王啟淵

摘 要：簡述了自平衡法的發(fā)展與實驗原理及要點，從實驗原理、現(xiàn)場試驗方法、荷載轉(zhuǎn)換以及試驗中荷載箱布置情況進行了總結(jié)。自平衡法作為一種新發(fā)展的測試方法具有操作方便，實驗設(shè)備簡單的特點，非常具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：河道治理；河流生態(tài)修復(fù)；修復(fù)技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.243

1 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展和工程建設(shè)的需要，大直徑大噸位樁基的應(yīng)用越來越普遍，確定樁基礎(chǔ)承載力通常采用靜荷載試驗。靜載荷試驗法測試樁基承載力，其結(jié)果簡潔、可信，普遍作為是一種標準試驗方法。作為一種近年來新發(fā)展的靜載測試技術(shù)，自平衡測試技術(shù)在國內(nèi)外得到廣泛認可和應(yīng)用。自平衡法具有操作簡單，設(shè)備使用方便的優(yōu)點，彌補了傳統(tǒng)堆載豎向抗壓試驗的不足，在大噸位試驗樁、高深基坑樁和由于場地空間受到限制的試樁等情況中相比傳統(tǒng)靜載試驗更加實用。

2 試驗方法原理及要點

2.1 實驗原理

根據(jù)試樁的自身反力平衡的力學(xué)原理，自平衡測試法主要是靠預(yù)先在樁身的截面處埋設(shè)單層（或多層）荷載箱，當進行試驗時，試驗人員從樁頂通過荷載箱對荷載箱的上、下段樁身施加荷載，從而上段樁體會由于壓力而向上抬，此時樁側(cè)會產(chǎn)生摩阻力，并且摩阻力會慢慢的發(fā)揮作用，與此同時下段樁體也同樣由于壓力而慢慢下沉，在此過程中下段樁會產(chǎn)生樁側(cè)阻力和樁端阻力，并隨著試驗的進行慢慢的發(fā)揮作用，所以試樁會由于自身的反力而達到平衡加載。

2.2 現(xiàn)場試驗方法

頂板、底板、活塞以及箱壁四者組成的荷載箱是自平衡測試法的主要測試裝置。在荷載箱的頂蓋和底蓋上設(shè)置位移棒，并將荷載箱和預(yù)制的鋼筋籠焊接在一起將其放入樁孔，然后進行澆搗便可制成測試樁。荷載箱中的壓力可由地面上與荷載箱相連的壓力表測出，荷載箱的向上、向下位移可由頂板和地板的位移由地面上的位移傳感器測出。通過不斷增加荷載箱中的壓力，記錄下不同壓力下的位移值，便可在計算機中繪出相應(yīng)的向上向下的力與位移的力—位移圖，即兩條Q-S曲線。

2.3 等效荷載轉(zhuǎn)換方法

在得到兩條Q-S后，利用荷載相等原則和位移相等原則進行轉(zhuǎn)換便可得到整個樁的Q-S曲線，假定測試樁為彈性體且分為上、下段樁，分界面為樁的平衡點同時下段樁與等效受壓樁下段的位移相等，即Sa=S下 。在自平衡測試法中，樁端的承載力—沉降量關(guān)系及不同深度的樁側(cè)摩阻力—變位量關(guān)系與傳統(tǒng)靜載荷試驗法是相同的，受壓樁上段的樁身壓縮量S為樁端及樁側(cè)荷載兩部分引起的彈性壓縮變形之和， 即：。

式中： S1—受壓樁上段在荷載箱下段力作用下產(chǎn)生的彈性壓縮變形量；

S2—受壓樁上段在荷載箱上段力作用下產(chǎn)生的彈性壓縮變形量；

Q下—某一位移對應(yīng)的荷載箱向下加載值；

Q上—某一位移對應(yīng)的荷載箱向上加載值；

L—上段樁長度；

γ—修正系數(shù)；

Ep—樁身彈性模量；

Ap —樁身截面積；

Gp—荷載箱上部樁自重。

樁頂?shù)刃Ш奢d： （4）

等效樁頂荷載對應(yīng)的樁頂位移： （5）

由（4）、（5）可得等效樁頂Q-S曲線。

2.4 荷載箱埋設(shè)位置設(shè)置

不同的地質(zhì)環(huán)境會導(dǎo)致荷載箱的埋設(shè)位置不同，所以在自平衡測試中，對荷載箱的埋置位置的研究是很有必要的。根據(jù)前人經(jīng)驗以及在試驗中檢測樁實例，歸納了在不同情形下，荷載箱的位置布置，如圖1所示。

如圖1（a）所示，適用于當樁極限側(cè)摩阻力大于或小于極限端阻力兩者的值大致相同時，測定極限側(cè)摩阻力此法也適用。

如圖1（b）所示，適用于荷載箱下方的樁體的端阻力與側(cè)摩阻力之和達到極限時，并且與此同時荷載箱上半部分的樁側(cè)阻力也達到極限。

如圖1（c）所示，適用于樁基持力層較軟弱，此時樁體需要測出的極限側(cè)摩阻力是整個樁身而不僅僅只是其中的一部分，但是又由于此樁體的樁端處無法提供需要的反力，采用深鉆的方法可以增加其極限側(cè)摩阻力。

如圖1（d）所示，適用于測試挖孔擴底樁的抗拔情況，如圖所示形狀為荷載箱應(yīng)該設(shè)置在底部的擴大頭的區(qū)域。

如圖1（e）所示，僅適用于大頭樁，或當要求測定樁的極限側(cè)摩阻力時，樁極限側(cè)摩阻力要比預(yù)估樁極限端阻力大的情形。此時的荷載箱正確的設(shè)置做法是將荷載箱設(shè)置到擴大柱底上。

如圖1（f）所示，存在鑲嵌巖石的地層，適合測定有嵌巖地層的極限側(cè)摩阻力和極限端阻力之和。如還需檢測巖層上面土層的極限側(cè)摩阻力，需要在鑲嵌巖層的側(cè)阻力與端阻力測試完畢后在重新進行測定上層土層的極限側(cè)摩阻力，即將樁體的上半部分進行混凝土澆灌，帶混凝土冷卻后再進行檢測。

如圖1（g）所示，適用于有效樁頂標高位于地面以下有一定距離時，試驗所需要的輸壓管以及位移桿可以直接牽引到地面以上，方便進行實驗。

如圖1（h）所示，可測得多個（2個及2個以上）土層的極限側(cè)摩阻力。需要進行分層測試，先將下層土用混凝土澆灌之后，在對其頂面進行試驗的測定，記錄下層土的數(shù)據(jù)之后，再往上層一層一層的測定，測定與第一層的測定一致，即澆灌混凝土之后再進行測定，依次往上類堆，整個樁身全長不同土層情況下的極限側(cè)摩阻力便可測得。

3 自平衡法與傳統(tǒng)靜荷載方法比較

3.1 相同點

試驗對象：自平衡法與傳統(tǒng)靜荷載實驗一樣，都是對樁體直接施加荷載的方法。

試驗原理：自平衡測試法是利用樁基內(nèi)部反力的加載方法，經(jīng)過等效荷載轉(zhuǎn)換方法得到與傳統(tǒng)靜荷載試驗相同的結(jié)果?？梢詫⒆云胶夥ㄒ暈閷痘稀⑾虏客瑫r進行傳統(tǒng)靜荷載方法加載，加載設(shè)備、荷載分級方法、加載速度、穩(wěn)定判別條件等，與傳統(tǒng)靜荷載實驗方法基本相似，在實驗中可以按照傳統(tǒng)靜荷載試驗規(guī)范執(zhí)行。

3.2 不同點

反力方式：自平衡法加載時，反力來自于樁基內(nèi)部，這是自平衡法的主要特點。而傳統(tǒng)靜荷載方法加載時，反力來自于樁基外部，比如錨樁反力、堆載配重反力等。加載方向：傳統(tǒng)靜荷載方法試驗時，樁基整體承受載荷，且加載方向與試驗規(guī)范中的定義方向相同，得到的Q-S曲線不需經(jīng)過處理，可直接使用。自平衡法加載完成后，得到的兩條Q-S曲線要經(jīng)過等效荷載轉(zhuǎn)換法處理后，參照靜荷載試驗規(guī)范得出結(jié)論。加載位置：傳統(tǒng)靜荷載試驗法的加載點通常設(shè)置在樁頂；自平衡法的加載點，通常設(shè)置在樁基內(nèi)部，傳力點-樁頭的概念發(fā)生了變化，無法采用傳統(tǒng)方式樁頭加固方式，一般采用樁體強度局部加強、降低樁截面載荷集中程度、采用中低壓荷載箱等方式來保證加載處局部樁體完整性。

4 總語

自平衡法測試方法作為一種新發(fā)展的技術(shù)，同傳統(tǒng)靜荷載試驗相比，試驗裝置省時、省力、安全，且檢測數(shù)據(jù)能夠滿足實際工程的需求，在樁基檢測工程中的應(yīng)用會有更廣泛的前景和發(fā)展。

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