自平衡法抗拔静载试验在地基基础工程的应用分析

张杰

摘要：本文首先阐述了自平衡法静载试验的基本原理和基本的方法，然后在宁波市轨道交通4号线土建工程TJ4006标（白鹤站）地基基桩进行应用试验，通过实际的案例试验分析得出：该方法具备试验时间短、场地适应能力强等优势，因此，自平衡法抗静载试验能够在地基基桩项目中推广使用。

关键词：自平衡法；抗静载试验；地基基桩；应用分析

随着我国国民经济的快速發展和城市规模的不断扩大，地下轨道交通建设也迈上了新的台阶。地下轨道交通施工的安全质量问题是需要考虑的首要因素，特别是桩基的安全问题，其安全与否直接影响到工程整体的施工安全性。传统的桩基检测方法是建立在反力架提供反力实施的，但是在搭建反力架的时候需要用混凝土和钢筋的焊接，这通常会消耗大量的时间。基于此，桩基静载抗拔试验能够有效的解决上述问题，成为了一种最为可靠、直观的桩基质量检测方法。基于此本文通过把自平衡抗静载试验运用在地铁基桩建设上，较传统方法有了较大的提升，本文将进行总结与分析。

一、自平衡法抗拔静载试验

（一）自平衡法试验原理

自平衡法试验的基本原理是把荷载箱和钢筋笼焊接在一起，然后将二者一同埋在桩基的内部，最终浇筑成为桩基，上述的荷载箱是一种特别制作的加载装置。放置在地面上的高压油泵为载荷箱提供油载，通过荷载箱把力传送至全部桩身，然后通过自平衡维持加载来平衡桩身上端的摩擦力与桩身下部的摩擦力以及端阻力。最终参照Q-s曲线、s-lgt曲线、s-lgQ曲线和相关的等效转换曲线来得出基桩的承载力大小与沉降的结论。

（二）检测仪器设备

自平衡法试验装置主要包括两大系统：加载系统和数据采集系统。加载系统包括高压油泵、特制荷载箱以及高压油管。荷载箱是自平衡法的核心部分，在设计时，荷载箱形状、 布局形式为以后注浆预留了实施空间，其直径和加载面积则考虑可兼顾加载液压的中低压力和桩体试验的高承载能力。数据采集系统采用电脑读数和人工记录的方式同步进行。

（三） 试验方法

试验加载采用慢速载荷维持法进行加载分10级加载，每级加载为预估极限承载力的1/10，首级取分级荷载的2倍，每级荷载达到相对稳定后，再施加下一级荷载。试验卸载分五级，每级卸载为加载级别的2倍，每级荷载达到相对稳定后，再卸下一级荷载[1]。

二、关键技术实施方法

（一）荷载箱实施技术

荷载箱是一种特殊的装置，其主要的作用集中体现在激发反作用力，同时也是自平衡法当中最为关键的一个环节，在试验中技术复杂程度也最高。具体的实施过程可以描述为：第一步需要使得受力和空间两种特性同时满足；第二步是在实际的焊接过程中保证水平度不能超过3%，从而有效的保证其填埋特性；第三步是保证其基桩的轴线位置和移动方向夹角不超过5度，底部的沉渣的厚度不能超过5厘米，与此同时，基桩的位移丝和移杆需要合理的进行保护，不能进行破坏；第四步是使得载荷箱的受压水平始终处在20MPa范围之内。

（二） 慢速维持荷载技术

在进行加载试验的时候，需要在第一个小时内连接监测位移，也就是说在每隔五分钟的时间内进行位移的测量，一个小时之后只需要间隔三十分钟进行位移检测就可以，一直到相对稳定之后就可以加载下一级的载荷。如果进行卸载的时候，数值到零之后还必须继续检测两个小时以上，把相关的检测数据记录在检测电脑当中去，最终实现检测数据的读取，那么在电脑上显示出相关的检测数据曲线。

对于单桩竖向抗拔静载试验，加载终止条件和相应的最终加载值按如下规定：在某级荷载作用下，向上位移量大于前一级荷载位移量的5倍，终止加载。取其终止时荷载小一级的荷载为最终加载值；在某级荷载作用下，向上位移量大于前一级荷载位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定时，终止加载[2]。

（三） 桩底处理技术

在进行加载测试试验的过程中，通常来说基桩底部防止的是加载箱，这样就能够提供来自基桩底部的试验反力。在对加载箱进行设计的过程中，需要先依照相关的设计资料对基桩的承载力进行计算，如果其能够支撑承载力，那么此时就不需要对基桩底部进行加固处理，如果不能支撑承载力，那么此时就需要对基桩进行加固处理。上述中的加固处理方法可以概括为以下四种，第一种方式是在基桩底部预先铺设浆管，然后在进行压浆处理；第二种方式是使施工的基桩长度超过设计时候的长度，从而满足荷载箱的具体放置位置；第三种方式是对其头部进行放大处理，以此来增加基桩的阻力；第四种方式是在基桩的底部填埋岩土，上述的四种方式都是解决问题的关键措施，在实际的生产过程中可以仅仅采用一种方式来完成，也可以采用多种不同的方式来进行完成。

三、自平衡法抗拔桩试验工程实例

本工程采用GPS-10型循环钻孔灌注桩施工工艺，试验中测试基桩有KBZ-7、KBZ-30两个基桩。其规格分别为KBZ-7基桩桩径为800mm、桩顶标高为-14.500m、基桩长度为50m、桩端持力层⑧3b层砾砂、要求单桩最大抗拔加载值3335kN、荷载箱加载值2×3350kN、荷载箱距桩底向上12m、地质参考孔号S17CZ3；KBZ-30基桩桩径800mm、桩顶标高为-14.184m、基桩长度为50m、桩端持力层⑧1层粉砂、要求单桩最大抗拔加载值3335kN、荷载箱加载值2×3350kN、荷载箱距桩底向上12m、地质参考孔号S17XZ22。

在进行试验时按照规范进行，每级加载值为预估极限承载力的1/10。按10级9次加载，第一次按两倍荷载分级加载，卸载分5级进行。

当加载至第10级荷载（2×3350kN）预估值时，向上位移6.14mm，向下位移9.18mm，因此时已经达到设计要求最大加载值，故终止加载，开始卸载。根据现场实测数据绘制的Q-s曲线、s-lgt曲线和s-lgQ曲线图，KBZ-7试桩极限抗拔承载力Quu取第10级加载值3350kN。试桩在加、卸载时荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度没有超过分级荷载的±10%。

当加载至第10级荷载（2×3350kN）预估值时，向上位移7.63mm，向下位移8.34mm，因此时已经达到设计要求最大加载值，故终止加载，开始卸载。根据现场实测数据绘制的Q-s曲线、s-lgt曲线和s-lgQ曲线图，KBZ-30试桩极限抗拔承载力Quu取第10级加载值3350kN。试桩在加、卸载时荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度没有超过分级荷载的±10%。

由现场实测数据绘制的Q-s曲线、s-lgt曲线和s-lgQ曲线，根据《基桩静载试验 自平衡法》（JT/T 738-2009）规范分析，各试桩单桩抗拔极限承载力分别为KBZ-7：极限抗拔承载力Quu为3350kN、上拔量为6.14mm；KBZ-30：极限抗拔承载力Quu为3350kN、上拔量为7.63mm。基于此，KBZ-7、KBZ-30二根试桩实测单桩抗拔极限承载力均为3350kN，均满足设计要求单桩极限抗拔承载力3335kN。

四、 结语：

自平衡法的有许多的优点，其不再依靠反力架，这样一不但节约了时间成本，而且极大的降低了安全隐患，同时又避免在狭窄施工区域施工的状况发生。但是我国采用自平衡静载试验技术的实际工程应用还不多，特别是在基桩的抗压力测试的过程中，其所得到的相关数据一直得不到大家的信服。但是大量的试验证明了自平衡静载试验法在基桩受力不均衡条件下发挥了较大的作用，因此本文分析了自平衡法抗拔静载试验的实际工程应用，希望在今后能够被较大范围的推广应用。

参考文献：

[1]DBJ15-60-2008 建筑地基基础检测规范[S].

[2]JTT738-2009 基桩静载试验自平衡法[S].