钻孔灌注桩承载力自平衡测试法

摘要:自平衡测试法是钻孔灌注桩静载试验的一种便捷方法。本研究介绍了自平衡技术试桩的原理、试验过程及优缺点，并通过与传统试桩方法的简要比较，得出其具有技术先进、测试自动化、省时、省力、安全、不受场地限制、多根桩可同时测试等优点，进而推广自平衡技术试桩检测方法的应用。
　　关键词:基桩工程，静载试验，自平衡测试法，试桩
　　0引言
　　桩的静载试验是确定单桩轴向或横向承载能力最为可靠的方法，也是基桩质量检测中一种重要的方法。自平衡法试桩克服了传统试桩方法中存在的困难，具有技术先进、测试自动化、省时、省力、安全、不受场地限制、多根桩可同时测试等优点。其核心技术为把一种特制的加载装置——荷载箱埋入桩内，将荷载箱的高压油管和位移棒引出到地面,由高压油泵向荷载箱充油,荷载箱将力传递到桩身,其上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡来维持荷载。
　　1自平衡测试法介绍
　　1.1自平衡测试法测试原理:
　　利用桩基自身为平衡试验荷载的反力装置,在桩身中某合适位置(使桩上、下段极限承载力基本相当),预埋一个荷载箱,并将高压油管和位移棒一起引到地面。试验时,从桩顶用高压油泵通过高压管对荷载内腔施加压力,箱顶与箱底被推开,产生向上向下的推力,从而调动桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力,直至破坏。将桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力迭加,即可得出试桩竖向极限承载力。经应变仪与电脑相联,由电脑控制量测位移并实时显示应变曲线。
　　1.2轴向应力测试:
　　基桩自平衡法试验开始后，荷载箱产生的荷载沿桩身轴往上、往下传递。假设基桩受荷后，桩身结构完好(无破损,混凝土无离析、断裂现象),则在各级荷载作用下混凝土产生的应变量等于钢筋产生的应变量通过预先埋置在桩体内的钢筋计,可以实测各钢筋应力计在每级荷载作用下所得的应力—应变关系,可以推出相应桩截面的应力—应变关系,那么相应桩截面微分单元内的应变量可求。由此可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力值及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。
　　1.3试验设备:
　　自平衡试桩法加载用的荷载箱,是一种特制油压千斤顶,它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于试桩的外径,在顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后,即可浇捣混凝土成桩。荷载箱需要按照桩的类型、截面尺寸和荷载等级专门设计生产,使用前必须按1.05倍极限承载力进行标定,同时防止漏油。荷载箱必须平放在桩的中心,以防产生偏心轴向力。当荷载箱位移方向与桩身轴线方向夹角小于5°时,荷载箱在桩身轴线上产生的力为99.6%所施加的力,其偏心影响很小,可忽略不计。同时荷载箱设计的加载能力一般远超过要求的加载力,以便按要求加载时若尚末达到试桩极限承载力时可继续加载。
　　荷载箱中的压力与荷载的关系曲线事先在万能试验机上率定,然后根据荷载箱率定曲线换算荷载。
　　荷载箱一般布置在桩端附近,由于荷载箱产生向上和向下的位移,同时向上的力仅为传统堆载的一半,加载对地面位移的影响远小于传统堆载法的影响,因此试桩与基准桩的距离较传统方法略有减小,规定试桩和基准桩之间的中心距离应大于等于3d(d为试桩直径)且不小于2.0m。荷载箱宜在成孔以后、混凝土浇捣前设置；在施工质量有保证的前提下,也可先浇捣荷载箱下的混凝土,然后安放荷载箱,再浇捣上部混凝土。护管与钢筋笼焊接成整体,荷载箱与钢筋笼焊接在一起,护管还应与荷载箱顶盖焊接,焊缝应满足强度要求,并确保护管不渗漏水泥浆。荷载箱摆放处一般宜有加强措施,可配置加密钢筋网2层。
　　2试验方法
　　2.1准备工作
　　1)地面绑扎和焊接钢筋笼,位移棒处护管连接采用套筒围焊,确保保护管不渗泥浆,位移棒采用丝扣连接,并用管子钳拧紧,与钢筋笼绑扎成整体,运到施工平台上。
　　2)严格按试桩图纸确定钢筋应变计在主筋上的位置,钢筋应变计直接绑扎在主筋上,绑扎过程中要注意保护应变计导线,穿过荷载箱预留孔时,需预留10cm的导线于预留孔内,以防止荷载箱产生位移时,将钢筋应变计导线拉断。
　　3)荷载箱应平放在平整场地上,用吊车将上节钢筋笼(护管、压浆管)吊起与荷载箱上顶板焊接(所有主筋围焊,并确保钢筋笼与荷载箱起吊时不会脱离),保证钢筋笼与荷载箱在同一水平线上,然后用吊车将上节钢筋笼及荷载箱一起吊起,将下节钢筋笼与荷载箱下底板焊接。
　　4)埋完荷载箱后,保护油管及钢管需封头,以防止水泥浆漏入。
　　5)在浇筑水中混凝土时,当混凝土面接近荷载箱时,浇筑速度应放慢,以防止钢筋笼与荷载箱一起上浮;当荷载箱上部混凝土大于2.5m时,导管底端方可拔过荷载箱。
　　6)提供一个良好的测试环境,确保测试时仪表不受外界环境(风、雨等)的影响。
　　2.2现场测试
　　1)检查钢筋应变计在施工中是否有损坏,检查荷载箱是否正常工作;
　　2)布置平衡梁(基准杆),确保测试中基准梁的稳定性;
　　3)根据要求进行加载,由于试桩吨位较大,加载需分级,每级加载值为极限承载力的1/15;
　　4)加载量测:每级加载后在第1小时内应在5min,10min,15min,30min,45min,60min时各测读一次,以后每隔30min测读一次,电子位移传感器连接到电脑,直接由电脑控制测读，同时在电脑屏幕上显示Q—s曲线、s—lgT曲线和s—lgQ曲线;
　　5)稳定标准:每级加载下沉量在1h内如不大于0.1mm即可认为稳定；
　　6)终止加载:当有下面情况之一时,即可终止加载:a.位移量不小于40mm,本级荷载的位移量不小于前一级荷载位移量的5倍;b.总位移量不小于40mm,本级荷载加上后24h未达到稳定；c.总位移量小于40mm,但荷载已达到压力箱极限；
　　7)卸载量测:卸载同样需要分级,每级为加载值的3倍,每级荷载卸载后,应观测桩顶的回弹量,观测办法与加载相同,卸载到零后,每30min观测一次,如无特殊情况,一般共观测2h即可终止。
　　2.3资料整理
　　根据实验情况,整理出以下数据:
　　1)单桩极限承载力(包括Q—s曲线、s—lgT曲线、s—lgQ曲线、加载数据表、卸载数据表、桩身轴力分布图)；
　　2)分层土摩擦力、端阻力、桩身轴力分布图、表；
　　3)桩弹性压缩、桩基正常使用下沉降量、土塑性变形；
　　4)桩土相对滑移与土摩擦力曲线图(τ—s)、桩端持力层阻力与位移曲线图(σ—s)。
　　3优缺点
　　传统的桩基轴向静载试验一般采用油压千斤顶加载,千斤顶的反力装置有压重平台反力装置、锚桩承载梁反力装置和锚桩压、重联合反力装置,采用这些装置往往需要大量的人力物力和时间。自平衡测试法是通过预埋在桩底的测压盒进行钻孔桩静载试验的方法,该法对于划分桩侧摩阻力与桩端阻力以及确定抗拔桩的承载力具有意义。
　　自平衡测试法具有以下优点:①加载装置简单,不占用场地,试桩准备工作省
　　时省力,费用少。不需运入数百吨或数千吨物料,不需构筑笨重的反力架,试验时十分安全,无污染。多根桩可同时进行测试;②利用桩的侧阻与端阻互为反力,直接测得桩摩阻力与端阻力;③在水上试桩、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,该法更显示其优越性;④适用于黏性土、粉土、砂土、岩层中的钻孔灌注桩、人土挖孔桩、沉管灌注桩等。
　　缺点：为了取得理想效果，将荷载箱埋设在侧阻力与端阻力接近的部位，但试桩前准确的设定荷载箱的位置有一定困难（注浆面积的大小，强度等级不确定），只能预估侧阻力与端阻力相等。
　　4结语
　　随着社会的发展,桩基工程会越来越多,根据试桩试验的结果来确定桩长,会比以往的设计更安全、更经济。自平衡测试技术解决了以往试桩施工困难、投资较多的缺点,将会在今后的工程中更多的使用。