自平衡法抗拔桩承载能力静载试验及评定分析

沈浩，张凯

（1.淄博市规划设计研究院，山东 淄博255037；2.淄博市张店区市政工程公司，山东 淄博255022）

1 引言

自平衡法静载试验法是一种利用桩侧摩擦力与端阻力形成一对平衡力的基本原理，而达到加载目的的一种新型基桩承载力试验方法。在利用自平衡法进行承载力检测时基本不受承载力和场地条件的限制，同时，能够提供多方面的试验数据，拓展了基桩静载试验的应用范围、降化了试验成本、提高了试验过程安全度【1～5】。但由于自平衡法在我国并未大范围使用，导致在此类试验时往往缺少可靠和充足的依据；而且自平衡法的加载方式与传统基桩承载力测试方法不同，因此，有必要对此种基桩检测方法进一步开展现场试验研究。

本文依托某城市地下停车场工程，进行了抗拔桩承载能力静载试验，系统地介绍了其试验方法，实测了加卸载过程中试验桩的荷载变化及其相对应的位移变化量，分析了基桩在实际工作状态及在设计荷载作用下的承载能力。为同类基桩静载试验提供重要的参考依据。

2 工程概况

本次工程拟建场地属于山前冲洪积倾斜平原地貌，地层分布较稳定，场地及附近无岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流等不良地质作用，同时拟建工程所在地抗震设防烈度小于8度，可不考虑发震断裂错动对地面建筑的影响。地层主要由杂填土、素填土、粉质黏土、姜石、碎石及各类砂岩和泥岩构成。

本次试验试桩为灌注桩，桩径为800mm、桩长18m、桩顶高程30.44m、其单桩设计承载力为3 900kN，本次试验加载方法采用慢速维持荷载法【6】。

3 抗拔桩自平衡法试验原理

抗拔桩自平衡法试验原理是将荷载箱预先埋设在受检桩桩端，下部提供的反力不够维持加载时，可采取加深桩长或后注浆措施，然后沿垂直方向加载，使荷载箱向上推动受检桩身，向下推动加深桩身或挤压桩端土，使向上的桩身侧阻力与向下的桩身侧阻力或端阻力互为反力，同时测得荷载箱上下桩身的各自承载力，最终通过分析得到测试桩的承载能力。在抗拔桩自平衡法试验过程中，通过压力表可测得荷载箱中千斤顶的压力，换算得到试验过程中的荷载值；通过位移计可测得荷载箱的向上、向下位移量。据荷载和位移的数据绘制出荷载箱上、下段桩相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”，即Q-S曲线（荷载-位移曲线），从而判断抗拔桩承载力及加深桩工作情况。试验示意如图1所示。

图1 基桩自平衡法静载试验示意图

4 试验测试及结果分析

4.1 加卸载方式

1）加载应分级进行。单级加载值宜取总加载值1/10，第一级加载值宜取单级加载值2倍。

2）卸载时，可分为5级进行。即单级卸载值为2倍单级加载值。

3）加、卸载时，要确保位移值的变化不受外部环境因素的影响且变化量不超过单极荷载±10%。

4）采用双层荷载箱时，先测试下荷载箱，后测试上荷载箱。

4.2 位移观测和稳定标准

1）采用慢速维持荷载法。每级荷载分别在第5min、15min、30min、45min、60min测读位移，此后每30min测读1次。

2）位移相对稳定标准：从分级荷载施加后的第30min开始，1.5h内连续测读3次，每小时内的位移增量不超过0.1mm，并连续出现2次。

3）在分级荷载施加后，位移变化达到位移相对稳定标准时，方可施加下一级荷载。

4）卸载时，每级维荷1h，每级荷载分别在第15min、30min、60min测读位移后，可卸下一级荷载；当卸载至零时，测读时间为第15min、30min各测1次，此后每30min测读1次残余位移量，维持时间不小于3h。

4.3 试验终止条件

荷载箱上段或下段位移出现下列情况之一时，即可终止加载：

1）已达到设计要求的最大加载量且已达到位移相对稳定标准；

2）某级荷载作用下，上、下段桩的位移改变量均为前一级荷载作用下变化量的5倍，且位移总量超过40mm；

3）已达到荷载箱加载极限或两端桩中出现位移超出荷载箱行程情况；

4）上段桩累计上拔量超过允许值，同时下段桩也超过沉降允许值；

5）某级荷载作用下，荷载箱上、下段桩位移变化量大于前一级荷载作用下位移变化量的2倍，且16h仍达不到位移相对稳定标准。

4.4 极限承载力计算

单桩竖向抗拔极限承载力Qu，应按下式计算：式中，Quu为极限加载值；γ2为受检桩的抗拔摩阻力转换系数。承压型抗拔桩应取1.0，对应于承拉型抗拔桩应根据实际情况通过相近条件的对比试验和地区经验确定，但不得小于1.1。

4.5 结果分析

本次试验自平衡法检测单桩竖向抗拔承载力试验Q-S曲线图如图2所示。该桩单桩设计极限承载力3 900kN，最大加荷值5 850kN，γ2=1.0，Quu=5 850kN，Qu=5 850kN，最大加荷值所对应的桩顶上拔量1.23mm，Qu≥3 900kN，满足设计要求。

图2 Q-S曲线

5 结语

本文结合某城市地下停车场工程，开展了抗拔桩承载能力静载试验。系统地介绍了其试验基本原理及方法，实测了加卸载过程中试验桩的荷载变化及其相对应的位移变化量。试验结果表明：该桩单桩设计极限承载力3 900kN，最大加荷值5 850kN，γ2=1.0，Quu=5 850kN，Qu=5 850kN，最大加荷值所对应的桩顶上拔量1.23mm，Qu≥3 900kN，满足设计要求。可为同类基桩静载试验提供重要参考依据。