陳晨

摘 要：本文介紹了樁基承載力自平衡測試法的原理及荷載箱所存在的問題，指出改進的囊式荷載箱的優(yōu)點，同時介紹了以自平衡法原理為基礎的自平衡法深層平板載荷試驗、通莫靜載試驗法，以及樁頂加載自錨式測試法的基本原理和各種試驗方法采用的荷載箱，并指出各種荷載箱的優(yōu)缺點；最后提出了樁基承載力自平衡測試法荷載箱的一些改進設想。

關鍵詞：自平衡試樁法；荷載箱；施工工藝

1 自平衡測試技術原理簡介和荷載箱

1.1 自平衡測試技術原理

通過自平衡測試法是利用試樁自身反力平衡的原則，將一個特制的液壓荷載箱埋在樁端附近或樁身某截面處，待混凝土達到一定強度后，通過對荷載箱內腔施加壓力，箱頂和箱底被推開，荷載箱以下樁將產生端阻和向上的側阻以抵抗樁向下的位移，同時荷載箱以上樁將產生向下的側阻以抵抗樁向上的位移，上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達到試樁自身反力平衡加載的目的。荷載箱施加的壓力可通過預先標定的油泵壓力表測得，荷載箱頂底板的位移可通過預先設置的位移桿，用位移傳感器測得。由此可測得上下樁段兩條 Q～S曲線及相應的 S～lgt 曲線，采用合理的測試數據等效轉換方法和承載力確定方法，即可確定基樁的極限承載力、樁側、樁端阻力分擔情[6-10]。

1.2 自平衡法荷載箱與改進的囊式荷載箱

1.2.1 傳統(tǒng)荷載箱

對于自平衡測樁法，其荷載箱上下承壓板用普通低碳鋼板制作，中間與千斤頂用高強螺栓連接。在測試過程中承壓板易產生較大變形而影響測試精度；且荷載箱重量都在 1000kg以上，實際操作中安裝很不方便；荷載箱的上、下平板會導致施工時浮漿，這些會影響樁的測試結果精度、成型及完整性。位移采用位移桿測量，當測量距離較大時，會影響精度。且位移桿采用普通低碳鋼筋制作，在檢測長樁時易發(fā)生彎曲變形，會影響位移傳遞的準確性[11-15]。

目前囊式荷載箱常用的位移測量方法有兩種：位移桿和位移絲。位移桿，地面數據讀取機構比較簡單；但測量距離長時，精度較差。位移絲，地面數據讀取機構較為復雜，需用定滑輪機構；但長距離測量時，精度較高。具體采用那種方法，一般由測量距離確定。測量點距離地面小于10 米時，適宜采用位移桿；測距大于10 米時，宜采用位移絲。

2 通莫靜載試驗原理簡介及通莫荷載箱

2.1 通莫靜載試驗原理

通莫靜載試驗的原理與自平衡測試法差不多，是將一種特制的加載裝置——通莫荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內相應的位置，將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置從樁體引到地面，然后灌注成樁。試驗時，從樁頂通過高壓油管對荷載箱內腔施加壓力，箱頂與箱底被推開，產生向上與向下的推力，并傳遞到樁身，從而調動樁周土的側阻力與端阻力，進行加載。由于樁體自成反力，我們將得到相當于兩個靜載試驗的數據，反向加載時上部分樁體的相應反應系列參數和正向加載時下部分樁體的相應反應參數。通過對加載力與這些參數之間關系的計算和分析，不僅可以獲得樁基承載力，而且可以獲得每層土層的側阻系數、樁的側阻、樁端承力等一系列數據。

2.2 通莫荷載箱

通莫荷載箱采用特殊壓力增強設計，液壓系統(tǒng)不用高壓。荷載箱的整體結構考慮浮漿導流，避免樁底浮渣沉積在荷載箱底部。采用封閉式荷載箱，周邊留有足夠空隙，試驗完成后對荷載箱能進行完整補漿，保證補漿截面的連續(xù)性。不直接檢測荷載箱上下面的位移，而是檢測荷載箱上下若干距離的樁體位移，這樣能體現樁被加載后的真實位移。傳統(tǒng)荷載箱是采用上下鋼板內夾并聯油缸的方式，可能造成荷載箱下底面混凝土局部強度不夠，導致混凝土被擠碎，檢測結果不準確，并會對工程處樁留下隱患。

3 自平衡法深層平板載荷試驗原理簡介及整體輪輻式荷載箱

3.1 自平衡法深層平板載荷試驗原理

為避免自平衡測試法中平衡點位置難以確定的問題，將自平衡試樁法和深層平板載荷試驗相結合，為模擬大直徑端承樁的實際工作條件，自平衡法深層平板載荷試驗便誕生。該法將荷載箱位置由樁身下部移至樁底部，澆筑樁身混凝土后，利用荷載箱上端的樁側阻力和下端的樁端阻力進行互為反力的載荷試驗，以此得到樁側阻力-樁身位移、樁端阻力-樁端位移變化曲線。根據測試結果對樁端豎向極限承載力和樁側阻力等進行推定[16，17]。

3.2 整體輪輻式荷載箱

決定自平衡法深層平板載荷測試結果的準確性和精度的核心問題即在于荷載箱及位移測試系統(tǒng)。整體輪輻式荷載箱下承壓板與油缸整體鑄造，輻射狀加強筋連接，上承壓板為整體輻射狀加強筋結構。采用這種方案制作的荷載箱，結構緊湊，強度高，在滿足試驗要求的前提下重量僅為傳統(tǒng)荷載箱的 40%，施工時安裝方便。采用位移絲測試系統(tǒng)來測試荷載箱承壓板的位移

4 樁頂加載自錨式測試法原理簡介及荷載箱

4.1 樁頂加載自錨式測試法原理

樁頂加載自錨式測試法是針對測試大直徑樁豎向承載力，借鑒自平衡測試法的優(yōu)點，克服其缺點而研究出來的一種新型測試法。該方法將荷載箱移至樁頂，通過隔離裝置將待測大直徑樁分為受拉管樁和受壓樁加載，較之自平衡測樁法，無需一次性荷載箱，平衡點選擇簡單可靠。試樁用作工程樁更可靠，不會因管路損壞導致試驗無法進行，與靜載試驗和工程樁的工作機制更為接近[18，19]。

4.2 自錨樁法荷載箱

樁頂加載自錨式測試法荷載箱包括箱體、千斤頂，所述千斤頂位于箱體內，箱體外殼上部、下部具有鋼棒，鋼棒的數量與千斤頂數量相同且與千斤頂的位置一一對應。與箱體表面連接的鋼棒在澆筑水下混凝土時能夠穿過荷載箱兩端的具有雜質的混凝土，插入優(yōu)質混凝土中，使測試時荷載箱輸出的力能夠大部分傳導到測試柱上，能夠降低或消除由于帶有雜質的混凝土導致的測量誤差。

5 自平衡試樁法荷載箱改進設想

通過上面的論述可以看出，隨著自平衡測試法的不斷發(fā)展，各種荷載箱也隨之改進。綜合各種荷載箱的優(yōu)缺點，我們進行荷載箱設計和制造時要從以下因素來考慮：

（1）加載能力：由于目前國內采用自平衡測樁法檢測的樁基，普遍為一次灌注成樁，這就需要荷載箱正式試驗加載前，必須先將樁體斷開。對于正常的樁基，斷樁時需要的荷載箱加載能力應該高于試驗極限載荷所需的加載能力。

6 總結

由于樁穿越土層的多樣性及樁土承載體系構成機制和本構關系的復雜性，要得出符合這個理論依據的自平衡位置的準確分析方法或判斷方法，是非常困難的，或者說是幾乎不可能的。這樣荷載箱位置存在著隨意性，必然導致上下兩段試樁不可能同時達到極限狀態(tài)。再者，由于自平衡法荷載箱采用上下鋼板內夾并聯油缸的方式，測試過程中承壓板易產生較大變形而影響測試精度；荷載箱設備重量較大使得安裝不方便；施工時，荷載箱的上、下平板會導致浮漿。

（1）囊式荷載箱是針對自平衡測試法荷載箱存在的問題而進行改進研究出來的，主要表現在五個方面：采用嵌入式加載結構、具有可靠的浮漿導流性能、出色安全的加載能力、合理的面積分配及科學的空間形狀。

樁基承載力自平衡法的研究和發(fā)展正方興未艾。要提高自平衡法檢測的質量與效益，一方面要不斷完善自平衡法和荷載箱；另一方面要加強對樁土作用機理的分析和承載力結果的處理。本文僅僅談到了對自平衡法荷載箱的改進設想，對自平衡測試結果向傳統(tǒng)靜載試驗的精確轉換還有待今后進一步論述。

參考文獻

[1] 編寫委員會.樁基工程.北京：中國建工出版社 1997.

[2] 劉金蝠.樁基工程技術.北京：中國建材工出版社 1996.

[3] 史佩棟.我國樁基基礎施工技術現狀.北京：中國建工出版社 1997.

（作者單位：大豐市建設工程質量檢測中心有限公司）