基桩自平衡静载技术试验方法浅析

秦立朝 蒋超

摘  要：在大吨位、深基础桩基承载能力检测项目中，自平衡检测法因其试验占地面积小、操作简单等特点，明显更优于传统的桩基静载试验方法。该文通过某站房桩基自平衡法试验检测的工程实例，介绍了自平衡法桩基承载力检测方法的实施过程，对自平衡检测法的工程实际施工步骤进行详细说明，探讨了该技术实施过程中的重点难点，为今后类似工程检测项目提供工程经验。

关键词：桩基础  检测  实例  自平衡法

中图分类号：TU753                         文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（a）-0101-04

Analysis on Test Method of Pile Self Balanced Static Load Technology

QIN Lichao  JIANG Chao

（Hunan Technical College of Railway High-speed， Hengyang， Hunan Province， 421001  China）

Abstract： In the large tonnage， deep foundation pile bearing capacity test project， the self-balance test method is obviously better than the traditional pile static load test method because of its small test area，simple operation and other characteristics. This paper introduces the implementation process of the self-balanced pile foundation bearing capacity testing method through the engineering example of the self-balanced pile foundation testing method of a station building，illustrates the actual construction steps of the self-balanced testing method，and discusses the key and difficult points in the implementation process of the technology， so as to provide engineering experience for similar engineering testing projects in the future.

Key Words： Pile Foundation;Test;Example;Self-balance Method

桩基础是一种最常用的基础类型，其广泛应用于各建设项目中。桩基础竖向极限承载力作为桩基工程研究的重要概念，是反映桩身材料、桩侧土与桩端土性状、施工方法的综合指标，因而确定桩基的竖向极限承载力是桩基施工过程中非常重要的步骤[1]。传统的静载试验法检测桩基础承载力，在试验检测过程中操作复杂且作业面积大，尤其是大吨位的单桩竖向静载荷试验，常受场地小或场地表层土土质较软无法提供配重反力等因素影响，无法试验检测。该文采用自平衡法检测桩基础承载力，装置较为简单，仅需占用小片场地施加荷载及采集数据，试桩准备工作省时省心，在桩基检测项目有较大的优越性[2]。

1  工程概况

该工程为广汕铁路新塘站站房相关工程，位于广州市增城区新塘镇站前路以南，环城路以北，规划一路以东，新源路以西，中心里程DK41+150。该次试桩计划为东侧铁路自营停车场4根试桩。试验桩桩径为1 000 mm，均为抗压桩，进行设计极限承载能力检测，试桩参数数据见表1。

2  检测设备

自平衡试桩法原理简单，它是利用试桩自身反力平衡的原则，在选定的试桩截面处安装荷载箱并垂直加载，以此测得荷载箱上、下段桩的承载力[3]。

2.1 加载设备

（1）每根试桩采用一个荷载箱，设有声测管、注漿管穿过装置，相关参数由省级计量测试研究院整体检定。（2）高压油泵1台：最大加压值为60 MPa，加压精度为每小格0.4 MPa，其压力表由计量部门标定。

2.2 位移量测装置

（1）电子位移传感器：量程100 mm，每桩6只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于量测桩身荷载箱处的向上位移，2只用于量测桩身荷载箱处的向下位移，2只用于量测桩顶向上位移。由计量部门标定。（2）电脑及数据自动采集仪一套。（3）在每个荷载箱上下板之间装有上下位移管，数量根据桩径确定，一般各为2根。

3  钢筋计及荷载箱安装

3.1 钢筋计安装

由于要获得各土层及桩端有关工程地质物理力学参数，尤其是分布较广的全风化花岗岩、强风化花岗岩等的桩侧摩阻力以及作为持力层的中风化花岗岩的桩端单轴抗压强度，验证工程地质勘察成果。采用φ20型号钢筋应变计[4]进行测试，其最大拉应力和最大压应力分别为200 MPa和100 MPa。钢筋应变计（见图1）布置在岩土界面分界处，每截面布置4个。

3.2 荷载箱安装

3.2.1 荷载箱位置计算

在荷载箱加载之前，需计算荷载箱的安装位置，一般通过根据上段桩与下段桩承载力相等的原则，然后结合项目实际使用经验与试桩位置的钻孔材料来计算“平衡点”具体位置[5]。在进行自平衡法试验时，应尽量满足以下条件。

（1）测试试桩的极限承载能力时，为使得测试结果更加合理，得到最大的承载力值，选择合理的加载箱位置，使得上部分桩基抗拔侧摩阻力与上部分桩身重量的计算值之和接近下部分桩抗压侧摩阻力加上端承力计算值之和。

（2）测试试桩是否满足设计极限承载能力时，选择合理的加载箱位置，使得上部分桩基抗拔侧摩阻力与上部分桩身重量的计算值之和以及下部分桩抗压侧摩阻力加上端承力计算值之和均大于设计极限承载力的1/2。

根据以上要求，计算SZ2号桩的荷载箱位置，SZ2号桩设计设计极限承载力值为14 400 kN，需满足上部分桩基抗拔侧摩阻力与上部分桩身重量的计算值之和（荷载箱上部分桩基总抗拔力），以及下部分桩抗压侧摩阻力加上端承力计算值之和（荷载箱下部分桩基总承载力）均大于7 200 kN，由于SZ2号桩持力层位于中风化花岗岩，桩端承载力较大，荷载箱位置初定于距离桩底1 m的位置，荷载箱上下端桩基抗拔力和承载力计算结果分别见表2、表3。

根据以上计算结果可得，荷载箱位置距离箱底1 m时，上段桩基抗拔力计算值为9 847 kN，下段桩基总承载力计算值为15 097 kN，上下段桩基总阻力均大于7 200 kN，满足条件2），荷载箱安装位置满足试验检测要求。

3.2.2 荷载箱与钢筋笼焊接

（1）焊接直角筋。直角筋一端与上、下段钢筋笼主筋焊接、一端与荷载箱上面板焊接，满焊且焊逢大于10 mm，焊完要敲除焊渣，检查焊接质量（见图2）。

（2）焊接导向筋。导向筋一端与上、下段钢筋笼主筋焊接、一端与荷载箱内孔内壁焊接，满焊且焊接角度要大于60°（见图3）。

荷载箱安装结束后，应保护油管及对钢管封头，防止水泥浆漏入。

4  清孔

（1）灌注桩应清孔，该项目清孔后桩端沉渣厚度应小于50 mm。（2）泥浆附璧施工需二次清孔时，导管必须穿过荷载箱进行，灌注混凝土前，泥浆相对密度应小于1.25;含砂率不得大于8%;粘度不得大于28 s。（3）清孔后需在2 h完成混凝土浇注。（4）若未按上述要求进行，可能会造成沉渣过厚及桩底不平或桩侧泥皮过厚，检测时下位移过大、荷载箱产生偏载或桩侧阻力过小造成加载失败。

5  浇注及拔管

（1）钻孔灌注桩浇注时，导浆管应穿过荷载箱距孔底距离孔底不大于300～500 mm。（2）第一斗混凝土量以可以覆盖荷载箱以上1 m左右为宜，浇注时宜控制速度，防止浮笼。（3）混凝土超过荷载箱2.6 m后缓慢进行拔管，待导管脱离荷载箱后，恢复正常浇注。（4）若未按上述要求进行，可能会造成钢筋笼上浮或混凝土离析，桩身强度不够，检测时可能会造成混凝土压碎，对基桩造成破坏，影响检测结果。

6  试桩平衡法承载力测试

6.1 分级加载

每根桩预估加载值为桩顶允许加载值的2倍。

加载分级：每级加载值为预估极限承载力的1/15，采用慢速维持荷载法加载。卸载分级：卸载分7级进行。

6.2 位移观测

每级加载后在第1小时内分别于5 min、15 min、30 min、45 min、60 min各测读一次，以后每隔30 min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，在电脑屏幕上显示Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线[6]。

6.3 分级卸载

卸载分级为5级，每级荷载卸载后，观测桩顶的回弹量，观测办法与沉降相同。直到回弹量稳定后，再卸下一级荷载。回弹量稳定标准与下沉稳定标准相同。

7  后注浆处理

试验时，荷载箱的千斤顶缸套和活塞之间产生相对滑移，荷载箱处的混凝土被拉开（缝隙宽度等于卸载后向上向下残余位移之和），工程桩检测试验结束后，应在荷载箱处进行注浆。通过位下移杆管或预埋注浆管，用压浆泵将水泥浆注入，不仅填满荷载箱处混凝土的缝隙，使该处桩身强度不低于试验前，而且还相当于桩侧注浆，使荷载箱以上l0 m左右范围内的桩身侧摩阻力提高40%～80%。因此，试验后的桩经注浆处理承载力比原来要高。

8  结语

该文以实际工程项目为背景，通过对自平衡检测法试验过程分析，找到自平衡法试验过程中的重难点。其中，自平衡法荷載箱位置的选取是整个试验最重要的项点之一，计算确定科学合理的荷载箱位置，才能保障试验准确顺利进行。对于桩基础而言，其持力层端阻力一般较大于持力层以上土层侧阻力，特别是大尺寸桩基础，荷载箱位置一般靠近桩底部。

参考文献

[1] 乔佳伟.桩基承载力自平衡检测法及数值模拟研究[D].山东科技大学，2019.

[2] 刘春亮，刘士伟.桩基自平衡法检测在某工程中的检测浅析[J].青岛理工大学学报，2017，38（5）：24-28.

[3] 于荣林，廖康，吴建.双荷载箱自平衡法在地下建筑物基桩承载力试验中的应用[J].建筑科学，2020，36（1）：41-47.

[4] 张先林.自平衡试桩法与传统锚桩试桩法工程实例对比[J].岩土工程技术，2017，31（6）：283-288.

[5] 纳宇真.云南建筑工程中基桩竖向抗压承;载力自平衡法与桩传统静载试验对比研究[D].云南大学，2019.

[6] 徐洪涛.自平衡试桩法在硃山湖大桥中的应用研究[D].武汉工程大学，2017.