許強(qiáng)強(qiáng) 甘肅省建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司工程師

1 自平衡基樁承載力檢測(cè)技術(shù)背景

近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進(jìn)，實(shí)際工程中地質(zhì)概況復(fù)雜多變，樁基礎(chǔ)由于應(yīng)用范圍廣、承載力高、沉降小、抗震性能好而得到了廣泛應(yīng)用。樁基承載力關(guān)乎工程質(zhì)量和安全，因而以合理方法取得其承載力情況意義重大。傳統(tǒng)檢測(cè)方法有靜荷載試驗(yàn)、低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試、高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試及靜—?jiǎng)釉嚇斗?，這些方法雖大量應(yīng)用于實(shí)際工程并取得一定成果，但都存在一定的缺陷[1]。多年工程實(shí)踐表明，動(dòng)力檢測(cè)方法精度較低，參考時(shí)需借助一定的工程經(jīng)驗(yàn)；靜載試驗(yàn)雖然可以獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，但其對(duì)場(chǎng)地要求高，且耗時(shí)耗力。對(duì)于直徑大于1 m、承載力極高的工程樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)，使用了一種新的檢測(cè)方法，即自平衡檢測(cè)技術(shù)?；鶚冻休d力自平衡檢測(cè)法對(duì)環(huán)境要求低、對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，試驗(yàn)最大加載量可根據(jù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)樁的要求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，加載量不受限制。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用已有十余年的時(shí)間，是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、科學(xué)技術(shù)部2002 年重點(diǎn)推廣項(xiàng)目[2]。

2 自平衡基樁承載力檢測(cè)技術(shù)的適用范圍及特點(diǎn)

自平衡基樁承載力檢測(cè)適用于新建、改建、擴(kuò)建工程的大直徑（直徑大于800 mm）混凝土灌注樁的豎向承載力檢測(cè)，尤其適用于海洋湖泊中的試樁、傾角較大的陡坡上的試樁、開挖深度大的基坑底試樁、狹窄場(chǎng)地試樁、超高承載力試樁等。

基樁自平衡檢測(cè)法為我國(guó)很多重、特大項(xiàng)目的安全實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用，具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]。

（1）試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，便于操作，節(jié)省堆載材料及設(shè)備，可靠性高；

（2）節(jié)省場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)空間；

（3）節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用，與靜載試驗(yàn)相比可節(jié)省30%～60%的費(fèi)用；

（4）測(cè)試樁可作為工程樁使用；

（5）適用性強(qiáng)，可應(yīng)用于各種傳統(tǒng)方法難以進(jìn)行的樁基測(cè)試。

基樁承載力自平衡檢測(cè)法與堆載法、錨樁法靜載試驗(yàn)檢測(cè)樁基承載力的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，如表1 所示。

表1 三種樁基承載力檢測(cè)方法對(duì)比結(jié)果

3 基樁自平衡法檢測(cè)技術(shù)原理

自平衡檢測(cè)系統(tǒng)包括加載裝置、位移傳感器及應(yīng)力測(cè)量裝置，如圖1 所示。其主要裝置是一種特制的自平衡荷載箱，如圖2 所示，需根據(jù)樁設(shè)計(jì)參數(shù)由具有生產(chǎn)資質(zhì)的商家提前生產(chǎn)。試驗(yàn)樁成孔后，在澆筑混凝土前，把加壓管、位移桿與荷載箱連接，并將其固定于鋼筋籠，一并埋設(shè)于樁孔中后澆筑混凝土。荷載箱的位置為平衡點(diǎn)，根據(jù)地質(zhì)土層參數(shù)計(jì)算確定。在地面用油泵對(duì)荷載箱加壓，荷載箱產(chǎn)生上下兩個(gè)力，上段樁發(fā)生向上的位移，下段樁發(fā)生向下的位移。通過(guò)對(duì)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，即可測(cè)得樁基承載力。

圖1 自平衡試樁技術(shù)示意圖

圖2 三種常用荷載箱

試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)荷載箱對(duì)上、下段樁身施加荷載，從而迫使上段樁身上抬，使上段樁樁側(cè)摩阻力徐徐發(fā)揮，同時(shí)迫使下段樁下沉，使下段樁樁側(cè)阻力及樁端阻力徐徐發(fā)揮。此時(shí)，上下樁段的反力大小相等、方向相反，從而達(dá)到試樁自身反力平衡加載的目的。如此，隨著荷載箱壓力的不斷增加，直至達(dá)到樁承載力極限狀態(tài)，試驗(yàn)終止。

在此過(guò)程中，可由均壓力表測(cè)得的壓力及位移傳感器測(cè)得的位移繪制自平衡曲線，如圖3（a）所示，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換之后的Q—s 曲線，如圖3（b）所示，得到最終基樁承載力[4]。

圖3 測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換示意圖

4 自平衡檢測(cè)結(jié)果的影響因素及注意事項(xiàng)

4.1 影響因素

自平衡試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，采用泥漿護(hù)壁的成孔灌注樁，由于“泥皮”效應(yīng)的存在，對(duì)樁長(zhǎng)大于25 m 的樁基承載力檢測(cè)結(jié)果影響極其顯著。

在自平衡靜載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)[3]，荷載箱體位置的確定需要綜合考慮樁長(zhǎng)、樁周的土層側(cè)摩阻力和樁端阻力的影響。一般樁側(cè)摩阻力降低15%～35%，極限承載力則降低18%～24%。

以卵石、礫石和砂層為主土層，沖擊成孔工藝對(duì)土層松動(dòng)影響明顯。自平衡測(cè)試需要考慮樁側(cè)土體的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

對(duì)于人工挖孔灌注樁，由于人工挖孔樁側(cè)相對(duì)粗糙，盡管有應(yīng)力松弛現(xiàn)象，但整體樁側(cè)摩阻力良好，需要結(jié)合人工挖孔樁的成孔質(zhì)量選擇土體參數(shù)估算平衡點(diǎn)位置，以提高自平衡測(cè)試效果。

4.2 需注意的問(wèn)題

4.2.1 平衡點(diǎn)問(wèn)題

荷載箱埋設(shè)位置即為平衡點(diǎn)。平衡點(diǎn)的準(zhǔn)確性直接影響試驗(yàn)的結(jié)果和準(zhǔn)確性。平衡點(diǎn)的計(jì)算主要依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告和相關(guān)規(guī)范，根據(jù)上段樁的自重加極限側(cè)摩阻力等于下段樁的自重加極限側(cè)摩阻力和極限端阻力確定。目前，由于勘察水平和規(guī)范取值的影響，平衡點(diǎn)的計(jì)算誤差一般較大，并不能十分準(zhǔn)確地確定平衡點(diǎn)。

4.2.2 荷載箱處斷樁問(wèn)題

自平衡靜載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，對(duì)于摩擦型工程樁，由于荷載箱的埋設(shè)及混凝土材料本身為脆性材料，致使該檢測(cè)樁一定為斷樁[4]，若不進(jìn)行后注漿，會(huì)對(duì)工程樁的豎向和水平承載力及完整性產(chǎn)生不利影響。

4.2.3 組合荷載箱故障問(wèn)題

在試驗(yàn)檢測(cè)中，對(duì)于超大噸位工程樁承載力檢測(cè)，必須使用組合荷載箱，若在施工工程中組合荷載箱出現(xiàn)故障，必然導(dǎo)致該工程樁的自平衡試驗(yàn)失敗[5]。

4.2.4 荷載箱在前提試驗(yàn)樁施工過(guò)程中的安裝問(wèn)題

在實(shí)際試驗(yàn)樁承載力檢測(cè)過(guò)程中，荷載箱必須和鋼筋籠焊接組裝完成后安裝加壓油管和位移絲，最終荷載箱和鋼筋籠成為一個(gè)整體，待試驗(yàn)樁成孔后一起吊入樁孔，然后進(jìn)行樁身混凝土的澆筑。由于荷載箱的存在，使其下部的樁身澆筑空間變小，導(dǎo)致大量的沉渣和浮漿滯留樁底，對(duì)樁身質(zhì)量和承載力有較大的影響。試驗(yàn)過(guò)程中，初期下段樁沉降較大，不能真實(shí)地反映樁端地層承載力，因此對(duì)于組合型荷載箱裝置的整體設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

4.2.5 自平衡測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題

由于荷載箱需要埋設(shè)于地下，導(dǎo)致其在試驗(yàn)過(guò)程中面臨各種各樣復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境，對(duì)此需保證其測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使試驗(yàn)檢測(cè)能真實(shí)地反映試驗(yàn)樁在相應(yīng)場(chǎng)地的承載力，這就需要荷載箱整套設(shè)備具有很好的穩(wěn)定性。首先，必須保證荷載箱是經(jīng)過(guò)廠家自檢合格，并且經(jīng)有資質(zhì)的計(jì)量單位標(biāo)定合格，同時(shí)出具標(biāo)定證書。其次，必須保證油管、位移絲等在施工過(guò)程中和試驗(yàn)過(guò)程中不被破壞，傳感器在測(cè)試過(guò)程中不出現(xiàn)故障等。最后，在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)要有穩(wěn)定的電壓，且數(shù)據(jù)采集要在防風(fēng)棚內(nèi)進(jìn)行，防止周圍的大型機(jī)械振動(dòng)等。

5 結(jié)語(yǔ)

基樁自平衡試驗(yàn)技術(shù)還存在許多尚待解決的問(wèn)題，但是其檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)場(chǎng)地的使用面積較小。而傳統(tǒng)檢測(cè)方法如堆載法，需要幾百噸甚至幾千噸堆載配重，錨樁法需要架設(shè)鋼梁的反力架。而基樁自平衡試驗(yàn)技術(shù)可同時(shí)進(jìn)行多根樁的試驗(yàn)檢測(cè)工作，且加載量不受限制，這使得自平衡試驗(yàn)對(duì)場(chǎng)地平整性要求較低，在一些超長(zhǎng)樁、大噸位樁基靜載試驗(yàn)中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是一種行之有效的方法，值得推廣應(yīng)用。