浅析自平衡法与静压法载荷

浅析自平衡法与静压法载荷

柯少华

佛山市禅城区建设工程质量安全检测站528000

摘要：由于城市空间日益狭窄，工地现场也有了很多限制，对静载试验的带来很多的限制和要求，静压法反力平台的体量和对堆载场地的承载力要求也是很多城市内高层建筑工地不容易满足的，而近年来新兴发展起来的自平衡法，正好摆脱了这些限制，但也对地质条件和施工工艺有了限制

关键词：单桩竖向抗压试验；自平衡法；静压法

正文：

近年来，随着我国城市化进程的加快，高层建筑越来越多，相应的高层建筑物的基础采用桩基础，特别是大吨位的桩基础已经十分普遍。为确保建筑物的安全，必须对成桩质量的可靠性进行评价，而评价成桩质量最普遍，也是最直观的检测手段就是静载试验。然而由于城市空间日益狭窄，工地现场也有了很多限制，对静载试验的带来很多的限制和要求，静压法反力平台的体量和对堆载场地的承载力要求也是很多城市内高层建筑工地不容易满足的，而近年来新兴发展起来的自平衡法，正好摆脱了这些限制，但也对地质条件和施工工艺有了限制。有见及此，这里对两种方法进行浅析。

一、自平衡法的要点

自平衡测试桩法作基桩静载检测，是目前基桩静载检测中的一种较新的检测方法。采用自平衡法作基桩静载检测的原理：是在基桩施工阶段，将一种特制的液压千斤顶式的自平衡荷载箱与基桩的钢筋笼连焊在一起，安放在桩身的指定位置，同时将荷载箱的输压管和位移棒接伸出桩顶，测试时由高压油泵通过输压管对荷载箱充油加压，从而使荷载箱处自动产生上部桩身向下的摩擦力、和荷载箱处下部桩身向上的摩擦力、以及桩端阻力。随着通过对上段桩的摩擦力和下段桩的摩擦力以及桩端阻力相平衡的维持加载，再根据加载时所得到的两条荷载——位移曲线（即向上、向下的q-s和s-lg曲线）来确定出基桩的承载力。采用自平衡法作桩基静载检测中，应当注意监督的几个质量要点：

1.认真审查检测单位编写的桩基检测专项方案。

特别要仔细核对方案中所选定的桩位、桩径，桩的承载力特征值是否与设计基桩相符，拟选择的荷载平衡箱的尺寸是否与桩的钢筋笼内径尺寸基本相符，荷载平衡箱的制作和安装中的技术参数是否符合要求。在自平衡检测基桩过程中的控制措施是否得当。

2.严格控制自平衡荷载箱的制作和安装质量。

所制作的自平衡荷载箱的外形尺寸应不小于钢筋笼的内径尺寸，因为当荷载箱的外形尺寸小于被测基桩所设计的钢筋笼的内径尺寸时，其检测数据在换算过程中，容易导致承载力的推定值产生过大的误差，直接影响基桩检测结果的真实性。所以在自平衡荷载箱制作完并运到施工现场后，监理应对自平衡荷载箱上所标注的内径尺寸、外径尺寸、额定荷载值、张拉行程、额定油压、活塞面积以及出厂编号等参数进行复查，在检查荷载箱制作符合测桩方案中的要求后，方可允许焊接输压管和位移棒，在平衡箱与钢筋笼焊接好后，还应检查焊接质量，在符合要求后，方可允许安装。检查完毕，应作好全部检查记录，安装过程还需拍照留样。另外，要求安放自平衡荷载箱的基桩底部应平整，因为荷载箱底部不平整，容易引起荷载箱处产生过大的向下位移，从而引起荷载箱上下桩身段的阻力不平衡而使检测数据失真，因此在安装荷载箱之前，应先在桩底浇灌一层与桩身混凝土强度等级相同的混凝土作为垫层，在混凝土垫层还未初凝前，将荷载箱水平安放在砼垫层上面，并检查荷载箱安装符合要求后，再浇灌桩身混凝土。

3.选择适合的测桩时间和测桩条件

一般在桩身混凝土强度不低于设计要求强度的85%（一般在15d）后，方可开始作自平衡检测。检测前应先采用小应变法或超声波法对桩身作完整性检测，以确定桩身有无缩颈、断桩和所浇灌的混凝土有无大的蜂窝、孔洞等缺陷。在检测符合要求后，方可开始作自平衡检测。

4.全程监控自平衡测桩过程，并作好详细的记录。

对于测桩的加载：一般采用慢速维持荷载法，即逐级加载法。一般每隔1h加一级荷载；对于加载的分级：可按预估的极限荷载的1/10～1/5进行加载，第一级可按2倍分级荷载加载；对于桩顶的沉降观测：在每级荷载施加后维持1h，按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶的沉降量，以后每隔15min测读一次。在测读时间累计1h时，若最后15min时间间隔的桩顶沉降增量与前阶段的桩顶沉降量相比，未明显收敛时，应延长维持荷载时间，直至最后15min的沉降增量小于相邻15min的桩顶沉降增量为止；对于加载的终止条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：（1）已达到预定的加载值或桩体在检测加载中已破坏。（2）在某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下的沉降量的5倍。（3）在某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定。（4）累计上拔量超过20～40mm（工程桩检测取小值，设计试桩取大值）。（5）向上位移量和向下位移量合计超过荷载箱活塞的有效行程；对于卸载的观测：每级卸载值为每级加载值的2倍，每级卸载后隔15min测读一次残余沉降值，读两次后，隔30min再测读一次，即可卸下一级荷载。卸载至零后，还应测读桩顶残余沉降量，隔3～4h再测读一次。

5.受检基桩在检测完后的处理

对于试桩，在检测完后可不必作处理；对于工程用桩，在做完全自平衡检测后，应通过预埋管对荷载箱进行加压注浆处理。

二、静压法的要点

1.地基土承载力

《建筑基桩及复合地基检测技术规程》DB21/T1450-2006规定：压重平台支墩施加于地基土上的压应力不宜大于地基土承载力特征值的1.5倍。根据工程实际情况，参考地质勘查报告，反算出地基土承载力特征值fak=Qu/2，可以用P≤1.5fak作为大吨位静载试验高荷载条件下地基土承载力允许值公式。当场地地基土为软弱层时，应验算地基土在高荷载条件下软弱层经深度修正后地基土承载力是否满足要求。如不符合要求需要进行地基土换填处理。

2.反力装置钢梁的结构强度要求

钢梁反力装置由主梁和次梁组成。钢梁的承载力是否满足要求是大吨位静载试验成功的要点，钢梁的刚度不足易引起变形过大，造成平台失稳的可能。因此验算钢梁的强度和变形问题是大吨位静载试验的必须步骤。

3.配重块的摆放

由于大吨位静载荷试验堆载重量大，配重堆放高度较高，安装压重平台的安全问题较为突出。为了保证压重平台的安全，应采取下列措施：（1）降低整个压重平台的重心。（2）摆放配重块时应规范进行，至少配备2台吊车，对称均匀逐层安装，平台两侧的预制块配重堆放层数不得相差超过一层以上，保证整个平台的平稳以防止支墩受力不均匀而使平台产生倾斜，甚至倒塌。（3）上下层预制块配重之间应相互搭接、错位安装，每一层都必须变换排放顺序和方向。（4）压重平台堆载吊装现场应在四周拉上警戒线，严禁闲杂人等进入。

4.千斤顶的选取

根据荷载的大小选取合适的千斤顶，一般需要多台千斤顶并联联合加载。规范规定使用多个千斤顶联合加载应满足以下规定：1、千斤顶规格、型号相同；2、千斤顶的合力中心应与桩轴线重合；3、千斤顶应并联同步工作。

5.试桩桩头的处理

试桩桩头应采取下列措施：（1）先凿掉桩头强度较低的混凝土，露出混凝土新鲜面。（2）桩头顶面应平整。（3）距桩顶1.5倍桩径范围内设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片2～3层，间距60～100mm。（4）桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高1～2级，且不得低于C30。

三、两种方法的对比

用自平衡法作基桩的静载检测，它与传统的堆载法作基桩的静载检测相比，其特点是：测桩装置比较简单，不占用场地，不需运入数百吨或数千吨的物料，不需构筑笨重的反力架，测试桩的准备工作省时省力，检测时十分安全，对施工工地无污染，检测后的基桩仍可作为工程桩使用。采用自平衡法作基桩的静载检测，特别适合于大口径的桥梁基桩和大吨位的建筑基桩，以及施工场地不能满足常规静载检测要求的工程桩。同时也可用自平衡法来测定基桩的侧阻或端阻的单项极限值。采用自平衡法对单桩承载力检测，是对不能采用传统堆载法作单桩静载检测时的一种补充方法。但是用自平衡法检测基桩也有它的不足之处：一是基桩必须是事先确定的，这对整批工程桩而言，它缺乏随机性；二是采用自平衡法作基桩检测时，平衡箱制作和安装的好坏也将直接影响到检测数据的真实性。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院GB50007-2011《地基基础设计规范》[S]北京2011（159-166）

[2]蔺婉莹1大吨位静载试验影响因素分析[J]，长春工程学院学报自然科学版，2007，8（3）