自平衡法静载试验在桩基检测中的应用

黄种发

（健研检测集团有限公司，福建 厦门 361000）

桩基承载力及变形情况对建筑结构的稳定性影响较大，自平衡法静载试验是一种常见的桩基检测方法。许多专家学者采用自平衡静载试验对桩基承载力进行检测。王晓龙等[1]采用内力测试级自平衡法静载试验，对某工程的大直径桩基承载力进行检测，结果表明，该桩下部的位移较大。陈建行等[2]以某桩基工程为研究对象，通过自平衡法静载试验，分析地下水对其桩基承载力的影响，结果表明，地下水会减少桩基的侧摩阻力。该研究以某建筑工程为研究对象，通过自平衡法静载试验对建筑物的桩基承载力及位移情况进行检测，揭示桩基受力及变形规律。

1 工程概况

某高层住宅建筑面积约为23650m2，框架结构，有3层地下室。项目抗震设防烈度为8度设防，耐火等级为II级，耐久年限为50年。场地地层岩性主要为第四系冲洪积岩、第三系泥灰岩及白垩系泥质砂岩和砾岩等。

为分析桩身承载力及其在荷载作用下的变形规律，选取3根试验桩作为研究对象，试桩相关参数见表1。3根试桩穿越的地层信息如图1所示。

表1 试验桩相关参数

图1 试桩穿越的土层图

2 自平衡法静载试验

为分析桩基在荷载作用下的承载力变化规律，根据《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》（JGJ T403—2017）相关规定，对该建筑物的桩基进行检测。分别在试桩1、试桩2和试桩3的桩身上布置荷载箱及传感器，其中，在试桩1与试桩2的各截面布置振弦式钢计，布设方案见表2，在试桩3各截面布置振弦式钢筋计，布设方案见表3。

表2 试桩1、试桩2传感器布设方案

表3 试桩3传感器布设方案

自平衡法静载试验主要采用分级加载的方式对试验桩基进行加载及卸载，主要通过油压变化来控制加载与卸载的荷载量，根据表1可知，试桩1、试桩2与试桩3的抗压极限承载力不同，因此加卸载情况有一定差异，试桩1、试桩2与试桩3的桩基加卸载分级情况见表4。

表4 桩基加卸载分级情况

3 结果分析

试桩1分级加载下的桩身轴力—标高曲线如图2所示（标高与桩身埋深对应，最大标高为桩顶位置，最小标高为桩端位置）。由图2可知，不同荷载下的桩身轴力变化趋势具有一致性，随着标高增加，试桩1的桩身轴力呈先增加后减少的趋势，当标高为23.51m时，各荷载下的桩身轴力最大值在荷载箱，随着标高与荷载箱距离逐渐增加，桩身轴力逐渐减少。对比不同荷载下的桩身轴力变化趋势可知，桩身轴力与其所受的荷载间呈正相关关系，随着试桩所受荷载增加，其桩身轴力值也逐渐增加，当试桩所受的荷载较小时，不同荷载下的桩身轴力间的差值较大，随着试桩所受荷载增加，不同荷载下的桩身轴力间的桩身轴力差值较小，桩身轴力—标高曲线较为接近，说明当试桩所受的荷载较小时，荷载的变化对试桩桩身轴力变化影响较大，当试桩所受荷载较大时，荷载变化对试桩桩身轴力变化影响较小。

图2 试桩1桩身轴力—标高曲线

试桩2分级加载下的桩身轴力—标高曲线如图3所示。由图3可知，试桩1与试桩2的桩身轴力—标高曲线变化趋势具有一致性，随着标高增加，桩身轴力呈先增加后减少的趋势，在标高为23.51m处，各荷载下的桩身轴力最大，当标高较小时，不同荷载下的桩身轴力差距较为明显，当标高较大时，不同荷载下的桩身轴力差异不明显，说明标高对不同荷载下的桩身轴力有一定影响。

图3 试桩2桩身轴力—标高曲线

试桩3分级加载下的桩身轴力—标高曲线如图4所示。由图4可知，由于试桩3与试桩1、试桩2的桩体参数与荷载箱位置有一定差异，因此试桩3的桩身轴力—标高曲线与以上两种试桩的曲线变化趋势也有差异。随着标高增加，试桩3的桩身轴力呈先增加后减少的趋势，当标高﹤20m时，试桩承受的荷载与其桩身轴力值间无明显的相关关系，当标高﹥20m时，试桩承受的荷载与其桩身轴力值间呈正相关关系。当标高为27.05m时，各荷载下的试桩桩身轴力的最大值，与荷载箱的位置相同，当标高﹤27.05m时，不同荷载下的桩身轴力值差距较小，当标高为27.05m～43.36m时，不同荷载下的桩身轴力值差距较明显，说明在不同标高下，不同荷载对试桩桩身轴力的影响程度有一定差异。

图4 试桩3桩身轴力—标高曲线

试桩1分级加载下的桩身位移见表5。由表5可知，加载结束后，下桩累计位移最大，当荷载级别为15级时，其累计位移为5.22mm；上桩累计位移最大，当荷载级别为15级时，其累计位移为1.61mm，说明在荷载作用下，试桩的位移以下部为主。随着加载过程进行，试桩的累计位移逐渐变大，在卸载试桩的过程中，试桩上部、下部及桩顶均存在一定程度的位移回弹现象，其中，上桩的回弹现象最明显，位移回弹率为69.9%，下桩的回弹现象不太明显，位移回弹率为50.8%。

表5 试桩1桩身位移

试桩2分级加载下的桩身位移见表6。由表6可知，当加、卸载过程结束后，试桩2的累计位移与试桩1存在差异性，当荷载级别为15级时，上桩、下桩及桩顶累计位移均小于试桩1，说明虽然试桩1与试桩2的桩体参数与加载过程具有一致性，但所在区域的土层性质不同会导致桩身变形情况存在一定的差异性。

表6 试桩2桩身位移

试桩3分级加载下的桩身位移见表7。由表7可知，试桩3的上桩与下桩累计位移远大于试桩1与试桩2，在卸载过程中，试桩3的位移回弹现象并不明显，其中，下桩的位移回弹率最小，其值仅为19.6%，在该自平衡法静载试验中，试桩3为试验桩，加载后不会在工程中继续使用，为测得其极限承载力，对试桩3施加较大荷载量，试桩3的桩径较小，在荷载作用下更容易发生变形，累计位移较大。由于试桩3承受的荷载较大，因此在加载过程中已接近极限承载状态，而试桩1、试桩2的加载量较小，在加载过程中处于弹性状态，因此试桩3的位移回弹现象较不明显。

表7 试桩3桩身位移

4 结论

该文以某房建工程为研究对象，分析桩基在荷载作用下的承载力变化规律，对该建筑物的桩基进行检测，得出以下结论：1）不同荷载下桩身轴力变化规律基本一致。随着桩埋深增加，试桩的桩身轴力先增加，在荷载箱位置达到桩身轴力峰值，随后桩身逐渐减少直至趋于0。2）不同加载量下桩身轴力存在差异。在桩端和桩顶附近，加载量对桩身轴力的影响较小，在荷载箱附近，桩身轴力随着加载量增加而变大。3）在荷载作用下，桩身下部累计位移最大，试桩的位移以下部为主。随着加载过程进行，试桩的累计位移逐渐增加，在卸载试桩的过程中，试桩上部、下部以及桩顶均有一定程度的位移回弹现象，其中，上桩的回弹现象最明显。