楊桃 羅正東 李雨

隨著大型建筑工程的快速發(fā)展，上部結(jié)構(gòu)對(duì)基樁承載力的要求迅速提高，如何快速準(zhǔn)確的確定基樁承載力已成為當(dāng)下檢測(cè)工程領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，按檢測(cè)方式分類(lèi)，基樁承載力檢測(cè)主要可分為靜載試驗(yàn)法、高應(yīng)變法及鉆芯法，靜載試驗(yàn)法又包括堆載法、自平衡法等。堆載法對(duì)檢測(cè)場(chǎng)地有一定需求且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng);高應(yīng)變法雖然檢測(cè)速度較快，不受場(chǎng)地限制，但影響檢測(cè)結(jié)果的因素較多，檢測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確;而鉆芯法屬于破壞性試驗(yàn)，當(dāng)基樁承載力檢測(cè)完成后，試樁樁身結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞。

自平衡檢測(cè)法不需笨重的反力裝置、對(duì)檢測(cè)場(chǎng)地沒(méi)有任何要求、試樁檢測(cè)完后能繼續(xù)作為工程樁使用，且檢測(cè)速度快，準(zhǔn)確度高，本文對(duì)自平衡檢測(cè)法的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)和分析，為后續(xù)自平衡檢測(cè)法的應(yīng)用與發(fā)展提供借鑒和參考。

1自平衡法檢測(cè)原理

自平衡檢測(cè)法所使用的檢測(cè)儀器主要包括預(yù)埋在樁身平衡點(diǎn)處的荷載箱，為荷載箱提供壓力的高壓泵及量測(cè)樁身位移的基準(zhǔn)梁。在制作樁身時(shí)，將荷載箱預(yù)埋在樁身平衡點(diǎn)處，待樁身混凝土達(dá)到檢測(cè)要求后，高壓油泵向荷載箱加壓，荷載箱使樁身在平衡點(diǎn)處斷裂分離成上段樁與下段樁，并使上段樁、下段樁發(fā)生位移，通過(guò)分析荷載箱提供的壓力與兩段樁身發(fā)生的位移間的關(guān)系獲得基樁承載力。

2自平衡檢測(cè)法研究進(jìn)展

2.1荷載箱

荷載箱是自平衡檢測(cè)試驗(yàn)中的關(guān)鍵設(shè)備，20世紀(jì)80年代中期Osterberg根據(jù)日本學(xué)者用樁側(cè)阻力作為樁端阻力的反力測(cè)試樁承載力原理，提出了O-cell荷載試驗(yàn)法，并研制出O-Cell荷載箱;1996年?yáng)|南大學(xué)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣應(yīng)用自平衡檢測(cè)法，并基于O-Cell荷載箱特制出O-Cell壓力盒。隨著自平衡檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的迅速推廣，杭州歐感科技有限公司推出組合式荷載箱、環(huán)型荷載箱等一系列設(shè)備;北京智機(jī)科技有限公司改變傳統(tǒng)壓力式單元結(jié)構(gòu)，以囊式壓力單元為基本力學(xué)原件，推出了囊式荷載箱系列，能避免沉渣堆積，杜絕大段空樁出現(xiàn)。

2.2平衡點(diǎn)位置

平衡點(diǎn)即樁身某點(diǎn)處，上段樁樁身自重與上段樁負(fù)摩阻力之和等于下段樁樁端阻力及下段樁摩阻力之和的點(diǎn)，在理論上平衡點(diǎn)的位置是唯一確定的，平衡點(diǎn)的選擇直接影響到基樁承載力檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前常用的平衡點(diǎn)確認(rèn)方法主要分為規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值法、相似模擬實(shí)驗(yàn)法、數(shù)值模擬法。經(jīng)驗(yàn)法是基于大量的試樁結(jié)果以及樁周土層的理化性質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得基樁承載力與樁周土層理化性質(zhì)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，然后確定平衡點(diǎn)的位置。經(jīng)驗(yàn)法因計(jì)算簡(jiǎn)單得到了廣泛應(yīng)用，但局限性在于缺乏有效理論支撐，且每根試樁檢測(cè)環(huán)境都具有獨(dú)特性，因此導(dǎo)致平衡點(diǎn)取值誤差較大。相比之下，相似模擬實(shí)驗(yàn)法所獲得的平衡點(diǎn)位置更為準(zhǔn)確，它能對(duì)樁周環(huán)境進(jìn)行相似模擬，但該方法實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)格，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，多應(yīng)用在大型樁基工程檢測(cè)之中;數(shù)值模擬法是利用有限元分析軟件對(duì)樁及樁周環(huán)境進(jìn)行模擬，通過(guò)試驗(yàn)分析樁身平衡點(diǎn)位置，但該方法獲取的平衡點(diǎn)準(zhǔn)確性依賴(lài)于建模用的實(shí)際工程土層及試樁參數(shù)。

2.3基樁承載力確定方法

自平衡法檢測(cè)試驗(yàn)中，基樁承載力計(jì)算包括簡(jiǎn)化計(jì)算法以及精確轉(zhuǎn)化法。簡(jiǎn)化計(jì)算法根據(jù)計(jì)算理論的不同又分為分段總和法以及等值位移插值法。分段總和法與等值位移差值法的計(jì)算公式均為Q=K（Qu-W）+QA，其中Qu為上段樁極限承載力，W為上段樁身自重，QA為下段樁極限承載力;兩者不同之處在于等值位移差值法是假定上段樁身不可壓縮。簡(jiǎn)化計(jì)算法主要通過(guò)轉(zhuǎn)換系數(shù)來(lái)獲得基樁承載力，轉(zhuǎn)換系數(shù)的選取具有普適性，其精確度存在很大偏差，王伯惠結(jié)合相關(guān)規(guī)范對(duì)修正系數(shù)K的選取進(jìn)行了理論計(jì)算，并提出了自平衡點(diǎn)位置計(jì)算公式。譚現(xiàn)江考慮樁周和樁底土體的附加應(yīng)力，對(duì)傳統(tǒng)簡(jiǎn)化計(jì)算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使簡(jiǎn)化計(jì)算法在大變形樁基沉降計(jì)算中更為準(zhǔn)確。相比較于簡(jiǎn)化計(jì)算法，精確轉(zhuǎn)化法是基于荷載傳遞解析方法，根據(jù)樁周土實(shí)際土層的τ～s曲線及荷載箱處下的Q～S曲線，結(jié)合位移協(xié)調(diào)法逐步推導(dǎo)出整樁樁頂?shù)腝～S曲線，然后計(jì)算獲得基樁承載力，精確轉(zhuǎn)化法理論嚴(yán)謹(jǐn)合理，能夠適用所有的自平衡法基樁檢測(cè)，并且計(jì)算精確度高。

3自平衡檢測(cè)法應(yīng)用進(jìn)展

自20世紀(jì)80年代日美等國(guó)開(kāi)始應(yīng)用自平衡檢測(cè)法以來(lái)，自平衡檢測(cè)法憑借檢測(cè)速度快，難度低，精確性高等優(yōu)勢(shì)而得到迅速推廣。1993年，李廣信教授將該方法引入國(guó)內(nèi)，1996年?yáng)|南大學(xué)開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用推廣，并于1999年聯(lián)合制定了第一部關(guān)于自平衡檢測(cè)法的地方標(biāo)準(zhǔn)《樁承載力自平衡測(cè)試技術(shù)規(guī)章》（DB32/T291-1999）。自此，自平衡檢測(cè)法在我國(guó)進(jìn)入了快速發(fā)展期。對(duì)于大直徑超長(zhǎng)樁，東南大學(xué)創(chuàng)新性使用了雙荷載箱，龔成中對(duì)雙荷載箱檢測(cè)基樁承載力的原理及工程應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，為自平衡檢測(cè)法的推廣與應(yīng)用提供了非常有價(jià)值的參考，高魯超將FBG傳感器用于自平衡檢測(cè)法，通過(guò)分析樁身軸力和樁側(cè)摩阻力傳遞規(guī)律的差異性，剔除溫度變化和混凝土膨脹產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，進(jìn)一步提高了自平衡檢測(cè)精度。

4自平衡檢測(cè)法的發(fā)展趨勢(shì)

自平衡檢測(cè)法裝置簡(jiǎn)單，不受場(chǎng)地限制，而且試驗(yàn)時(shí)間短，價(jià)格低，試樁檢測(cè)完后仍可作為工程樁使用，相比于傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)，其優(yōu)勢(shì)極其明顯。但自平衡法檢測(cè)法的理想條件是樁身質(zhì)量均勻，荷載箱位于樁身平衡點(diǎn)處，但目前平衡點(diǎn)的選定方法任存仔很多不足，這也造成了自平衡檢測(cè)法的理想條件在工程中難以實(shí)現(xiàn)并且很難逼近，而且荷載箱所檢測(cè)的樁周阻力為負(fù)摩阻力，這和實(shí)際工況存在一定的差異，雖然通過(guò)轉(zhuǎn)化系數(shù)可進(jìn)行調(diào)整，但實(shí)際計(jì)算所得的基樁承載力偏小。為提高自平衡檢測(cè)法的精度，其研究發(fā)展應(yīng)主要集中在平衡點(diǎn)位置的確定以及承載力計(jì)算方法上。

另外，自平衡檢測(cè)法主要應(yīng)用于灌注樁的檢測(cè)，在其他類(lèi)型的基樁檢測(cè)中應(yīng)用較少，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的不斷加大，高層及超高層建筑、跨海大橋等對(duì)基樁承載力要求高的建筑不斷涌現(xiàn)，基樁也朝著大直徑，長(zhǎng)樁身發(fā)展，而且基樁類(lèi)別也極其繁多，這加大了基樁承載力檢測(cè)的難度，如何將自平衡檢測(cè)法應(yīng)用在不同類(lèi)型工程及基樁中，提高自平衡檢測(cè)法的普適性，這需要亟待集中力量進(jìn)行研究攻關(guān)。

5結(jié)語(yǔ)

自平衡檢測(cè)法自發(fā)明并投入使用以來(lái)，憑借不受場(chǎng)地限制，不需要笨重的反力結(jié)構(gòu)以及不會(huì)對(duì)試樁造成破壞等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在工程中迅速推廣。但盡管自平衡檢測(cè)法對(duì)基樁的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)明顯，目前仍存在許多不足和需要完善的地方，例如平衡點(diǎn)位置選取不夠準(zhǔn)確、承載力計(jì)算理論還不夠完善、以及適用的樁基類(lèi)型不夠廣泛等。隨著我國(guó)工程數(shù)量與規(guī)模的不斷增大，超長(zhǎng)樁、大直徑樁等大型復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境樁基工程愈發(fā)常見(jiàn)，自平衡檢測(cè)法將會(huì)有更為廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介

楊桃，男，漢族，工程師，學(xué)士，主要從事建筑工程檢測(cè)工作。