雄 黄生根

(1)中国地震局地震研究所，武汉 430071 2)武汉地震工程研究院，武汉 430071 3)湖北震泰建设工程质量检测有限责任公司，武汉 430071 4)中国地质大学(武汉)，武汉430074)

自平衡试桩法在高层桩基工程中的应用*

石亚雄1，2，3)黄生根4)

(1)中国地震局地震研究所，武汉 430071 2)武汉地震工程研究院，武汉 430071 3)湖北震泰建设工程质量检测有限责任公司，武汉 430071 4)中国地质大学(武汉)，武汉430074)

介绍自平衡法的基本原理并结合在武汉市某小区一次桩基测试的实际，对其测试数据作了分析。

自平衡测试法;静载试验;极限承载力;荷载箱;桩基检测

1 引言

传统的静载试桩法一直以来被认为是确定单桩承载力最直观、最可靠的方法。而静载荷试验的装置一直是停留在压重平台或锚桩反力架等形式，试验时费时费力，而随着高层或超高层建筑的不断增多，单桩承载力也越来越高，往往由于场地或加载能力的限制，检测越来越困难，使许多大吨位桩基得不到准确的承载力数据，基桩的潜力不能充分发挥。

桩基自平衡静载测试技术把荷载箱在混凝土浇注之前和钢筋笼焊接在一起埋入桩内，由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，由上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡来维持加载。由于无需笨重的反力架和大量的“堆载”，故占用场地小，试验时间短，且不受场地条件和加载能力的限制［1-4］，从而满足了试桩检测的需要。

2 自平衡测试法原理

自平衡测试法试验，是在地面通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生位移，从而一方面迫使上段桩身上抬，使桩侧摩阻力发挥，另一方面同时迫使下段桩身下沉，使下段桩侧阻力及桩端阻力逐步发挥，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。原理如图1所示。

图1 桩承载力自平衡试验示意图Fig.1 Sketch of the experiment of self-balance of pile bearing force

2.1 自平衡测试承载力的确定

由于自平衡测试所得到的极限承载力是试桩上、下两段桩测试曲线，不是整桩的承载力，所以必须采用一定的转换方法使其成为整段试桩的承载力值。对应测试曲线的转换，就是要将自平衡试验得到的向上和向下两个方向的荷载-位移曲线转换为传统的静载试验所得的单一向下的荷载-位移曲线(图2)。

在现行的测桩应用到转换方法主要有两种，即简化转化法和精确转换法，此处介绍该工程所用到的简化转换法。简化法转换后的桩顶荷载［5，6］计算公式为：

为了得出相应的整桩的桩顶位移S，将整桩在断面a处切开，此时截面a处x级荷载下的内力为和，切口处上、下段位移分别为和，则对应整桩Q荷载下的位移沉降为上段桩身压缩量和上段桩桩端位移沉降之和：

上段桩身弹性压缩由两部分组成：由荷载箱位置处作用在上段桩桩身轴力引起的压缩ΔS1和由摩阻力Q-引起的压缩ΔS2，其中：

按式(4)、(5)即可以得到向传统静载转换的一系列点(Q，S)，从而可以得到近似等效的桩顶荷载-位移曲线。转换过程如图2所示。

图2 自平衡测试结果转换示意图Fig.2 Sketch of trasformation of the self-balance test result

3 工程概况及自平衡检测过程

该工程为武汉市某住宅小区中高层建筑基桩，场地工程地质概况由上至下为：①耕土(黏性土);②粉质黏土层(黄褐色，硬塑);③-1层残积粉质黏土(紫红色，硬塑);③-2层红黏土(棕黄色，硬塑);③-3层红黏土(棕黄色，可塑偏硬塑状态);④层石灰岩(灰色，节理、裂隙较发育，中等风化，岩石坚硬程度为较硬岩，岩体较完整)。

根据设计要求，需要对3根Φ800灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验，试验采用自平衡法，试桩主要参数见表1。

静载荷试验最大加荷量为2×3 300 kN，单级荷载取预估试验荷载量的1/11，第一级为分级加载量的2倍;各级加荷量分别为2×600 kN，2×900 kN，2 ×1 200 kN，2×1 500 kN，2×1 800 kN，2×2 100 kN，2×2 400 kN，2×2 700 kN，2×3 000 kN，2×3 300 kN。每级加载后在第1小时内分别于5、15、30、45、60分钟各测读一次，以后每隔30分钟测读一次。当每级加载下沉量，在60分钟内不大于0.1 mm，并连续出现两次时，即可认为稳定。

试桩S1、S2、S3均在前9级加载过程中正常，继续加载至10级荷载(2×3 300 kN)时，上段桩沉降急剧增大，出现陡降，且沉降不稳定，上段试桩破坏，故终止加载，开始卸载，试桩结果见表2。

表1 试桩参数Tab.1 Parameters of the related experiment pile

表2 试桩实测结果Tab.2 Really measuring results of experimental piles

4 测试结果分析

图3、4、5分别为自平衡试桩法得到的3根桩的Q-S曲线。根据已测得的两条荷载-位移曲线，转换至桩顶，得到试桩等效转换曲线图(图6、7、8)。

S1试桩等效转换曲线如图6所示。桩顶荷载-沉降关系曲线为缓变形，取最后一级对应的荷载为承载力极限值Qu;极限承载力为6234.4 kN，相应的位移为9.3 mm。

S2试桩等效转换曲线如图7所示。桩顶荷载-沉降关系曲线为陡变形，取发生明显陡降的起始点对应的荷载值为极限承载力;极限承载力为6 220 kN，相应的位移为14.4 mm。

S3试桩等效转换曲线如图8所示。桩顶荷载-沉降关系曲线为陡变形，取发生明显陡降的起始点对应的荷载值为极限承载力;极限承载力为6 117.3 kN，相应的位移为10.8 mm。

根据基桩自平衡法静载试验技术规程［10］中简化法和等效转换曲线分析结果，以两种方法确定的数值中较小值为极限承载力，得到各桩的承载力见表3。

图4 S2测试桩S-Q曲线和S-lgQ曲线图Fig.4 S-Q and S-lgQ curves of the experimental pile S2

图5 S3测试桩S-Q曲线和S-lgQ曲线图Fig.5 S-Q and S-lgQ curves of the experimental pile S3

图6 S1试桩等效转换曲线Fig.6 Equivalent transformation curve of experiment pile S1

图7 S2试桩等效转换曲线Fig.7 Equivalent transformation curve of experiment pile S2

图8 S3试桩等效转换曲线Fig.8 Equivalent transformation curve of experiment pile S3

表3 自平衡静载试验综合分析结果Tab.3 Integrated analysis results of the statical load experiment of self-balance

5 结论

1)自平衡技术具有工期短，成本低，而且测试结果安全可靠的优势。

2)自平衡试桩法优点不言而喻，平衡点的预估需要借助于准确的地质资料和地区成桩经验，也是该方法取得试桩效果的关键点。

1 刘金洪，夏保国，顾爱峰.桩承载力自平衡测试法在钻孔灌注桩中的应用等［J］.工业建筑，1999，29(3)：70-72.

2 龚维明，戴国亮，蒋永生.桩承载力自平衡测试法的理应研究［J］.工业建筑，2002，32(1)：28-32.

3 龚维明，戴国亮，蒋永生.桩承载力自平衡测试理论与实践［J］.建筑结构学报，2002，23(1)：33-38.

4 翟晋.自平衡测桩法的应用研究［M］.南京：东南大学出版社，2000.

5 戴国亮，龚维明，蒋永生.桥梁大吨位钻孔灌注桩静载试验研究［J］.特种结构，2001，18(2)：38-41.

6 方磊，等.桥梁大吨位钻孔灌注桩静载试验研究［J］.特种结构，2001，18(2)：38-41

APPLICATION OF SELF-BALANCE PILE-TESTING METHOD IN PILE FOUNDATION ENGINEERING OF HIGH-RISE BUILDING

Shi Yaxiong1，2，3)and Huang Shenggen4)

(1)Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071 2)Wuhan Institute of Earthquake Engineering，Wuhan 430071 3)Hubei Zhentai Construction Quality Testing Co.，Ltd，Wuhan 430071 4)China University of Geosciences，Wuhan430074)

Self-balance as a kind of testing method is mainly provided by its own force to test the end bearing force and shaft resistance.The basic principles of self-balance combined with a pile test in a district of Wuhan city is introduced.The results showed that the project can achieve good results.

self-balance method;static load test;ultimate bearing capacity;osterberg-cell;pile test

1671-5942(2011)Supp.-0106-04

2011-05-07

石亚雄，男，1957年生，高级工程师，主要从事地球重力场研究及工程检测工作.E-mail：280723705@qq.com

TU413

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