鉆孔樁自平衡(自反力)法試樁一例

摘要：自平衡（自反力）法作為一種新型的樁基檢測(cè)手段，與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)及深層平板載荷試驗(yàn)相比,不受工期和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件限制,經(jīng)濟(jì)、安全、快捷、簡(jiǎn)便。文中主要對(duì)自平衡（自反力）法的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和試驗(yàn)方法及常見(jiàn)問(wèn)題做簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：自平衡; 試樁; 荷載箱;承載力

Abstract: the balance (from the force) as a method for a new type of pile foundation inspection method, and the traditional static load test and deep flat compared to load test, and are not subject to the time limit and site conditions, economic, safe, quick and easy. This paper mainly on the balance (from the force) method, the basic principle of strengths and weaknesses, and experiment instrument and equipment and test methods and common problems in paper briefly explains.

Keywords: self balancing; Test pile; Loading boxes; Bearing capacity

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一、自平衡法介紹

1、自平衡法

自平衡（自反力）法試樁是在樁中適當(dāng)位置安設(shè)荷載箱,沿垂直方向加載,即可同時(shí)測(cè)得荷載箱上、下部各自承載力。這是利用上段樁側(cè)阻和下段樁側(cè)阻與端阻的自相平衡的一種測(cè)樁法,故稱(chēng)該法為自平衡（自反力）測(cè)樁法。

2、平衡點(diǎn)

基樁樁身某一位置，其上段樁身自重及樁側(cè)極限摩阻力之和與下段樁樁側(cè)極限摩阻力及極限樁端阻力之和基本相等。

3、試驗(yàn)原理

自平衡（自反力）法試樁是接近于豎向抗壓（拔）樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)方法。把一種特制的加載裝置——荷載箱，預(yù)先放置在樁身指定位置，將荷載箱的高壓油管和位移桿引到地面（平臺(tái)）。由高壓油泵在地面（平臺(tái)）向荷載箱充油加載，荷載箱將力傳遞到樁身，其上部樁側(cè)極限摩阻力及自重與下部樁側(cè)極限摩阻力及極限樁端阻力相平衡來(lái)維持加載，從而獲得樁的承載力。其原理見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過(guò)輸壓管對(duì)荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱蓋與箱底被推開(kāi)，從而調(diào)動(dòng)樁周土的摩阻力與端阻力，直至破壞。將樁側(cè)土摩阻力與樁底土阻力迭加而得到單樁抗壓承載力。本工程試驗(yàn)采用增加一根專(zhuān)門(mén)用于試驗(yàn)的試樁，加載至設(shè)計(jì)要求的承載力即可，不做破壞性試驗(yàn)，只用于驗(yàn)證承載力。

4、自平衡（自反力）法優(yōu)點(diǎn)

自平衡（自反力）法試樁具有許多優(yōu)點(diǎn)：

(1)該法裝置簡(jiǎn)單，不占用場(chǎng)地，不用錨樁或堆載，無(wú)需反力架；

(2)利用樁的側(cè)阻與端阻互為反力，直接測(cè)得樁側(cè)阻力與端阻力；

(3)試樁準(zhǔn)備工作省時(shí)省力；

(4) 節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，與傳統(tǒng)方法相比可節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)約30％~40％，具體比例視樁與地質(zhì)條件而定；

(5)試驗(yàn)后試樁仍可作為工程樁使用，必要時(shí)可利用輸壓管對(duì)進(jìn)行壓力灌漿；

(6)在有條件限制的水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場(chǎng)地試樁、斜樁、嵌巖樁、抗拔樁等情況下，與傳統(tǒng)方法相比該法具有一定的優(yōu)越性。

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5、自平衡法適用樁基類(lèi)型

自平衡試樁法適用于鉆孔灌注樁，人工挖孔樁、沉管灌注樁，樁受力的形式有：摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁、端承校、抗拔樁。

二、檢測(cè)設(shè)備器具

自平衡法試驗(yàn)的主要加荷設(shè)備為：荷載箱、電動(dòng)油泵、電子百分表數(shù)據(jù)采集器，其中安裝在樁身上的荷載箱由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成，荷載箱焊接在鋼筋籠上，引出頂蓋、底蓋的位移棒和油路系統(tǒng)。

三、主要檢測(cè)方法

試驗(yàn)時(shí)通過(guò)油泵加壓，使頂、底蓋脫開(kāi)，加載壓力由壓力表測(cè)得，向上、向下位移由位移傳感器測(cè)得，當(dāng)荷載箱內(nèi)壓力增加時(shí)，可同時(shí)測(cè)得向上、向下的力和位移，分別繪出Q～S曲線以及相應(yīng)的S～logt曲線，從而得出上、下兩段樁的極限承載力，然后計(jì)算確定單樁極限承載力。

天津某橋梁工程，跨河主跨為1-（55+90+55）m連續(xù)鋼桁架梁，河中兩個(gè)主墩基礎(chǔ)各采用18根直徑1800mm、樁長(zhǎng)75m的鉆孔灌注樁，每個(gè)墩增設(shè)1根樁采用自平衡（自反力）法進(jìn)行樁基檢測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次試樁受力為20000KN。

根據(jù)地質(zhì)工程勘察院提供的該場(chǎng)地的《巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告》,結(jié)合試樁位置,以該樁最近處的地質(zhì)柱狀圖為準(zhǔn),對(duì)各土層的側(cè)摩阻力計(jì)算如表1。

表1各土層分布及相關(guān)參數(shù)計(jì)算表

以上各項(xiàng)合計(jì)為30070kN，作為試樁極限承載力預(yù)估值，根據(jù)以上計(jì)算，自平衡荷載箱放于Q3bm⑿1粉砂層底部（標(biāo)高-53.50米）。

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四、施工技術(shù)要求

1、樁距要求

基準(zhǔn)樁與試樁之間的中心距離應(yīng)大于或等于3倍試樁直徑或不小于4.0m；基準(zhǔn)樁應(yīng)具有充分的穩(wěn)定性，打入地面或河（海）床面以下足夠的深度，陸上一般不小于1m。

2、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.1加卸載

（1）加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行。每級(jí)加載量為預(yù)估最大加載量的1/10~1/15。當(dāng)樁端為巨粒土、粗粒土或堅(jiān)硬粘質(zhì)土?xí)r，第一級(jí)可按兩倍分級(jí)荷載加載。

（2）卸載也應(yīng)分級(jí)進(jìn)行。每級(jí)卸載量為2~3個(gè)加載級(jí)的荷載值。

（3）加卸載應(yīng)均勻連續(xù)，每級(jí)荷載在維持過(guò)程中的變化幅度不得超過(guò)分級(jí)荷載的10%。

2.2位移觀測(cè)和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

（1）位移觀測(cè)

采用慢速維持荷載法。每級(jí)加（卸）載后第一小時(shí)內(nèi)應(yīng)在第5min、10min、15min、30min、45min、60min測(cè)讀位移，以后每隔30min測(cè)讀一次，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后方可加（卸）下一級(jí)荷載。卸載到零后應(yīng)至少觀測(cè)2小時(shí)，測(cè)讀時(shí)間間隔同加載。見(jiàn)圖2 Q-S與S-lgt曲線圖。

圖2Q-S與S-lgt曲線圖

（2）穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

a)每級(jí)加（卸）載的向上、向下位移量在下列時(shí)間內(nèi)均不大于0.1mm：

b)樁端為巨粒土、粗粒土或堅(jiān)硬黏質(zhì)土，最后30min。

c)樁端為半堅(jiān)硬黏質(zhì)土或細(xì)粒土，最后1小時(shí)。

2.3終止加載條件及極限加載值

（1）向上、向下兩個(gè)方向應(yīng)分別判定和取值，平衡狀態(tài)下兩個(gè)方向都應(yīng)達(dá)到終止加載條件再終止加載。

（2）每個(gè)方向的加載終止條件和相應(yīng)的極限加載值的取值按以下規(guī)定：

a）每位移量大于或等于40mm，且本級(jí)荷載的位移量大于或等于前一級(jí)荷載的位移量的5倍時(shí)，加載即可終止。取此終止時(shí)荷載小一級(jí)的荷載為極限加載值。

b）總位移量大于或等于40mm，且本級(jí)荷載加載上24h后未達(dá)穩(wěn)定，加載即可終止。取此終止時(shí)荷載小一級(jí)的荷載為極限加載值。

c）巨粒土、密實(shí)沙類(lèi)土以及堅(jiān)硬的黏質(zhì)土中，總位移量小于40mm，但荷載已大于或等于設(shè)計(jì)荷載乘以設(shè)計(jì)規(guī)定的安全系數(shù)，加載即可終止。此時(shí)的荷載為極限加載值。

五、自平衡法試樁存在的問(wèn)題

自平衡法試樁同樣也存在一定的問(wèn)題，如：

（1）、平衡點(diǎn)不容易找，影響試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性；

（2）、Q-S曲線轉(zhuǎn)換公式存在一定的誤差；

（3）、試樁的成樁工藝，包括鋼筋籠上荷載箱安裝、鋼筋籠安裝、樁基混凝土澆筑工藝和質(zhì)量，對(duì)試驗(yàn)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

（4）、由于自平衡法試樁時(shí)，在平衡點(diǎn)位將樁體分別向上下產(chǎn)生的位移，造成樁體出現(xiàn)一定的破壞，試驗(yàn)結(jié)束后是否能繼續(xù)將該樁作為工程樁使用等等。

六、結(jié)束語(yǔ)

雖然自平衡（自反力）法樁基檢測(cè)水平還有待進(jìn)一步完善和提高，但是其顯著的優(yōu)越性是其他樁基檢測(cè)手段所不能替代，隨著相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的逐步推廣，缺點(diǎn)的克服，將會(huì)使自平衡（自反力）法在樁基檢測(cè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。