单桩静载试验与自平衡法的比较

陈 健 黄 音 邓永山 夏梁杰

（1.湛江经济技术开发区建设工程质量和安全监督管理站 广东湛江 524094；2.重庆大学土木工程学院；山地城镇建设与新技术教育部重点实验室；土木工程实验教学中心 重庆 400045；3.重庆大学.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室 重庆 400045；4.重庆大学土木工程实验教学中心 重庆 400045；5.湖北毅永志工程技术有限公司 湖北武汉 430070）

桩基承载力检测中，传统的静载试验方法具有准确可靠、成果直观等优点，该方法长期应用，有大量的工程实例，是普遍公认的可靠方法，通常可以作为其他方法检测结果准确与否的比较依据。但是，却可能受到现场条件的限制而较难实施，尤其在大吨位、特殊场地等情况下矛盾更为突出。对于传统静载试验方法难以实施的情况，例如：大直径、大吨位、狭窄场地、基坑底部、逆作法等，基桩自平衡静载试验是可供选择的检测技术之一[1-3]。

本文以下结合相关检测技术标准，对静载试验和自平衡静载试验进行比较，供实际检测选用时参考。

其中，静载试验方法主要参照《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014[4]，自平衡静载试验方法主要参照《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》JGJ/T 403-2017[5]。

一、桩受力状态分析

传统静载试验方法中，桩的受力状态如图1所示，上部结构传来的压力作用于桩顶，与之相平衡的是桩侧阻力和桩端阻力。

Fig. 1 Vertical compressive static load test of foundation pile

由于桩侧负摩阻具有一定的特殊性，本文暂不讨论桩侧负摩阻的情况。在此条件下，静载试验中的桩侧阻、端阻的方向均向上。自平衡静载试验方法中，桩的受力状态如图2所示。该方法通过埋设在桩中下部的荷载箱加载。荷载箱实质上是一个液压千斤顶，开动油泵后可以提供向上和向下的一对自平衡力。

在自平衡静载试验中，荷载箱顶面以上，由荷载箱所产生的力向上作用于荷载箱以上的桩身段，与上段的桩身自重、桩的侧阻（图中沿桩身的红色、橙色箭头）平衡；如果还有富余，则需要在桩顶加上一定的压重。需要注意的是，在自平衡静载试验测试时，荷载箱顶面以上桩侧阻力的方向与工作时的桩侧阻力方向相反。

荷载箱底面以下，由荷载箱所产生的力作用于荷载箱以下的桩身段，与下部桩的侧阻力、端阻力平衡。在自平衡静载试验测试时，荷载箱底面以下的桩侧阻力和端阻力的方向和工作时的方向一致。

二、桩身混凝土应力比较

在传统静载试验方法中，桩身混凝土所受压力沿桩长逐渐传递给周围地基，从而使得桩顶以下的桩身混凝土压应力逐渐减小。桩身混凝土的压应力是在桩顶处最大，向下逐渐减小，桩端处最小。

在自平衡静载试验中，桩身混凝土的压应力则是桩顶处最小，由此向下直至荷载箱顶面处都是逐渐增大，在荷载箱处达到最大，继续往下则又逐渐减小。

由此可见，传统静载试验的桩身混凝土应力与工作状态一致，能够在试验过程中直接对桩身混凝土强度进行检测，有利于发现受力较大部位的桩身混凝土缺陷；而自平衡静载试验的桩身混凝土应力与工作状态存在明显差异，不能准确地反映受力较大的上部桩身混凝土中可能存在的缺陷，建议采用其他检测方法进行补充。这一点正如《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》JGJ/T 403-2017第5.0.6条文说明中所指出的，自平衡静载试验无法得出桩身强度控制的承载力，桩身强度的检验可采取钻芯法等其他方法进行检测。

三、桩侧阻力比较

与工作状态相比，自平衡静载试验中荷载箱顶面以上桩身的侧阻力不仅方向相反，其大小也可能有所不同。

自平衡静载试验方法实际上隐含着工作状态与试验状态的桩身侧阻力方向相反、大小相等的假定。这一假定只有在固结完成情况好的条件下才有可能成立，也只有在这样的条件下其得到的等效换算曲线才比较接近工作状态，从而得到由岩土阻力控制的基桩承载力。

然而，上述假定是很多情况下并不满足的。例如：回填土固结尚未完成、桩身形状或截面尺寸沿桩长发生变化，桩侧面的向上或向下的粗糙情况不一致，等等。这就使得自平衡静载试验的检测结果可能出现偏差，建议在实际应用时注意进行比对。

四、桩荷载—沉降曲线及基桩承载力比

传统静载试验方法可以直接测得在桩顶荷载下的下沉量，并根据获得的荷载－沉降曲线判定基桩承载力。

在自平衡静载试验中，上部桩身段有向上位移的趋势，试验测得的是向上的位移；下段才是和工作受力时一致的下沉。因此，该方法不能通过试验直接测得桩的荷载－沉降曲线，需要按照图3所示方法，将自平衡静载试验的荷载箱向上、向下的荷载－位移曲线等效转换为相应传统静载试验的荷载位移曲线。前文所述的侧阻力的方向和大小问题，可能会影响检测结果的准确性，建议在有条件时进行比对试验。

五、结束语

传统静载试验与自平衡静载试验相比，桩的受力状态有所不同。传统静载试验可以获得较为准确的荷载－沉降曲线并判定基桩承载力，同时还能对桩身混凝土强度控制的桩承载力进行直接检测。自平衡静载试验可测出岩土阻力控制的基桩承载力，建议在有条件时进行比对试验；同时，该方法不能对桩身强度控制的承载力进行检测，需要采取钻芯法等其他方法进行补充检测。