桩基自平衡法承载力检测技术应用

付超

中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司 天津 300000

在工程施工过程中桩基基础具有极为重要的作用，其承载力检测对工程质量和结构安全具有重要意义。目前比较常用的桩基承载力静载试验方法：堆载法、锚桩法等，都存在一些局限性。一种新型桩基承载力检测方法：自平衡法，因其方便实施，适用范围广泛，省时省力，测试结果值得信赖，费用低等优点，越来越得到工程施工的广泛应用。

1 自平衡法静载试验

1.1 自平衡技术的原理

桩基承载力自平衡法，是在桩体内和钢筋笼一起预先埋设加载装置——荷载箱，把荷载箱的加压管和其它相关设备引到地面，然后灌注成桩。到达休止龄期后，通过压力泵对荷载箱施加压力，使得荷载箱形成两个分别向上、向下方向的力，从而得到桩基上部和下部的响应数据。然后对加载压力和位移、应力等数据之间的关系进行分析与计算，从而得到桩基承载力、桩端承载力、侧摩阻力等一系列数据。

1.2 自平衡技术的优点

桩基自平衡法承载力检测和传统的静载承载力检测方法相比，具有几下几个特点：

①省时：一般20天左右能够检测。②省力：无繁重的反力架，也不需要“堆载”。③成本低：有地下室的结构，检测桩不需到达地面，制作桩头。④在地铁临时立柱桩、抗拔桩、水体上桩基、基坑底部桩基及受场地限制的桩基等，传统方法难以做到的情况下[2]，该法更显示其优势。

1.3 试验的主要设备与仪器

①加载设备：荷载箱。②位移量测装置：百分表。③数据采集仪：数据自动采集仪。

2 试验的工作内容

2.1 试桩资料收集与荷载箱埋设位置确定

①收集相应地勘资料，试桩参数，试验要求。②根据地质勘察资料及桩参数确定荷载箱预埋位置。

2.2 荷载箱的现场安装

荷载箱是整个试验的核心，须根据荷载箱的具体结构进行规范化地安装。荷载箱安装步骤为：荷载箱及相关附件运抵现场--荷载箱预浇注混凝土-荷载箱与钢筋笼焊接-油管及位移检测管线布置-下钢筋笼-桩头管线保护。荷载箱与钢筋笼焊接为荷载箱安装的重点，包含：荷载箱、导流体、上下钢筋笼、导向喇叭筋、L型钢筋等。

2.3 检测前的准备工作

现场前期准备工作包括：①达到休止期，混凝土强度达到设计值的80%，并已经通过桩身的完整性检测。②平整场地，搭设帐篷，处理桩头。③检测所需的仪器设备、工人、材料须全面到位。

2.4 现场检测

现场检测期间，加载的过程和加载时间要和规范保持一致。测试用的仪器设备要在校准或标定的有效周期内，并于测试前检查、调试设备仪器。

2.4.1 加、卸载分级

试验采用慢速维持荷载法。加载分10级等量加载，第1级可取每级加载值的2倍，每级荷载为预估加载值的1/10。卸载应分5级等量卸载，每级为预估加载值的1/5[1]。

2.4.2 试验（检测）数据的观测

每一级加载和卸载之后要根据规范的时间间隔读取桩基位移s，确定桩基稳定时间。停止加载和相应的加载极限值的确定如下：

（1）在桩基加载到某一级荷载时：①桩基产生的总位移s＞40mm，并且桩基的上部或下部产生的位移增加量Δs超过上一级的5倍；②桩基24h后连续两次，每小时产生的位移增加量Δs≤0.1mm，并且桩基上部或下部产生的位移增加量Δs超过上一级的2倍，这两种情况下取该级加载的上一级为加载极限值。

（2）如果加载到了桩基的设计荷载并且桩基的上部或下部连续两次，每小时产生的位移增加量Δs≤0.1mm；或者加载到了荷载箱的破坏荷载；或者荷载箱上、下部产生的位移s到了极限，那么取该级加载为加载极限值。

（3）在测得的Q-S曲线为缓变型的情况下，桩基向上产生的总位移s可为4～6cm；向下产生的总位移s可为6～8cm；在桩端阻力没有充分发挥作用时，总位移s可＞8cm，取总位移s=0.05D（D：桩径）对应的荷载为极限加载值。

3 测试数据的整理、分析

3.1 等效转换方法

根据桩基实际测得的向下（Q下-S下）、向上（Q上-S上）两条曲线，按照规范，根据等效转换方法，按照位移协调原则，将其转变为常用的Q-S曲线，以确定桩的极限承载力。

3.2 桩基承载力极限值的确定

根据规范确定单桩抗压竖向承载力极限值，其公式为：

单桩抗拔竖向承载力极限值公式为：

式中：γ1（γ2）：桩的抗压（抗拔）摩阻力转换系数[2]。

3.3 桩基承载力特征值

桩基承载力特征值一般为桩基承载力极限值的50%。

4 结语

桩基自平衡法承载力检测虽然有很多优点，但也存在一些缺点，我将本项目中出现的一些问题总结如下：

①荷载箱以及附属设备安装繁琐，钢筋焊接要求严格，任务量大，需专业人员现场指导。②钢筋笼下放时间增长，可能会造成缩颈等不良影响。③荷载箱体积相对于钢筋笼直径占比较大，混凝土浇筑过程中易造成浮笼，故荷载箱下部混凝土坍落度要尽可能大一些[3]。④基桩内存在压力元件、位移杆的保护管、油管等设备，可能对桩基完整性造成影响。⑤加压油管在开挖过程中容易遭到破坏，需要专业设备接管。⑥该检测方法属于破坏性试验，试验完成需要进行注浆补强处理。⑦检测时，风雨、气温等因素容易影响到检测结果，需要搭设帐篷防护，保证干扰不到仪器设备[3]。⑧自平衡法无法对桩身有缺陷的桩进行承载力检测。

桩基承载力检测的各种方法各有优、缺点，我们在实际施工中要根据工程需要和现场施工条件，择优选取合适的检测方法，不能一味地采用新工艺新方法。