□文 /趙國(guó)光

1 自平衡法的基本原理

自平衡法測(cè)樁是在樁尖或樁身某一部位預(yù)埋載荷箱，將載荷箱的油管和位移棒（位移絲）引至地面，由高壓油泵向載荷箱注油，載荷箱對(duì)上下段樁體施加載荷，隨著壓力加大，上下段樁體分別產(chǎn)生向上、下的位移，促使樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮。在載荷箱加荷過(guò)程中，其上段樁的阻力（包括樁周土的側(cè)摩阻力與樁體自重）與下段樁的阻力（包括樁周土的側(cè)摩阻力與樁端阻力）互為反力，即自反力平衡來(lái)維持加載。

2 自平衡法若干問(wèn)題的思考

2.1 平衡點(diǎn)的概念

自平衡法的顯著特點(diǎn)就是載荷箱處上下段樁互為反力，載荷箱所處的位置即為平衡點(diǎn)。

平衡點(diǎn)的計(jì)算與確定是按照相關(guān)規(guī)范，參考巖土工程勘察報(bào)告臨近勘探點(diǎn)測(cè)試的土側(cè)摩阻力與端阻力，反復(fù)試算，使得平衡點(diǎn)上下段樁的阻力基本相當(dāng)。由于計(jì)算中涉及多項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的選取并且勘察本身存在勘探點(diǎn)有限分布而不能完全準(zhǔn)確反映出試樁處的樁土阻力情況，造成上下兩段樁幾乎難以同時(shí)達(dá)到預(yù)先擬定的極限條件。因此，平衡點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是理論意義上的近似點(diǎn)，在試驗(yàn)測(cè)試的角度上是無(wú)法準(zhǔn)確定出平衡點(diǎn)的。無(wú)法準(zhǔn)確找到平衡點(diǎn)，上下段樁無(wú)法同時(shí)達(dá)到極限承載力，無(wú)法測(cè)試全樁長(zhǎng)的極限承載力，這是業(yè)內(nèi)專家對(duì)自平衡法的質(zhì)疑之一。

自平衡法確實(shí)無(wú)法使上下段樁同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)，但它的可取之處在于可以驗(yàn)證是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可用于基樁承載力的檢驗(yàn)性試驗(yàn)。

雖然平衡點(diǎn)是理論意義上的近似點(diǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確確定。但合理確定平衡點(diǎn)（即載荷箱埋設(shè)位置），對(duì)自平衡法測(cè)試而言是至關(guān)重要的?？紤]到勘察資料提供的樁身下部土的極限側(cè)摩阻力，一般具有相當(dāng)程度的安全儲(chǔ)備，尤其對(duì)于大直徑長(zhǎng)樁而言，下段樁周土側(cè)阻與端阻會(huì)隨著樁身相對(duì)位移的增大而相應(yīng)的隨之增長(zhǎng)，因此在理論計(jì)算時(shí)通常需保證上段樁阻力大于下段樁阻力，以此來(lái)確定平衡點(diǎn)的位置。

2.2 試驗(yàn)的不相似性

國(guó)內(nèi)自平衡法測(cè)樁技術(shù)提出了以修正系數(shù)γ修正上段樁阻力的等效轉(zhuǎn)換法。等效轉(zhuǎn)換法目前仍被許多業(yè)內(nèi)專家質(zhì)疑，這也是自平衡法測(cè)樁技術(shù)在理論上存在較大爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。引發(fā)爭(zhēng)議的主要原因是自平衡法與傳統(tǒng)靜載方法存在試驗(yàn)的不相似性。

自平衡法下段樁的受力狀態(tài)，與傳統(tǒng)的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)相比受力性質(zhì)、方向相同，但受力大小有一定區(qū)別。在樁頂受壓狀態(tài)下，樁側(cè)阻的發(fā)揮是隨著樁土間的相對(duì)位移自上而下逐漸發(fā)揮的，樁身壓縮量自樁頂向下沿樁身遞減，尤其對(duì)于長(zhǎng)樁而言樁身壓縮量不容忽視，在樁頂測(cè)試位移達(dá)到規(guī)范要求的極限狀態(tài)時(shí)，樁身下部側(cè)阻力的發(fā)揮并未真正達(dá)到極限狀態(tài)，從對(duì)大噸位的樁靜載試驗(yàn)結(jié)果的分析亦可看出樁端阻力的發(fā)揮一般不足樁極限承載力的10%，有的比例甚至更小。在自平衡法加載狀態(tài)下，載荷箱一般位于樁的下部，自載荷箱處樁身軸力向兩端逐漸遞減，樁極限側(cè)阻力的發(fā)揮也是從載荷箱處向兩端逐漸延伸的，因此下段樁的側(cè)阻力、端阻力的發(fā)揮比樁頂受壓狀態(tài)下將更加充分，也就是說(shuō)自平衡法評(píng)價(jià)的下段樁極限承載力將比傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)在一定程度上偏高。

2.3 自平衡法評(píng)價(jià)樁的極限承載力

JT/T738—2009《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》中規(guī)定，試樁的單樁豎向抗壓極限承載力

式中：Quu為試樁上段樁的加載極限值，kN；Qlu為試樁下段樁的加載極限值，kN；W為試樁載荷箱上部樁自重，kN（若載荷箱處于透水層，取浮自重）；γ為試樁的修正系數(shù)，根據(jù)載荷箱上部土的類型確定，粘性土、粉土，γ =0.8；砂土，γ =0.7；巖石，γ =1。

由式（1）可知，自平衡法評(píng)價(jià)試樁單樁豎向抗壓極限承載力，主要是將上段樁的加載壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闃俄斬Q向受壓狀態(tài)下的樁周土阻力，即等效轉(zhuǎn)換法。

按照自平衡法上下段樁的受力機(jī)理以及與傳統(tǒng)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)存在的不相似性，式（1）宜做如下調(diào)整

對(duì)上下段樁分別選取合理的修正系數(shù)γ1、γ2，從而更準(zhǔn)確可靠地將載荷箱加載壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)試樁單樁豎向抗壓極限承載力評(píng)價(jià)。

2.3.1 上段樁修正系數(shù)γ1的取值

在JGJ94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中，抗拔系數(shù)（即樁頂受拉狀態(tài)下發(fā)揮的樁側(cè)摩阻力與樁頂受壓狀態(tài)下發(fā)揮的樁側(cè)摩阻力的比值）作如下規(guī)定：粘性土、粉土，λ=0.7～0.8；砂土，λ=0.5～0.7（樁的長(zhǎng)徑比＜20時(shí)，λ取小值）。

根據(jù)上段樁受力機(jī)理可知，γ1宜大于抗拔樁的抗拔系數(shù)λ，而JT/T738—2009規(guī)定的修正系數(shù)γ為固定值且僅取到λ的上限值，一定程度上偏小。若γ1偏小，將導(dǎo)致上段樁評(píng)價(jià)的極限承載力偏高，偏于不安全。

因此建議，自平衡法上段樁的修正系數(shù)γ1，對(duì)粘性土、粉土可取0.75～0.85，對(duì)砂土可取0.60～0.75。

2.3.2 下段樁修正系數(shù)γ2的取值

讓我們回到“der Morgenstern ist die Venus”這個(gè)句子上來(lái)。此處“ist”的確不是傳統(tǒng)意義上的系詞，而是一個(gè)類似于“killed”的關(guān)系詞，即帶有兩個(gè)空位的概念詞，它本身作為質(zhì)料的一部分構(gòu)成了對(duì)無(wú)序的相等關(guān)系的表達(dá)：“( ) ist ( )”，此時(shí)它的前后只能填入專名。

下段樁修正系數(shù)γ2的科學(xué)選取需在今后積累更多的試樁靜載數(shù)據(jù)，尤其是附帶有樁身內(nèi)力測(cè)試的自平衡法與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)。在科學(xué)分析大量試樁靜載數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，來(lái)合理選取下段樁修正系數(shù)γ2。

建議下段樁修正系數(shù)可暫取0.9～1.0。今后隨著自平衡法檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展再對(duì)其不斷進(jìn)行修正完善。

2.3.2 上段樁自重W的確定

自平衡法上段樁自重計(jì)算為經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，除考慮樁長(zhǎng)、樁徑、澆筑深度的基本計(jì)算條件外，還應(yīng)考慮樁自身的充盈系數(shù)與擴(kuò)縮頸的影響，有條件時(shí)應(yīng)對(duì)試樁進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測(cè)并根據(jù)澆筑記錄推算擴(kuò)徑的大小等。若上段樁自重計(jì)算考慮因素不足，將使得自重計(jì)算結(jié)果偏小，造成單樁豎向抗壓極限承載力評(píng)價(jià)偏高，結(jié)果偏于不安全。

JT/T738—2009規(guī)定，若載荷箱處于透水層，取浮自重。對(duì)于厚層粘性土沉積而成地基，主要體現(xiàn)為不透水土層，樁身自重不宜扣除浮力。

2.4 自平衡法載荷箱的形式

載荷箱中各壓力單元的選取及其組合形式，應(yīng)根據(jù)具體工程條件靈活應(yīng)用。2009年隨著天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)發(fā)展，一些狹窄場(chǎng)地及地基承載力較低的軟土地基場(chǎng)地等特殊條件下的試樁對(duì)自平衡法提出了新的技術(shù)要求，這類試樁一般樁徑不大，通常有1.5、1.2、1.0 m，最小至0.8m。檢測(cè)單位通過(guò)比選擇優(yōu)，調(diào)整載荷箱壓力單元的選取，有效解決了載荷箱加載能力與預(yù)留混凝土澆筑通道的匹配問(wèn)題，拓展了自平衡法的應(yīng)用范圍。

2.5 自平衡法載荷箱處斷樁的理解

自平衡法靜載試驗(yàn)后，由于載荷箱的打開將在樁截面處形成一道水平縫隙。業(yè)內(nèi)一部分專家質(zhì)疑該處為斷樁，會(huì)影響工程樁的承載性能。

若自平衡法試樁為工程樁，則應(yīng)在靜載試驗(yàn)后利用預(yù)埋好的壓漿管，在地面采用高壓注漿的方式對(duì)載荷箱處予以壓漿補(bǔ)強(qiáng)，來(lái)確保樁身的連續(xù)性及今后的正常使用；同時(shí)，高壓注漿應(yīng)采用專業(yè)施工隊(duì)伍，確保施工質(zhì)量，高注漿后形成的實(shí)體灰漿強(qiáng)度不低于樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

高壓注漿后，在載荷箱處不應(yīng)存在薄弱部位，不會(huì)影響樁的豎向承載性能。但由于在載荷箱處主筋是完全斷開的，壓漿后接近于靠素混凝土連接，因此存在不利于抵抗水平載荷的隱患，需對(duì)該處進(jìn)行水平載荷驗(yàn)算。

因此，自平衡法的載荷箱處與傳統(tǒng)意義上的斷樁是不同的，在正常條件下它不會(huì)影響的樁的豎向承載能力，但在一定程度上削弱了樁的水平承載能力。

3 結(jié)論

1）自平衡法是針對(duì)特殊場(chǎng)地條件與超大噸位靜載試驗(yàn)的一種探索性的技術(shù)嘗試，是對(duì)傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法的一種補(bǔ)充。目前在理論上與實(shí)踐上還存在一定程度上的不足，需在今后隨著理論與測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步不斷得以改進(jìn)與完善。

2）在自平衡法的工程實(shí)踐應(yīng)用上，要充分預(yù)期方法上的不足之處，合理選取相應(yīng)的修正系數(shù)，使得測(cè)試結(jié)果更加接近于真實(shí)。

3）自平衡法尚無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試樁的極限承載力，具有一定的局限性與適用性，應(yīng)根據(jù)工程具體情況慎重應(yīng)用。