自平衡试桩技术及相关问题探讨

林 雯

（厦门合诚工程检测有限公司， 福建 厦门 361000）

1 基桩自平衡测试技术

1.1 基桩自平衡测试技术简介

目前，我国确定基桩承载力的主要方法是使用静力载荷试验进行确定，该方法是我国确定基桩承载力的标准，是用该方法明确的基桩承载力参数更加完整且可靠，不仅可以减少甚至避免工程中存在的潜在不安全因素，同时还可以累积经验，进而使其他试桩方法得到发展，但该方法的缺点是成本高、工程量大和工期长等。基桩自平衡测桩法是另一种极为常用的测试技术，其主要装置为荷载箱，该装置经过特殊设计，具有加载的作用，分为油缸、底盖、顶盖与活塞四个部分，与桩外径相比，底盖与顶盖的外径略小，通常不超过 200毫米，且在两者的上方会安置位移杆。在荷载箱上焊接钢筋笼，使之形成一体后放进桩体，进行混凝土浇捣即可形成桩。

在进行基桩自平衡试验进行后，使用油泵进行加压，随着压力的进一步增大，荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。以基桩发生受荷为条件，若基桩的装神没有出现破损、混凝土没有出现离析或断裂的情况，那么混凝土会受到各级荷载的作用，进而产生应变量，其与钢筋所产生的应变量一致，因此对事先在桩内置入的钢筋应变计进行测量就可以测量出各个钢筋应变计在不同等级荷载的作用下其应变与应力之间的关系，进而推导出桩截面的应变与应力关系，进而可以求出桩截面的应变量。进一步推导，即可计算出桩截面在不同等级载荷的作用下其桩身的轴力，同时还可以计算出深度与载荷发生变化时，轴力与摩擦力的传递规律。

桩基自平衡试验法的特点使其可以满足具有特殊性的设计要求，如测量桩身、上段与下段的极限侧阻力，可以利用双荷载箱进行测试。该测试技术使用了两个荷载箱，将其中一个防止在桩的下部，另一个则放在桩身额位置，如此便可以测量出桩身、上段与下段的极限侧阻力。采用双荷载箱也可以进行后压桩测试。下荷载箱可摆在桩端（或附近）。在压浆操作进行前，对两个荷载箱进行测试，计算出桩身的承载力与桩端的承载力，然后对桩端进行高压注浆操作，最后对两个荷载箱进行测试，如此便可以计算出压浆对桩端造成的阻力与对桩身承载力的提高嘴用。双荷载箱布置给施工带来不便，但只要在上荷载箱预留孔位，使得下荷载箱位移棒能垂直通过，一般均能够成功。

1.2 基桩自平衡测试技术所具有的优点

基桩自平衡测桩法的适用范围广，不仅可以对淤泥质土、沙土、黄图、动图、粘性土等多种特殊土质中的管桩、人工挖孔桩、桩孔灌注桩。端承桩等多种类型的桩进行测量。对于传统测桩法--静力载荷试验测桩法来说十分困难的坡地、水上、大吨位等环境的桩均可进行测量。总的来说，该技术具有的优点如下：

（1）其所需要使用的装置十分简单，不需要大量的辅助设备，占用的场地小，且可以同时测试多个桩，试桩的准备工作十分简单，节省了大量的人力与物力，节省时间且安全。

（2）该测试法的利用原理为桩端阻成反力与桩侧阻力，因此可以明显的分辨出端阻力与侧阻力的分布，并分辨出二者的位移与荷载曲线。

（3）试验需要的装置为荷载箱，虽然只能使用一次，但与传统的试验方法比较，其成本更低，可减少30%到60%的成本，地质条件越差、桩吨位越重，则节省的成本越多。

（4）该试验的成本低廉，花费时间少，操作简单，因此可以通过增加试桩来提高检测的面积。

（5）试验完成后，其所使用的试桩无需废弃，仍可投入到实用中，进一步节省成本。

（6）水上、坡地、狭窄等恶劣环境而导致无法使用传统方法进行测量的桩可以使用该测试技术。

（7）可进行多次试验。

（8）试验荷载的保留时间很长，可就此对土阻力的恢复效果与静蠕变情况进行测量。

2 基桩自平衡测试中需要注意的几个问题

在进行基桩自平衡测试的过程中，施工现场环境复杂、条件恶劣，操作人员素质及水平参差不齐，另外荷载箱设计上的不合理都会给荷载箱的测试工作带来较大的影响。因此，要避免或减轻内外部因素对自平衡测试工作的不利影响，保障测试数据的安全可靠，有以下几个问题需要注意。

2.1 荷载箱在浇筑过程中的配合性能

在实际工程应用中，荷载箱通常与钢筋笼焊接装配为一体后一起吊入桩孔，在后续的桩身浇注过程中，荷载箱的存在大大减小了荷载箱下部桩身的浇注空间，造成大量的沉渣和浮浆滞留桩底，对成桩质量及其带来的后期的基桩承载力测试均有较大的影响，这也是影响自平衡测试技术发展的主要方面。因此，荷载箱与桩身的混凝土浇注需有良好的配合性，这其中对荷载箱装置的整体设计提出了很高的要求。

2.2 自平衡测试系统的稳定性能

荷载箱在实际工程应用中面临各种各样复杂的测试环境，需保证其测试数据的稳定性，真实地反应基桩承载力情况。这就需要在荷载箱的研制上，保证其具有高度的稳定性。首先，保证荷载箱在测试的过程中自身的完整性，油管、位移管等关键装置不会在测试中轻易被破坏（比如在实际基桩检测中发生的输油管破裂漏油现象等），上下板不会由于挤压产生屈曲变形，传感器在测试过程中不出现故障等；其次要保证配套的数据采集系统稳定可靠，采集数据过程中不会或极少出现无故断电、死机、软件故障等情况。

2.3 . 荷载箱测试技术的适应性问题

荷载箱在实际的安装及测试中，除了面临各类复杂的工程环境以外，同时也面临各类水平参差不齐的施工安装人员和检测人员，这些不利因素在现实中都是无法规避的。在这种情况下，即使在荷载箱安装和检测中按照标准化和规范化的测试程序及操作流程进行工作，也难以保证得到可信的测试结果。为此，在实际工程应用中，要着重体现荷载箱的适应性、抗干扰能力及容错能力，使其在极度复杂多变的环境下，仍然能够正常运行工作。在采集软件的研发上，也要保证其具有较高的强健性，降低周边环境对数据采集的不利影响，保证数据的真实可靠。

3 基桩自平衡测试技术发展展望

自平衡荷载箱技术由于其装置的特殊性，即需要将其放置于桩身中一起浇筑成桩，如何保证高质量的成桩一直是该技术发展的主要方向，但是这个问题也一直没有得到彻底的解决。一方面，从荷载箱的构造来看，增加导流装置已是一种趋势，用以保证传统混凝土的良好浇筑和桩底沉渣的清除。另一方面，高度智能化和稳定性的位移传感测试系统也是自平衡测试技术有待改善的巨大方面。另外，在实际测试中，还可以参照国外loadtest公司，提出规范化和标准化的安装及操作流程，形成整套体系，提升国内的专业化水准。

目前国内的研究动态主要是集中在对自平衡技术的介绍，荷载箱位置的讨论，荷载位移曲线的转换，承载力的确定，后灌浆工艺的讨论以及如何提高测试精度等方面，并且越来越向最后两点集中。可以看出，自平衡测试技术作为一项越来越成熟的技术，要对测试的可靠性，标准化，规范化引起极度重视。

4 结论

自平衡试桩技术作为一套高效节能省时的基桩承载力测试技术，在工程中受到了越来越广泛的应用，但其中面临很多的问题，从而对其测试的准确性造成了一定的影响，所以，要优化测试装置（主要是荷载箱）和整个测试采集系统，并且形成高度规范化的操作体系，同时，改进测试后的灌浆工艺也是重要的发展方向。