自平衡法应用于深层平板载荷试验及与传统静载试验的对比

摘要：随着我国桥梁和高层建筑的发展，桩基工程越来越多的作为一种常用的基础形式而被广泛采用，特别是大直径嵌岩桩的应用越来越广泛。大直径嵌岩桩的承载力的核验，是工程设计和检验过程中非常重要的一环。本文结合新西湖小镇工程一组试桩（s1、s2、s3）自平衡静载试验和一组试桩（z1、z2、z3）传统堆载试验，对试验结果进行对比分析，并以自平衡法静载试验下段桩试验视为一个深层平板载荷试验对桩底持力层岩性参数进行分析，以供参考。

关键词：大直径灌注桩；嵌岩桩；自平衡静载试验；核验；对比分析；深层平板载荷试验；岩性参数。

中图分类号： U443.15+4文献标识码：A文章编号：

1．自平衡法应用于深层平板载荷试验及与传统静载试验的对比

关于自平衡静载试验的测试原理和测试技术、特点、等效转换机理等等，相关规范和许多优秀论文都已有非常详细的禅述，这里不再一一赘述。本文主要以杭州新西湖小镇项目一组3根试桩的现场自平衡静载试验和一组3根传统静载试验数据进行对比，验证试桩的承载力。对3根自平衡静载试桩，按照深层平板载荷试验要求，订制符合要求的荷载箱（直径0.8m，试桩直径大于荷载箱直径），按照相关规范要求，埋设安装。条件成熟后，对该3根试验桩进行自平衡静载试验，自平衡法静载试验下段桩试验视为一个深层平板载荷试验，得出桩端持力层的承载力特征值fak，根据实际桩底面积得出端阻力，结合上段桩承载力，从而得出桩极限承载力值。另外对一组桩土条件相同的相邻的3根同场地试验桩进行传统抗压静载试验，测出桩极限承载力值，对传统方法抗压静载试验和自平衡法数据进行对比。

2．自平衡静载试验

2.1新西湖小镇工程由浙江清水湾置业有限公司建设，工程位于杭州市余杭区。一子楼工程采用人工挖孔桩，桩径900mm，下部扩底至1200mm，桩端持力层为强风化粉砂岩,桩长约20m。本次试验方法采用自平衡法静载试验，试验桩极限承载力为9600kN，

2.2、工程地质概况

该场地由浙江省工程物探勘察院进行工程地质勘察，根据其提供的工程地质勘察报告。试桩所在位置土层分布及荷载箱埋设位置示意图表见表1，整个场地土层分布较均匀，无大的起伏突变。

2.3桩基施工概况

该工程工程桩采用人工挖孔桩。试桩概况见下表：

荷载箱安放于桩底持力层上，下段桩的试验可视为一个完整的深层平板载荷试验。

2.4实验装置

2.4.1加载系统

包括加载泵站、荷载箱以及加压管。

试桩所在位置土层分布及荷载箱埋设位置示意图表

注：以上数据由浙江省工程物探勘察院提供。荷载箱位置在强风化粉砂岩。

采用荷载箱为具有专利技术的专业荷载箱。选取荷载箱参数规格原则上，选底板面积最大化（直径800mm圆形），上段提供反力最大化。以工程地质勘察报告Z23和Z4为例，以桩长为进入强风化粉砂岩1m计：保守算侧阻力特征值为1500kN左右，自重保守计约为220kN，则荷载箱上段提供极限反力﹥3000kN，0.8m圆形板端阻﹥3000kN。所以选取荷载箱规格为直径800mm圆形，出力2*3000kN。

2.4.2数据采集系统

项目的数据采集:采用3组(每组2只)数显百分表同步测试上下段桩位移和桩顶位移。CYB-10S压力传感器控制荷载。采用JCQ-503D静力荷载测试仪系统实时显示数据,记录内容包括：压力，荷载箱上部位移，荷载箱下部位移，桩顶位移等。

2.4.3数据传感装置

采用位移丝外套护管的方式，以简化安装过程并提高检测精度。检测点截面引出2组位移丝，到桩顶后，用一特定装置将这些位移丝进行固定，并读取这些位移的平均值。位移值由数量百分表进行测量，其读数精确到0.01mm。先进的数显百分表固定结构的设计和安装，在原理上保证了位移测量值只受桩移和基准梁运动的影响。基准桩与试桩中心距离不小于3倍桩径，基准桩具有充分的稳定性，打入地面不小于1m，基准梁一端固定在基准桩上，另一端简支在基准桩上（能沿其轴线方向自由移动），基准梁的截面高度不小于其跨度的1/40，基准桩的线刚度不小于基准梁线刚度的3倍。并搭设防风篷遮挡。

2.5试验方法

依据《基桩静载试验 自平衡法》（JT/T738-2009 交通运输部），《基桩承载力自平衡检测技术规程》（DB33/T 1087-2012 浙江省住房和城乡建设厅）按照如下方式加载:

2.5.1加载方法

以流体为加载介质，向埋设于桩基内一定深度位置的荷载箱中加压，从而对荷载箱上下两部分桩体同时施加载荷。

2.5.2试验加/卸载方法

本次试验，采用慢速载荷维持法进行加载。

加载方法：加载分级进行。每级加载量为最大加载量的1/10。第一级按两倍分级荷载加载。

加卸载均匀连续,每级荷载在维持过程中的变化幅度不超过分级荷载的10%.

稳定标准：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：

a)桩端为巨粒土、粗粒土或坚硬黏质土，最后30min。

b)桩端为半坚硬黏质土或细粒土，最后1h。

卸载：卸载也要分级进行。每级卸载量为2个加载级的荷载值。

加（卸）载数据记录：每级加（卸）载后在第1h内观察第5、15、30、45、60min的位移值，以后每隔30min观察一次，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2h，测读时间间隔同加载。

终止加载条件及极限加载值：

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。

总位移量大于或等于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。

总位移量大于或等于40mm，且本级荷载加上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。

巨粒土、密实砂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。取此时的荷载为极限加载值。

施工过程中的检验性试验，一般加载应继续到桩两倍的设计荷载为止。如果桩的总位移量不超过40mm，以及最后一级加载引起的位移不超过前一级加载引起的位移的5倍，则该桩可予以检验。

极限荷载难以确定时，应绘制荷载-位移曲线（Q-s曲线）、位移-时间曲线（s-t曲线）确定，必要时还应绘s-lgt曲线、s-lgQ曲线（单对数法）、s-[1-Q/Qmax]曲线（百分率法）等综合比较，确定比较合理的极限荷载值。

2.5.3试桩极限承载力的确定

实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Qu上和荷载箱下段桩的极限承载力Qu下，按照相关规范中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：

抗压：Qu= （） + Qu下公式（1）

式中：

Qu：单桩极限承载力（kN）；

Qu上：荷载箱上段桩的加载极限值（kN）；

Qu下：荷载箱下段桩的加载极限值（kN）；