自平衡法在立交桥工程试桩检测中的应用研究

1 自平衡法的基本原理

传统的基桩静载试验方法有两种：堆载法和锚桩法，其存在的主要问题：前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载堆放及运输问题；后者必须设置多根锚桩及反力梁，所需费用昂贵，时间较长，还有一定危险性，但对于水上、坡地等场地复杂的试桩，传统静载法更难以满足。

针对上述情况，国外提出在桩身中预埋荷载箱的测试方法，称之为O-Cel l法，国内称为自平衡法。自平衡法测桩是把一种特制的加载装置—荷载箱，预先放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和位移杆引到地面。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩侧极限摩阻力及自重与下部桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力相平衡来维持加载，从而获得桩的承载力。其测试原理见图1。

图1 基桩自平衡法静载试验

2 天津市中心城区快速路工程(二期)南仓道立交桥工程试桩

该工程位于天津市中心城区快速路南仓道，基桩类型为钻孔灌注桩，见表1。

表1 试桩设计参数

2.1 试桩检测进场作业流程

进场预埋荷载箱—下放钢筋笼—浇筑混凝土—自平衡法静载试验—静载试验后对荷载箱位置进行压浆处理。

2.2 试桩竖向抗压静载试验（自平衡法）

检测荷载箱位置位于-60.314m处，地面标高3.10 m，桩顶设计标高-3.80m，桩底设计标高-88.80m，单桩竖向抗压承载力设计值为17 288.143 kN，试验最大加载量按设计值的2倍考虑，即34 576 kN。

试验采用3组位移数据，分别为顶位移（桩顶位移）、上位移（上段桩体位移）和下位移（下段桩体位移）。顶位移、上位移和下位移各2个测点，沿桩身对称布置，共计6个测点，见表2。

表2 2根试桩位移测试数据

2根试桩加荷至试验最大荷载时，荷载-位移曲线均呈缓变型，位移-时间对数曲线尾部未出现明显弯曲。

静载试验检测结果表明，1号试桩（18-36）单桩竖向抗压极限承载力≥35 500 kN，经简化等效转换，与桩顶荷载对应的桩顶位移为9.68mm；2号试桩（18-13）单桩竖向抗压极限承载力≥39 662.5 kN，经简化等效转换，与桩顶荷载对应的桩顶位移为11.74mm。

3 结论

自平衡法是针对特殊场地条件与超大吨位静载试验的一种探索性的技术尝试，是对传统静载试验方法的一种补充。目前在理论与实践上还存在一定程度的不足，对于自平衡法仍有许多问题值得深入研究：

1）由于勘察、施工、理论计算等诸多因素的影响，平衡点难以准确计算。在实际检测过程中把荷载箱控制在偏离平衡点多大的范围内，可以达到工程所需的精度，需要进一步探索和研究；

2）由于超长桩的荷载传递机理还不尽完善，超长桩采用自平衡试桩法进行检测还有很多工作要做；

3）探讨用小直径桩模拟大直径桩进行荷载试验，从而有效降低施工成本；

4）埋设双层乃至多层荷载箱进行检测，相关理论及实践研究较少，仍处于探索阶段；

5）目前大多数基桩测试设备不能很好的适用于自平衡法，往往顶位移、上位移、下位移各种检测数据混淆在一起，检测结果不直观，需要测试人员后序进行甄别和处理，测试设备需要进一步优化。