自平衡测试技术在深长桩基中的应用

黄蕾

（湖北电力勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430040）

0 引言

随着城市化进展的加快，高层建筑越来越多，对基桩的承载力要求越来越高，因此基桩朝着埋深大、桩长大、直径大的方向发展。传统的确定基桩承载力的方法采用静载实验，静载实验包含堆载法和锚桩法，两种方法都对场地要求高，工程造价大[1]。自平衡测试技术具有场地要求低、操作简单、经济效益良好的特点，因此，自平衡测试技术在深长桩基中的优点就更为明显。

1 自平衡试桩法方法

自平衡测桩法是将一种特制的加载设备—荷载箱与钢筋笼相接，埋入桩的指定位置，由高压油泵在地面向荷载箱充油而进行加载，如图1所示。

图1 自平衡测试装置

荷载箱上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡来维持加载。根据向上向下Q-s、s-lgt曲线确定桩承载力[2-3]。

2 工程实例

2.1 试桩情况

武汉市新世界中心三期项目位于武汉市硚口区。采用自平衡测试法对6根试桩进行检测，以确定单桩的极限承载力。场地从上到下分布着填土、粘土与粉质粘土、粉细砂、强风化粉砂质泥岩等。试桩SZH-10、SZH-11、SZH-12的桩径为800mm，试桩SZH-13、SZH-14、SZH-15的桩径为1000mm。试桩的混凝土强度等级为C35。测试中，采用慢速维持荷载法进行加载。试桩情况统计如表1所示：

表1 试桩情况统计

试桩SZH-10、SZH-11、SZH-12设计单桩承载力特征值为5300kN，要求最大加载值2×6360kN。加载分12级，每级2×530kN，按11次加载，第一级按2倍荷载分级加载，卸载分6级进行。试桩SZH-13、SZH-14、SZH-15设计单桩承载力特征值为7700kN，要求最大加载值2×9240kN。加载分12级，每级2×770kN，按11次加载，第一级按2倍荷载分级加载。

2.2 实验结果

经过实验测试得到的Q-s曲线分别如图2~图4所示：

图4 试桩SZH-11的Q-s曲线

由图2、图3可以看出试桩SZH-10、SZH-15在各级荷载作用下，上下段桩的Q-s曲线平缓，未出现陡降段，达到相对稳定。因其他试桩的Q-s曲线变化规律基本相似，不在赘述其他试桩的测试结果。

图2 试桩SZH-10的Q-s曲线

图3 试桩SZH-15的Q-s曲线

由图4可以看出试桩SZH-11在前10次加载时情况正常，沉降均能达到稳定；在第11次加载时，上段桩出现陡降，本级加载90min，上段桩位移达到11.37mm，超过上一级位移增量5倍以上，终止加载。

经过现场测试和自平衡测试法的简单转换法分别得到SZH-10、SZH-11、SZH-15的等效转化曲线如图5~图7所示：

图5 SZH-10桩等效转换曲线

图7 SZH-15桩等效转换曲线

桩SZH-10等效转换曲线如图5所示。桩顶荷载-沉降关系曲线为缓变形，取最后一级对应的荷载为承载力极限值Qu；极限承载力为12996kN，相应的位移为26.58mm。

桩SZH-11取前9级加载数据进行转换，等效转换曲线如图6所示，桩顶荷载-沉降关系曲线为缓变形，取第9级加载对应的荷载为承载力极限值Qu；极限承载力为11893kN，相应的位移为20.77mm。

图6 SZH-11桩等效转换曲线

桩SZH-15等效转换曲线如图7所示。桩顶荷载-沉降关系曲线为缓变形，取s=40mm对应的荷载为承载力极限值Qu；极限承载力为18417kN。

其他测试桩的等效转化曲线与列举的三根试桩类似，故不做赘述。

综合分析可知，所有试桩的极限承载力均满足单桩承载力设计要求。

3 深长基桩自平衡测试技术分析

自平衡测试技术在长桩、大直径桩的承载力检测中的优势明显。在保证测试结果准确客观的同时极大地提高了工程的经济效益。因此，自平衡测试技术在深长基桩中的应用前景十分广阔。但是自平衡技术目前也存在一些难点问题和创新点。

（1）对于深长桩基，荷载箱位置的确定十分关键。荷载箱的位置一般建议放置在上段桩自重加桩侧阻力等于下段桩桩侧阻力加桩端阻力的位置。目前对于荷载箱的位置的确定主要还是依靠经验。因此，通过多元化的方法确定荷载箱的位置是目前自平衡测试技术的难点。

（2）对于深长桩基，采用数值模拟技术分析是研究试桩受力特性，桩土相互作用的有效手段。对于更深的土层，采用传统的实验得到的土层参数因为改变了深层土的应力状态而不是十分准确，因此在传统实验的基础上，结合数值模拟研究，是更好地了解基桩和土体相互作用方式的方法。

（3）对于深长桩基自平衡测试技术中的荷载箱的发展，形式可以多种多样，例如变单一荷载箱为多荷载箱，以满足确定多个深度位置桩的极限承载力的需要等，也是未来自平衡测试技术的发展所向。

4 结论

本文通过结合实际工程做了自平衡测试技术检测基桩的极限承载力的实验。实验结果表明，所测试桩的极限承载力都能满足基桩的设计要求。同时，自平衡测试技术作为一种测试极限承载力的方法，相对于传统的静载实验，具有对场地要求低、操作简单、满足精度要求、成本较低等特点。同时，分析了自平衡测试技术中荷载箱的位置确定和新技术、新发展在深长桩基中的前景。