孫 星 金 花

（1.中鐵二十局集團第二工程有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000）

1 自平衡法試樁試驗原理

自平衡法，是通過在樁體內部預先埋設荷載箱加載裝置，將荷載箱、鋼筋計與樁身鋼筋籠焊接在預先設計位置，位移桿加壓管和傳輸的各類信號線綁扎在鋼筋籠上，吊裝鋼筋籠入孔，將加壓管、位移桿和傳輸的各類信號線引入至地面，灌注樁身混凝土，混凝土強度達到設計強度的70%以上或按該強度算得的樁身承載力大于單向最大加載值的1.5 倍后，由高壓油泵在地面平臺對荷載箱充油加載，荷載箱將力傳遞到樁身，對樁體產生向上、向下的力，其上部樁側極限摩阻力及自身重力與下部樁側極限摩阻力及極限樁端阻力相平衡維持加載，從而得到樁基的承載力、樁端承載力、側摩阻力、摩阻力轉換系數等一系列數據。

圖1 荷載箱工作原理示意圖

2 試樁鉆孔

反循環(huán)回旋鉆施工鉆孔灌注樁施工流程：施工準備→樁位放樣→鋼護筒埋設→鉆機安裝→泥漿制備→鉆孔→清孔→安裝鋼筋籠→二次清孔→灌注水下混凝土→混凝土養(yǎng)護→檢測。

護筒頂宜高出施工水位或地下水2.0m，并高出施工地面0.5m。護筒直徑大于樁徑20cm。護筒四周填粘土分層夯實，確保牢固、緊密、不滲漏。護筒中心應與樁中心線重合，頂面位置偏差不大于5cm，傾斜度小于1%。鉆孔用泥漿選用選用高塑性黏土或膨潤土，鉆孔前攪拌好，鉆孔時輸入孔內。泥漿性能指標泥漿比重可為1.05～1.15。入孔泥漿黏度為16s～22s，含砂率≤4%，膠體率：≥95%，pH 值：≤6.5。開孔施工前輕壓慢進，待鉆桿全部入孔后方可逐步加速正常鉆進。在砂層等松散易坍塌地層中慢轉速、慢鉆進，加大泥漿比重和黏度。在易縮徑的地層鉆進時增加掃孔次數。

3 鋼筋工程

3.1 鋼筋籠制作

每根樁的鋼筋籠應分節(jié)編號，同一截面內接頭數量不得超過鋼筋總數量的50%，焊接接頭的同一連接區(qū)段長度為35d（d 為縱向受力鋼筋的較大直徑） 且≥500mm。鋼筋焊接長度：單面焊≥10d，焊縫有效厚度≥0.3d，焊縫寬度≥0.8d（d 為鋼筋直徑）。

3.2 荷載箱的連接

荷載箱應設置在平衡點附近，即平衡點以上樁側向下的摩阻力等于平衡點以下樁側向上的摩阻力與樁端阻力之和。荷載箱的上板與上部鋼筋籠的鋼筋焊接，荷載箱的下板與下部鋼筋籠的鋼筋焊接。在荷載箱位置處設置喇叭筋，喇叭筋的一端與樁基鋼筋籠主筋焊接一起，數量與鋼筋籠主筋數量相同；另一端焊接在荷載箱內環(huán)邊緣處。喇叭筋與荷載箱的夾角不小于600。喇叭筋在澆筑混凝土時安裝導管時起到導向作用，避免導管觸碰荷載箱，在加載時，由于荷載箱位置樁身局部壓力大，喇叭筋起到加強作用。

圖2 荷載箱安裝實物圖

3.3 鋼筋計安裝

將鋼筋計兩端的連接拉桿擰下，選配與鋼筋計規(guī)格相同的鋼筋與連接拉桿焊接在一起。焊接時，要在傳感器的部位澆水或用濕布包裹冷卻，以免溫度過高損壞傳感器。鋼筋計結合靜載試驗在每個土層分界線上埋設且豎向間距不大于10m，同一個斷面設置2～4 個鋼筋計，由樁身內力推算出各土層的抗壓或抗拔側摩阻力。

3.4 土壓力盒安裝

土壓力盒設在樁側及樁底，其樁側布置位置于土壓力變化的部位即埋設在不同土層分界線處，用于監(jiān)測界面土壓力。相鄰土壓力盒間距不大于10m，土壓力盒水平、垂直埋設間距原則上均為盒體間距的3 倍以上，埋設時土壓力盒必須埋設平整，且與測量的土體面保持垂直。

4 鋼筋籠吊裝及灌注樁身混凝土

4.1 吊裝鋼筋籠

吊裝過程中，鋼筋籠吊裝過程中應避免鋼筋籠變形，嚴防孔壁坍塌，鋼筋籠入孔后，應準確、牢固定位，上端設置吊環(huán)或固定桿件，防止?jié)仓炷吝^程中發(fā)生變位。鋼筋籠過長時宜分節(jié)吊方，孔口焊接，焊接時上下主筋位置應對正，保持鋼筋上下軸線一致。吊裝過程中檢查位移桿、加壓管和傳輸的各類信號線與鋼筋籠綁扎成整體。樁徑≥2m，樁長＞40m；滿足上述條件任意一種時，樁基埋設聲測管（緊靠鋼筋籠內壁放置），樁徑d≤2.0m 的每根樁安裝3 根聲測管，聲測管等間距布置，聲測管下端封閉、上端加蓋，管內無異物，連接處應光滑過度，不漏水。管口高出承臺底50cm，且各聲測管管口高度宜一致。樁頂標高低于地面時，樁頂到地面需放置簡易鋼筋籠，用于引導保護管線。

4.2 灌注樁身混凝土

用導管灌注水下混凝土時，導管內壁應光滑，接口嚴密，使用前試拼試壓不得漏水，導管底部至孔底的距離宜為30cm～50cm。首批水下混凝土澆筑完成后，導管埋置深度≥1m，并≤3m。混凝土塌落度宜為180mm～220mm，澆筑過程中，導管埋深控制在2m～6m。澆筑混凝土面接近荷載箱位置時，提升導管應放慢速度，澆筑混凝土高度在荷載箱頂面2.5m 時導管底端可以拔過荷載箱。

5 現場檢測

1） 根據自平衡法基樁靜載試驗，基準梁長度大于試樁樁徑的6 倍以上，基準梁的一端應固定在基準樁上，另一端應簡支在基準樁上，以樁中心為中心，每邊各3 倍樁徑搭設在試樁的正上方。

圖3 基準梁搭設示意圖

2） 測試時須搭建蓬架，保證檢測設備在檢測過程中不受外界環(huán)境的影響。測試期間提供380V 和220V 兩種電源不間斷供電，檢測基準周圍10 米范圍內不得有較大擾動。

3） 自平衡加載應分級進行，每級加載量為設計最大加載量的1/10～1/15。樁端為巨粒土、粗粒土或堅硬黏質土是，第一級可按兩倍分級荷載加載。卸載也應分級進行。每級卸載量為2～3 個加載極的荷載量。加卸載應均勻連續(xù)，每級荷載在持荷中變化幅度控制在分級荷載的10%之內。

4） 位移觀測，每根試樁應布置兩組（每組兩個，對稱布置） 位移傳感器，分別用于測定荷載箱處的向上、向下位移。每根試樁樁頂應布置一組位移傳感器，用來測定樁頂位移，采用慢速持荷載法。每級加（卸） 載后在第1h 內應在第5、10、15、30、45、60min 測讀一次位移，以后每隔30min 測讀一次,電子傳感器連接到電腦，直接有電腦控制測讀數，須達到相對穩(wěn)定后加（卸） 下一級荷載，每級卸載測讀時間間隔同加載，卸載到零后，至少在3h 觀測殘余變形。

5） 穩(wěn)定標準，每級加（卸） 載的向上、向下位移量在樁端為巨粒土、粗粒土或堅硬黏質土，最后30min 和樁端為半堅硬黏質土或細粒土，最后1h 小于0.1mm。

6） 終止加載條件，總位移量﹤40mm，但已達到樁基的極限承載力能力、總位移量≥40mm，本級荷載下的位移量等于或大于前級荷載下位移量的5 倍；或本級荷載加上后24h 未達穩(wěn)定、總位移量達到40mm，繼續(xù)增加二級或二級以上荷載仍無陡變。達到荷載箱最大行程。

6 數據分析整理

6.1 單樁豎向極限承載力確定

實測得到荷載箱上段樁的極限承載力Quui和荷載箱下段樁的極限承載力Qlui，按照相關規(guī)范中的承載力計算公式得到單樁豎向抗壓極限承載力：

抗拔：Pui=Quui

式中：Pui為試樁i 的單樁極限承載力（kN）；

Quui為試樁i 上段樁的加載極限值（kN）；

Qlui為試樁i 下段樁的加載極限值（kN）；

Wi為試樁i 荷載箱上部自重（kN）；

γi為試樁i 的修正系數，對于粘土、粉土γi可取0.8，對于砂土取0.7，當上部有不同類型的土層時，取加權平均值。

6.2 軸力計算方法

通過鋼筋計所在斷面的混凝土應變相等的鋼筋應變力P鋼換算鋼筋成應變量。

鋼筋軸力：P鋼=（F0-Fi) ×K+B

混凝土應變量：εc=εs

在數據整理過程中，應將測點變化無規(guī)則的刪除，按下列公式求出同一斷面的應變平均值。

混凝土軸力：P混凝土=A混凝土×E混凝土×εc

樁身軸力：P樁身=P混凝土×P鋼×N

式中：Fi為各級荷載下讀取的數值、F0為初始讀數、K為標定系數、B 為修正系數、A 為截面積（m2）、E 為彈性模量(MPa)、εc為混凝土應變量、εs為鋼筋應變量、N 為鋼筋主筋數、P 為軸力(kN)

7 結語

不需要數量巨大的堆載物，更不需要結構笨重的反力架，一般20 天左右，設計混凝土強度達到70%以上即可檢測，縮短試樁檢測時間，且檢測工作省時、省力、安全環(huán)保、占地少、節(jié)省大量實驗費用；基樁自平衡檢測方法，利用樁的側向阻力和端部阻力互為反力，這種測試樁的極限承載力方法結果準確可靠。