自平衡测桩法检测单桩竖向抗压承载力的应用

于清桦贾波曾强

（1.机械工业勘察设计研究院有限公司 陕西西安 710043 2.陕西新西商工程科技有限公司 陕西西安 710040 3.陕西省轻工业设计研究院 陕西西安 710000）

近年来随着建筑工程的逐渐发展，桩基工程质量检测行业也得到了快速提升，无论是在新方法的推广，还是在新设备的更新迭代都有了显著的变化。自平衡测桩法也是在这样的大环境下开始推广、普及的。随着建筑基桩自平衡静载试验技术规程（JGJ/T403-2017）的颁布，自平衡测桩法也从局部地方可用，局部行业可用的状况改变为普遍适用桩基承载力检测重要手段。

1 单桩竖向抗压承载力检测的主要方法

单桩竖向抗压承载力检测是桩基检测的重要手段之一，它可以直接论证设计院在设计图纸中的相应参数在实际现场的地质条件、具体施工单位的施工下是否能达到设计预期，为设计院的设计提供准确依据；同时也可以在检测阶段验证施工单位的施工质量是否满足设计要求。

单桩竖向抗压承载力检测的方法主要有：

1.1 堆载反力法

通过混凝土配重堆重平台或堆重物平台提供反力，由多台液压千斤顶、电动油泵和油压传感器组成加载系统，由基准梁、位移传感器及自动加荷记录的基桩静载测试仪等组成观测系统。堆载法具体试验设备见图1所示。

图1 单桩竖向抗压静载试验平台

1.2 锚桩反力法

由锚桩及锚桩反力梁组成反力系统，由千斤顶和电动油泵组成加载系统；由两根基准梁、四只位移传感器及连接件组成观测系统。锚桩法具体试验设备见图2所示。

图2 锚桩提供反力法静载试验

1.3 自平衡法测桩

在桩身平衡点位置安设荷载箱，由试验桩本身组成反力系统（沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力）；由环形加载箱、油泵等组成加载系统；由电子位移传感器、基准钢梁组成观测系统，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。

2 自平衡法与常规方法的对比

2.1 经济性

桩基承载力检测的主要成本构成主要包括：检测设备仪器的运输成本、设备吊装成本、人工成本、锚桩制作成本等。采用堆载法进行承载力检测通常需要有上千吨混凝土配重运输，大吨位吊车需要配合安装，还需要大量工人现场配合吊车安装配重块；当采用锚桩法时通常需要增加施工四根锚桩这无疑在时间成本、和经济成本上都给了建设单位增加了很多负担。以1000t承载力为例，自平衡法检测成本是堆载法检测成本的约1/4，运输距离增加差距还会相应加大；自平衡法检测成本是是锚桩法检测锚桩成本的不足1/5，在成本上自平衡测桩法的优势比较明显。

2.2 安全性

桩基承载力检测的现场安全是重中之重，当采用堆载法检测时现场混凝土配重块的运输和吊装是巨大的安全隐患，并且安装好后堆载高度达到几米到十几米不等，高空作业、吊装大吨位堆重旁的读数等都具有很大的不安全因素。当采用锚桩法时，除了吊装风险外，由于焊接质量造成的不安全事故也有发生。因此自平衡法安全性显然优于其他。

2.3 便捷性

自平衡法前期预埋后检测工作进行时现场设备极少，操作简便，便于安全文明施工。同时由于前期预埋的缘故，如果需要测定侧摩阻力，桩端阻力时不用单独增加步骤。

自平衡法测桩受场地局限性较小，即便是场地空间不足，堆载法和锚桩法无法施工时，自平衡法依然能正常施工，通常跨桥，深基坑等特殊检测环境中应用优势明显。

2.4 自平衡法测桩的劣势

自平衡法检测由于采用的环形加载箱是在成孔后下钢筋笼时预埋进去，所以存在一定千斤顶失效风险。由于混凝土浇灌、地下复杂切不可见得各种因素及安装的不规范，存在极低比率的无法正常试验的概率，并且通常这种情况不能修复。

自平衡法检测由于采用的环形加载箱试验结束后，千斤顶部位需要二次注浆，试验桩完整性的情况与一次浇筑从理论上分析还有不同。所以自平衡法检测更适合于试验阶段。

当采用自平衡法进行工程桩检测时，由于设备需要预埋，随机抽检的代表性不足。施工单位容易针对性的加强施工质量。

3 自平衡法在桩基检测中的工程实例

某桥梁工程为跨越铁路项目，由于场地的局限性，应业主要求采用自平衡法对其桩基进行承载能力检测，该桥标准断面：0.5m（护栏）+3m（人行道）+0.5m（隔离带）+16m（机动车道）+0.5m（护栏），单幅宽度20.5m。上部结构为30m跨径装配式预应力混凝土小箱梁，三孔或四孔一联，先简支后连续结构，预制架设施工；下部结构为“群桩承台基础+墩柱+盖梁”结构。桩基采用C30钻孔灌注桩，全桥有桩基230根，直径分为1.5m、1.2m。

根据钻探及室内土工试验结果，在勘探深度内地层自上而下依次由人工填土（Q4ml），第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）黄土、中砂、粉质粘土，第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）粉质粘土、中砂及第四系中更新统冲洪积（Q2al+pl）粉质粘土、中砂构成。场地内未发现不良地质作用，也未发现地裂缝活动迹象。

全桥桩基100%采用超声透射波法进行完整性检测，同时对其中R12-3、L9-2及L14-4三根桩基采用自平衡法进行单桩承载力检测。本次静载试验采用慢速维持荷载法，试验分加载和卸载两个步骤：加载分为十级每级加载过程维持 2h，分别按第 5min、15min、30min、45min、60min、以后每隔、30min测读一次位移；卸载分为五级每级荷载维持1h，分别按第15min、30min、60min测读位移量后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，应测读残余位移，维持时间不得小于3h，测读时间分别为第15min、30min，以后每隔30min测读一次残余位移量。该三根桩的设计特征值分别为：R12-3=5322（kN），L9-2=5300（kN），L14-5=9897（kN）。经检测，桩R12-3抗压承载力10931kN，对应的位移17.43mm；桩L9-2抗压承载力10695kN，对应的位移13.12mm，L14-4抗压承载力19800kN，对应的位移17.92mm。上述测试结果表明工程桩R12-3、L9-2及桩L14-5的抗压承载能力及施工工艺满足设计要求。