桩基静载荷试验方案的对比

樊 清 禄

(大同市市政建设发展公司，山西 大同 037000)

0 引言

随着我国基础建设的快速发展，高层建筑以及桥梁工程项目的建设在增多，桩基础的应用量在不断增多。无论采取何种桩基础，按照《建筑基桩检测技术规范》规定必须要做规定数量的桩基载荷试验，然后按照规范要求结合试验曲线来确定其单桩承载力。现如今，广泛应用在工程上的桩基静载荷试验方法，主要是堆载法、锚桩法和自平衡试桩法。

堆载法是桩顶位置处压重平台作为反力装置，采用油压千斤顶对基桩施加竖向荷载的一种试桩方法；锚桩法是桩顶位置处锚桩横梁作为反力装置，采用油压千斤顶对基桩施加竖向荷载的一种试桩方法；自平衡试桩法是在桩身合适位置处(桩身平衡点)设置荷载箱，施加竖向荷载后，即可同时测得平衡点(即荷载箱处)上、下部各自承载力[1]。

目前在确定试桩方法时会综合考量此三种方法，结合工程实例，综合考虑现场情况，从试桩方法的可行性、经济节约原则等方面进行比较。本文就山西某地某工程基桩检测方案的确定进行对比分析。

1 工程概况

某工程位于山西省某地，根据设计图纸，桩基采用钻孔或人工(扩底)灌注桩，共布桩68根，其中ZH1桩48根，桩径800 mm，桩长不小于25 m，要求单桩竖向抗压极限承载力为8 600 kN；ZH2桩20根，桩径1 000 mm，桩长不小于28 m，要求单桩竖向抗压极限承载力为12 800 kN。根据建设单位要求，先对2根ZH1桩做单桩竖向抗压静载荷试验。

2 场地工程地质条件

根据委托单位提供的由某勘察院所做的《岩土工程勘察报告》：场地位于某盆地的东北部，场地地貌单元属轻微切割黄土丘陵区。场地内未发现有断裂和其他构造形迹存在，场地的稳定性受区域构造稳定性控制。

根据外业钻探、原位测试及室内土工试验结果，在勘探揭露深度范围内，场地地基土自上而下可划分为8层，现依层序分述如下：

杂色，上部0.3 m～1.0 m主要由灰渣、碎石、建筑垃圾等组成，下部主要由粉质粘土组成，夹少量砖块、灰渣、矿渣等，稍湿，松散，土质不均，堆积时间不超过8年。

褐黄色，主要由粉质粘土组成，夹少量砖块、灰渣、矿渣等，稍湿，松散，土质不均，堆积时间不超过8年。

褐黄色，含植物根系，具大孔隙，呈硬塑状态，切面稍光滑，干强度中，韧性中，摇震反应无，具中等压缩性，具轻微～强烈湿陷性。标贯试验锤击数N值介于3.0击～26.0击(实测值，以下同)，平均11.0击，平均修正击数为9.6击。

褐黄色，含植物根系，具大孔隙，呈硬塑状态，切面稍光滑，干强度中，韧性中，摇震反应无，具中等压缩性。标贯试验锤击数N值介于3.0击～7.0击(实测值，以下同)，平均4.4击，平均修正击数为3.8击。

褐黄色，矿物成分主要为石英、长石、云母等，中密状，级配不良，颗粒形状以亚圆形为主，局部夹粉砂及粉质粘土透镜体。标贯试验锤击数N值介于12.0击～21.0击(实测值，以下同)，平均16.4击，平均修正击数为13.1击。

褐黄色、红褐色，呈硬塑～坚硬状态，切面稍有光滑，干强度高，韧性中等，无湿陷性，具低～中等压缩性。局部含有古植物根系及钙质结核，夹薄层粉土透镜体，局部夹有砂土透镜体，见有砂质半胶结层，具小孔隙，标贯试验锤击数N值介于3.0击～38.0击(实测值，以下同)，平均18.3击，平均修正击数为13.2击。

黄褐～褐黄色，矿物成分主要为石英、长石、云母等，中密状，级配不良，颗粒形状以亚圆形为主，局部夹粉砂、粗砂及粉质粘土透镜体。标贯试验锤击数N值介于23.0击～25.0击(实测值，以下同)，平均24.0击，平均修正击数为16.8击。

褐红色，呈硬塑状态，切面稍有光滑，干强度高，韧性高，无湿陷性，具低～中等压缩性。含云母、氧化铁、氧化铝、古植物根系及少量姜石，夹薄层粉土透镜体，局部夹有粉质粘土透镜体，具小孔隙。

3 试桩方案对比

3.1 试桩方法介绍

1)堆载法。

堆载法是一种在桩顶采用油压千斤顶加载，压重平台提供反力装置的试桩方法。施加荷载的压力用并联于千斤顶的MPM420-2可程控压力变送器直接测定。试桩沉降值用BWS3CA-50 mm位移传感器测量，在试桩的2个正交直径方向对称安置4个位移测试仪表。

2)锚桩法。

锚桩法和堆载法的主要区别是提供反力的装置不同，前者为锚桩横梁，后者为压重平台。锚桩法试桩时在场地上必须设置有符合条件的锚桩。采用锚桩法的测量装置以及加载方式与堆载法均相同。

3)自平衡试桩法。

自平衡静载荷试验，其关键设备是一个特制的荷载箱：荷载箱的构成主要包括千斤、油路、顶板、底盖、箱壁等部分；荷载箱和钢筋笼焊接在一起；顶盖和底板处设置有位移传感器；顶盖和底板的外径略小于桩体的外径；将焊接有荷载箱的钢筋笼放入桩位后，便可浇灌振捣成桩。

试验时，通过地面上的油泵连接油管给荷载箱加压。随着压力的不断增加，荷载箱的顶板、底盖将同时向上、下移动，从而促使桩端阻力和桩侧阻力的发挥。荷载箱中的压力值可用标定完成后的压力表测得；荷载箱顶盖和底板的分别向上、向下位移可用位移传感器测得[2]，量程50 mm(可调)，每套荷载箱对应6只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于测量桩身荷载箱处的向上位移，2只用于测量桩身荷载箱处的向下位移，2只用于量测桩顶向上位移，均由计量部门标定合格。

3.2 本工程试桩方案确定

1)堆载法。

本工程静载荷试验所需提供不小于16 000 kN的反力装置；RS-JYB桩基静载荷测试分析系统及配套设备1套；FQS50020型500 t分离式油压千斤顶4台等。试桩的成桩工艺与质量控制标准应严格与工程桩一致。承载力检测的受检桩混凝土强度达到28 d或预留同条件养护试块达到设计强度要求且应满足后压浆的间歇时间。采用慢速维持荷载法，即逐级加载，加载分级：每级加载为预估最大加载量的1/10，第一级加载量取分级荷载的2倍，具体分级见表1。每级荷载达到相对稳定后加一级荷载，直至满足终止加载条件之一，然后分级卸载到零，记录每级卸载回弹量。

表1 堆载法加载、卸载分级表 kN

堆载法必须解决大吨位的荷载配重的运输问题，而且其主要费用均体现在进出场费用以及吊装费用，其次堆载法由于体积量大，存在一定的风险，而且检测持续时间较长，故而费用较高。

2)锚桩法。

本工程静载荷试验所需锚桩钢梁2根作为反力装置；RS-JYB桩基静载荷测试分析系统及配套设备1套；FQS50020型500 t分离式油压千斤顶4台等。在进行试桩试验时，以试桩为中心开挖并整平地面，试桩桩头高出整平地面500 mm，锚桩桩头低于试桩桩头500 mm，锚桩钢筋出露在600 mm～800 mm之间。试桩制作要求，试验加载方式，加卸载以及沉降观测均与堆载法相同。

锚桩法必须设置数根锚桩及反力大梁，且锚桩和试桩的位置又受到了一定条件的约束，不能随意摆放，甚至可能单独为试验而专门做锚桩。加之锚桩法检测持续时间长，因此锚桩法需费用较高。

3)自平衡试桩法。

自平衡试桩法是一种基桩静载试验新技术，是接近于竖向抗压桩实际工作条件的一种试验方法。

为了确保自平衡桩基检测结果可靠准确，根据相关检测规范的技术要求，荷载箱在安装时必须按照既定的规定操作，部分工作需施工方配合。

荷载箱安装前施工方需准备设备及材料：20 t以上吊车、电焊机、混凝土、钢筋等；安装流程：荷载箱及相关附件运抵现场→荷载箱预浇筑混凝土→荷载箱与钢筋笼焊接→油管及位移检测管线布置→下钢筋笼→桩头管线保护。检测流程：前期准备→搭设基准梁、基准桩→搭设帐篷→准备电源→开始检测→检测结束→荷载箱断开面注浆。

采用慢速维持荷载法，即逐级加载。加载分级和加载过程控制均与堆载法相同，具体分级见表2。加载方式位移相对稳定标准：荷载箱上、下位移加载每1 h内的位移量均不超过0.1 mm，并连续出现两次(从分级荷载施加后第30分钟开始，按1.5 h连续三次每30 min的位移量计算)。

表2 自平衡试桩法加卸载分级表 kN

与传统的静载试验(检测)方法(堆载法和锚桩法)相比，自平衡法具有以下特点：

1)省力。

不需要笨重的反力架，也没有大吨位的荷载配重，检测装置简单、操作方便、试验过程安全。

2)省时。

土体稳定即可测试不需要进行预压，并且多根基桩可以同时测试，而且相互独立，互不影响，从而大大节省了试验(检测)时间。

3)不受场地条件和加载吨位限制。

每根被检测桩只需一台高压泵、一套位移测读仪器、一根基准梁，所需检测设备体积小、重量轻，任何场地(基坑、山上、地下、水中)都可进行检测。

4)试桩方法确定。

综合考虑现场情况，从试桩方法的可行性、经济节约原则等方面进行分析对比，自平衡测试法与堆载法、锚桩法相比，省时、省力、省钱、安全，测试精度也足以满足工程要求，同时不会对施工现场的其他项目造成影响，故本工程确定采用自平衡测试方法进行静载荷试验。

4 结语

自平衡试桩法是一种基桩静载试验新技术，是接近于竖向抗压桩实际工作条件的一种试验方法。该测试方法简单方便、安全经济，适合于广泛推广使用。

[1] DB32/T 291—99,桩承载力自平衡测试技术规程[S].

[2] 龚维明,戴国亮,蒋永生,等.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报,2002,23(1)：72.