自平衡测试法在桥梁桩基中的应用分析

自平衡测试法在桥梁桩基中的应用分析

周宇

广西八桂工程监理咨询有限公司广西南宁530031

摘要：自平衡试桩法是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的试验方法。自平衡测试桩基承载力是基础工程技术的进步，它不受场地的制约，特别是在桥梁桩基检测和水上试桩中较好地解决了传统法试验困难的问题，节省了国家的人力、财力和物力，具有建设节约型社会的意义。

关键词：自平衡测试法；桥梁桩基；应用

引言

随着承载力的不断提高，采用传统的桩基承载力测试方法在成本、工程量、时间上的耗费也越来越高。和其他方法相比，自平衡测试方法的优点是节省时间、节约经费，不受试桩场地、吨位的限制，可分别测出桩的桩周摩阻力和端阻力与上下位移间的关系曲线，便于分别考虑这两种承载力，明确两种承载力的发展过程，这对于桩基础的设计是十分重要的。

1自平衡试验法概述

自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原理，在桩端附近或桩身截面处预先埋设单层（或多层）荷载箱，加载时荷载箱以下将产生端阻和侧阻以抵抗向下的位移，同时荷载箱以上将产生向下的侧阻和混凝土桩身自重以抵抗向上的位移，上、下桩段反力大小相等，方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。该方法适用范围广、成本低、周期短，可测试注浆前后承载能力变化。

作为试验桩，自平衡试验理论是成立的，采用简化转化法可以简便地测出单桩承载力，采用精确转换法可以测出桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力、桩身承载力，对于超长桩还可以埋设多个荷载箱分段测试。自平衡试验法在国内试桩已超过3000根，其与普通堆载或锚桩提供反力的静载试验进行的大量对比表明，两者吻合较好[1]。

目前现有技术条件下大吨位桩基自平衡试验具有如下优点：装置简单，不占用场地，不需要运入成百上千吨堆载物资，不需要笨重的反力架，可同时进行多根桩测试；可清楚地分出侧阻力和端阻力、各自的荷载-位移曲线；试验方便，费用较低，省时间；在试验条件达到基本要求、组合千斤顶和油表率定合格的条件下，与其他静载试验方法相比，目前自平衡试验是比较行之有效的方法，值得推广。且超长桩、大吨位桩基静载试验因实现难度大、成本极高，大吨位超长桩基采用自平衡试验更具优越性。

2自平衡测试法在桥梁桩基中的应用

针对非工程桩而言，自平衡试验结束后不会应用于实际工程，并不值得担心。如果选择工程桩作为试验桩，试验结束后该桩还需要正常使用、正常受力，就是诸如平衡点问题、断桩问题、大吨位组合千斤顶问题等等争议和质疑特别值得注意的问题。

2.1自平衡试验平衡点问题

迄今为止，自平衡于试验平衡点的选择仍然是不确定的，不具有唯一性，大多根据已有经验自主确定，易导致桩基竖向承载力测试不准确。自平衡试验因平衡点选择不当，有可能出现真正平衡点的那一段（上段或下段）桩首先达到位移过大等停止加载的条件而终止试验，可能导致测试桩基竖向承载力比实际承载力偏小，而此时真正平衡点的另一段（下段或上段）可能远没有达到极限承载力。

关于平衡点的定义，《桩基静载试验自平衡法》（JT/T738—2009）给出如下解释：平衡点为基桩上段桩身自重及桩侧极限摩阻力之和与下段桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力之和基本相等的位置。《桩基静载试验自平衡法》（JT/T738—2009）中规定荷载箱的埋设位置为：当极限桩端阻力小于极限桩侧摩阻力时，荷载箱置于平衡点处，使上、下段桩的极限承载力基本相等，以维持加载。当极限桩端阻力大于极限桩侧摩阻力时，荷载箱置于桩端，根据桩的长径比、地质情况采取以下措施：桩顶提供一定量的配重；用小直径桩模拟，先测出极限桩端承载力，再根据实际尺寸换算总的端阻力值。《桩基静载试验自平衡法》（JT/T738—2009）用“基本相等”显得底气不足，且对平衡点的解释和荷载箱的埋设位置的描述前后并不相符。即使理论上认可“基本28相等”，但试验之前焊接钢筋笼埋设荷载箱时，在地面上怎么大致判断基桩上段桩桩身自重及桩侧极限摩阻力之和与下段桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力之和基本相等呢?在理想状态的均质土时或可行，但在复杂土层时很难做到“基本相等”。

2.2自平衡试验后桩基在荷载箱处断桩问题

相关规范中采用低应变法、高应变法和声波透射法将桩身完整性分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ类；Ⅰ，Ⅱ类桩属于“合格”桩，Ⅲ，Ⅳ类桩属于“不合格”桩。对Ⅲ，Ⅳ类桩，工程上一般会采取措施进行处理，如Ⅳ类桩的处理包括补强、补桩、设计变更或由原设计单位复核是否可满足结构安全和使用功能要求，而对Ⅲ类桩，可能采用与Ⅳ类桩相同的处理方式，也可能采用其他更可靠的检测方法验证后再做决定；另外，采用低应变反射法得到Ⅲ类桩的判断结论后，可能还会附带检测结果，要求对该桩采用其他方法进行进一步验证的建议。可见相关规范对桩基础的桩身混凝土完整性高度重视，其重要性甚至超过桩身混凝土强度缺陷，这也是桩基在正常工作条件下对桩身完整性、整体性的基本要求。

而自平衡试验前需要截断钢筋笼，试验后在荷载箱处混凝土必然被千斤顶拉断。若在工程桩中采用自平衡试验，试验结束后在荷载箱位置形成绝对断桩，桩基在正常工作受力后存在的断桩、自平衡试验千斤顶回缩等不确定因素势必会影响桩基的受力、耐久性、完整性等，这种人为断桩也与相关规范的要求相互矛盾。《桩基静载试验自平衡法》（JT/T738—2009）认为：若在工程桩上进行试验，试验完成后应在荷载箱处进行高压注浆，以确保基桩安全。在现有技术条件下，地下深孔注浆技术及其效果难以达到基桩混凝土本身的强度和完整性标准，虽然不计成本进行基桩后注浆能够对断桩有一定的弥补，但是补强效果十分有限，更严重的是荷载箱处被切断的钢筋是无法自行连接和弥补的。

2.3大吨位组合千斤顶的可靠度问题

千斤顶和油表配套需要进行配套标定，一般来说千斤顶张力和油表读数之间为成直线的线性关系。按照配套率定的曲线，可以从油表读数判定千斤顶张力，配套的千斤顶和油表应一一对应，即“一顶一表制”。目前工程上使用的千斤顶没有能够达到几千吨的，限于千斤顶最大量程的额定，往往由多个普通千斤顶组合成一个组合千斤顶，这就引出大吨位组合千斤顶和油表的率定问题，即“多顶一表制”。若不对该问题进行规范和解决，尽管进行了许多试验，结果在很大程度上还是不确切的。《基桩自平衡法静载试验用荷载箱》（JT/T875—2013）对荷载箱的结构形式、规格、型号、技术要求、试验方法等等方面进行了进一步完善，但对组合千斤顶的多顶一表如何组合、组合后如何标定、标定的线性关系、组合千斤顶额定荷载的使用界限等关键问题都没有明确。在《基桩静载试验自平衡法》（JT/T738—2009）和《基桩自平衡法静载试验用荷载箱》（JT/T875—2013）的基础上，建议相关部门尽快增加多顶一表的配套率定及其率定的原始设备规格、组合千斤顶的额定荷载的使用界限等内容，以便组合千斤顶和相应油表能够进行准确率定，确保自平衡试验所检测的基桩极限承载力可靠、可信。

3结语

综上所述，在现有技术情况下，若选择大吨位及超长桩基作为试验桩，传统堆载和锚桩提供反力的静载试验难以测定桩基的竖向承载力，而在可靠的试验条件下，理论和实践均表明自平衡试验具有优越性，值得推广。但若选择工程桩作为试验桩，目前因自平衡试验存在平衡点位置问题、断桩问题、组合千斤顶问题等仍没有从理论上和实践上得到完善，工程桩静载试验要慎用或不用自平衡试验，应选择其他稳定可靠的方法。

参考文献：

[1]建筑桩基技术规范JCJ94-95[S].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[2]舒翔，黄雨.基桩有效桩长的确定方法[J].工业建筑2001，31（1）.