关于自平衡法基桩静载试验的几点思考

□文 /赵国光

1 自平衡法的基本原理

自平衡法测桩是在桩尖或桩身某一部位预埋载荷箱，将载荷箱的油管和位移棒（位移丝）引至地面，由高压油泵向载荷箱注油，载荷箱对上下段桩体施加载荷，随着压力加大，上下段桩体分别产生向上、下的位移，促使桩侧阻力与桩端阻力的发挥。在载荷箱加荷过程中，其上段桩的阻力（包括桩周土的侧摩阻力与桩体自重）与下段桩的阻力（包括桩周土的侧摩阻力与桩端阻力）互为反力，即自反力平衡来维持加载。

2 自平衡法若干问题的思考

2.1 平衡点的概念

自平衡法的显著特点就是载荷箱处上下段桩互为反力，载荷箱所处的位置即为平衡点。

平衡点的计算与确定是按照相关规范，参考岩土工程勘察报告临近勘探点测试的土侧摩阻力与端阻力，反复试算，使得平衡点上下段桩的阻力基本相当。由于计算中涉及多项经验系数的选取并且勘察本身存在勘探点有限分布而不能完全准确反映出试桩处的桩土阻力情况，造成上下两段桩几乎难以同时达到预先拟定的极限条件。因此，平衡点实质上是理论意义上的近似点，在试验测试的角度上是无法准确定出平衡点的。无法准确找到平衡点，上下段桩无法同时达到极限承载力，无法测试全桩长的极限承载力，这是业内专家对自平衡法的质疑之一。

自平衡法确实无法使上下段桩同时达到极限状态，但它的可取之处在于可以验证是否达到设计要求，可用于基桩承载力的检验性试验。

虽然平衡点是理论意义上的近似点，无法准确确定。但合理确定平衡点（即载荷箱埋设位置），对自平衡法测试而言是至关重要的。考虑到勘察资料提供的桩身下部土的极限侧摩阻力，一般具有相当程度的安全储备，尤其对于大直径长桩而言，下段桩周土侧阻与端阻会随着桩身相对位移的增大而相应的随之增长，因此在理论计算时通常需保证上段桩阻力大于下段桩阻力，以此来确定平衡点的位置。

2.2 试验的不相似性

国内自平衡法测桩技术提出了以修正系数γ修正上段桩阻力的等效转换法。等效转换法目前仍被许多业内专家质疑，这也是自平衡法测桩技术在理论上存在较大争议的焦点。引发争议的主要原因是自平衡法与传统静载方法存在试验的不相似性。

自平衡法下段桩的受力状态，与传统的单桩竖向抗压静载试验相比受力性质、方向相同，但受力大小有一定区别。在桩顶受压状态下，桩侧阻的发挥是随着桩土间的相对位移自上而下逐渐发挥的，桩身压缩量自桩顶向下沿桩身递减，尤其对于长桩而言桩身压缩量不容忽视，在桩顶测试位移达到规范要求的极限状态时，桩身下部侧阻力的发挥并未真正达到极限状态，从对大吨位的桩静载试验结果的分析亦可看出桩端阻力的发挥一般不足桩极限承载力的10%，有的比例甚至更小。在自平衡法加载状态下，载荷箱一般位于桩的下部，自载荷箱处桩身轴力向两端逐渐递减，桩极限侧阻力的发挥也是从载荷箱处向两端逐渐延伸的，因此下段桩的侧阻力、端阻力的发挥比桩顶受压状态下将更加充分，也就是说自平衡法评价的下段桩极限承载力将比传统静载试验在一定程度上偏高。

2.3 自平衡法评价桩的极限承载力

JT/T738—2009《基桩静载试验自平衡法》中规定，试桩的单桩竖向抗压极限承载力

式中：Quu为试桩上段桩的加载极限值，kN；Qlu为试桩下段桩的加载极限值，kN；W为试桩载荷箱上部桩自重，kN（若载荷箱处于透水层，取浮自重）；γ为试桩的修正系数，根据载荷箱上部土的类型确定，粘性土、粉土，γ =0.8；砂土，γ =0.7；岩石，γ =1。

由式（1）可知，自平衡法评价试桩单桩竖向抗压极限承载力，主要是将上段桩的加载压力转变为桩顶竖向受压状态下的桩周土阻力，即等效转换法。

按照自平衡法上下段桩的受力机理以及与传统单桩竖向抗压静载试验存在的不相似性，式（1）宜做如下调整

对上下段桩分别选取合理的修正系数γ1、γ2，从而更准确可靠地将载荷箱加载压力转变为对试桩单桩竖向抗压极限承载力评价。

2.3.1 上段桩修正系数γ1的取值

在JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》中，抗拔系数（即桩顶受拉状态下发挥的桩侧摩阻力与桩顶受压状态下发挥的桩侧摩阻力的比值）作如下规定：粘性土、粉土，λ=0.7～0.8；砂土，λ=0.5～0.7（桩的长径比＜20时，λ取小值）。

根据上段桩受力机理可知，γ1宜大于抗拔桩的抗拔系数λ，而JT/T738—2009规定的修正系数γ为固定值且仅取到λ的上限值，一定程度上偏小。若γ1偏小，将导致上段桩评价的极限承载力偏高，偏于不安全。

因此建议，自平衡法上段桩的修正系数γ1，对粘性土、粉土可取0.75～0.85，对砂土可取0.60～0.75。

2.3.2 下段桩修正系数γ2的取值

让我们回到“der Morgenstern ist die Venus”这个句子上来。此处“ist”的确不是传统意义上的系词，而是一个类似于“killed”的关系词，即带有两个空位的概念词，它本身作为质料的一部分构成了对无序的相等关系的表达：“( ) ist ( )”，此时它的前后只能填入专名。

下段桩修正系数γ2的科学选取需在今后积累更多的试桩静载数据，尤其是附带有桩身内力测试的自平衡法与传统静载试验的对比数据。在科学分析大量试桩静载数据的基础上，来合理选取下段桩修正系数γ2。

建议下段桩修正系数可暂取0.9～1.0。今后随着自平衡法检测技术的发展再对其不断进行修正完善。

2.3.2 上段桩自重W的确定

自平衡法上段桩自重计算为经验计算，除考虑桩长、桩径、浇筑深度的基本计算条件外，还应考虑桩自身的充盈系数与扩缩颈的影响，有条件时应对试桩进行成孔质量检测并根据浇筑记录推算扩径的大小等。若上段桩自重计算考虑因素不足，将使得自重计算结果偏小，造成单桩竖向抗压极限承载力评价偏高，结果偏于不安全。

JT/T738—2009规定，若载荷箱处于透水层，取浮自重。对于厚层粘性土沉积而成地基，主要体现为不透水土层，桩身自重不宜扣除浮力。

2.4 自平衡法载荷箱的形式

载荷箱中各压力单元的选取及其组合形式，应根据具体工程条件灵活应用。2009年随着天津滨海新区建设发展，一些狭窄场地及地基承载力较低的软土地基场地等特殊条件下的试桩对自平衡法提出了新的技术要求，这类试桩一般桩径不大，通常有1.5、1.2、1.0 m，最小至0.8m。检测单位通过比选择优，调整载荷箱压力单元的选取，有效解决了载荷箱加载能力与预留混凝土浇筑通道的匹配问题，拓展了自平衡法的应用范围。

2.5 自平衡法载荷箱处断桩的理解

自平衡法静载试验后，由于载荷箱的打开将在桩截面处形成一道水平缝隙。业内一部分专家质疑该处为断桩，会影响工程桩的承载性能。

若自平衡法试桩为工程桩，则应在静载试验后利用预埋好的压浆管，在地面采用高压注浆的方式对载荷箱处予以压浆补强，来确保桩身的连续性及今后的正常使用；同时，高压注浆应采用专业施工队伍，确保施工质量，高注浆后形成的实体灰浆强度不低于桩身混凝土设计强度。

高压注浆后，在载荷箱处不应存在薄弱部位，不会影响桩的竖向承载性能。但由于在载荷箱处主筋是完全断开的，压浆后接近于靠素混凝土连接，因此存在不利于抵抗水平载荷的隐患，需对该处进行水平载荷验算。

因此，自平衡法的载荷箱处与传统意义上的断桩是不同的，在正常条件下它不会影响的桩的竖向承载能力，但在一定程度上削弱了桩的水平承载能力。

3 结论

1）自平衡法是针对特殊场地条件与超大吨位静载试验的一种探索性的技术尝试，是对传统静载试验方法的一种补充。目前在理论上与实践上还存在一定程度上的不足，需在今后随着理论与测试技术的进步不断得以改进与完善。

2）在自平衡法的工程实践应用上，要充分预期方法上的不足之处，合理选取相应的修正系数，使得测试结果更加接近于真实。

3）自平衡法尚无法准确测试桩的极限承载力，具有一定的局限性与适用性，应根据工程具体情况慎重应用。