钻孔桩自平衡(自反力)法试桩一例
钻孔桩自平衡(自反力)法试桩一例
摘要：自平衡（自反力）法作为一种新型的桩基检测手段，与传统静载试验及深层平板载荷试验相比,不受工期和现场场地条件限制,经济、安全、快捷、简便。文中主要对自平衡（自反力）法的基本原理、优缺点、实验仪器设备和试验方法及常见问题做简要阐述。
关键词：自平衡; 试桩; 荷载箱;承载力
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、自平衡法介绍
1、自平衡法
自平衡（自反力）法试桩是在桩中适当位置安设荷载箱,沿垂直方向加载,即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。这是利用上段桩侧阻和下段桩侧阻与端阻的自相平衡的一种测桩法,故称该法为自平衡（自反力）测桩法。
2、平衡点
基桩桩身某一位置，其上段桩身自重及桩侧极限摩阻力之和与下段桩桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力之和基本相等。
3、试验原理
自平衡（自反力）法试桩是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的试验方法。把一种特制的加载装置——荷载箱，预先放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和位移杆引到地面（平台）。由高压油泵在地面（平台）向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩侧极限摩阻力及自重与下部桩侧极限摩阻力及极限桩端阻力相平衡来维持加载，从而获得桩的承载力。其原理见图1。
试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至破坏。将桩侧土摩阻力与桩底土阻力迭加而得到单桩抗压承载力。本工程试验采用增加一根专门用于试验的试桩，加载至设计要求的承载力即可，不做破坏性试验，只用于验证承载力。
4、自平衡（自反力）法优点
自平衡（自反力）法试桩具有许多优点：
(1)该法装置简单，不占用场地，不用锚桩或堆载，无需反力架；
(2)利用桩的侧阻与端阻互为反力，直接测得桩侧阻力与端阻力；
(3)试桩准备工作省时省力；
(4) 节省时间和费用，与传统方法相比可节省试验费约30％~40％，具体比例视桩与地质条件而定；
(5)试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用输压管对进行压力灌浆；
(6)在有条件限制的水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等情况下，与传统方法相比该法具有一定的优越性。
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5、自平衡法适用桩基类型
自平衡试桩法适用于钻孔灌注桩，人工挖孔桩、沉管灌注桩，桩受力的形式有：摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩、端承校、抗拔桩。
二、检测设备器具
自平衡法试验的主要加荷设备为：荷载箱、电动油泵、电子百分表数据采集器，其中安装在桩身上的荷载箱由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成，荷载箱焊接在钢筋笼上，引出顶盖、底盖的位移棒和油路系统。
三、主要检测方法
试验时通过油泵加压，使顶、底盖脱开，加载压力由压力表测得，向上、向下位移由位移传感器测得，当荷载箱内压力增加时，可同时测得向上、向下的力和位移，分别绘出Q～S曲线以及相应的S～logt曲线，从而得出上、下两段桩的极限承载力，然后计算确定单桩极限承载力。
天津某桥梁工程，跨河主跨为1-（55+90+55）m连续钢桁架梁，河中两个主墩基础各采用18根直径1800mm、桩长75m的钻孔灌注桩，每个墩增设1根桩采用自平衡（自反力）法进行桩基检测。根据设计要求，本次试桩受力为20000KN。
根据地质工程勘察院提供的该场地的《岩土工程地质勘察报告》,结合试桩位置,以该桩最近处的地质柱状图为准,对各土层的侧摩阻力计算如表1。
表1各土层分布及相关参数计算表
以上各项合计为30070kN，作为试桩极限承载力预估值，根据以上计算，自平衡荷载箱放于Q3bm⑿1粉砂层底部（标高-53.50米）。
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四、施工技术要求
1、桩距要求
基准桩与试桩之间的中心距离应大于或等于3倍试桩直径或不小于4.0m；基准桩应具有充分的稳定性，打入地面或河（海）床面以下足够的深度，陆上一般不小于1m。
2、现场检测
2.1加卸载
（1）加载应分级进行。每级加载量为预估最大加载量的1/10~1/15。当桩端为巨粒土、粗粒土或坚硬粘质土时，第一级可按两倍分级荷载加载。
（2）卸载也应分级进行。每级卸载量为2~3个加载级的荷载值。
（3）加卸载应均匀连续，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的10%。
2.2位移观测和稳定标准
（1）位移观测
采用慢速维持荷载法。每级加（卸）载后第一小时内应在第5min、10min、15min、30min、45min、60min测读位移，以后每隔30min测读一次，达到相对稳定后方可加（卸）下一级荷载。卸载到零后应至少观测2小时，测读时间间隔同加载。见图2 Q-S与S-lgt曲线图。
图2Q-S与S-lgt曲线图
（2）稳定标准
a)每级加（卸）载的向上、向下位移量在下列时间内均不大于0.1mm：
b)桩端为巨粒土、粗粒土或坚硬黏质土，最后30min。
c)桩端为半坚硬黏质土或细粒土，最后1小时。
2.3终止加载条件及极限加载值
（1）向上、向下两个方向应分别判定和取值，平衡状态下两个方向都应达到终止加载条件再终止加载。
（2）每个方向的加载终止条件和相应的极限加载值的取值按以下规定：
a）每位移量大于或等于40mm，且本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载的位移量的5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限加载值。
b）总位移量大于或等于40mm，且本级荷载加载上24h后未达稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限加载值。
c）巨粒土、密实沙类土以及坚硬的黏质土中，总位移量小于40mm，但荷载已大于或等于设计荷载乘以设计规定的安全系数，加载即可终止。此时的荷载为极限加载值。
五、自平衡法试桩存在的问题
自平衡法试桩同样也存在一定的问题，如：
（1）、平衡点不容易找，影响试验结果的真实性；
（2）、Q-S曲线转换公式存在一定的误差；
（3）、试桩的成桩工艺，包括钢筋笼上荷载箱安装、钢筋笼安装、桩基混凝土浇筑工艺和质量，对试验质量产生影响。
（4）、由于自平衡法试桩时，在平衡点位将桩体分别向上下产生的位移，造成桩体出现一定的破坏，试验结束后是否能继续将该桩作为工程桩使用等等。
六、结束语
虽然自平衡（自反力）法桩基检测水平还有待进一步完善和提高，但是其显著的优越性是其他桩基检测手段所不能替代，随着相应标准规范的逐步推广，缺点的克服，将会使自平衡（自反力）法在桩基检测中得到更为广泛的应用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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