浅谈自平衡法和传统静载法在工程中的应用

摘要

随着新型基桩静载检测方法自平衡法的崛起，我们重视新技术的应用，同时也对新技术和传统法做一个全方位的比较，分析这两种方法在工程中的实际应用优缺点。

关键字

自平衡法静载试验；传统静载法；堆载法；桩基检测Abstract：With the new detection method of pile static load balancing method since the rise, we attach importance to the application of new technologies, but also on new technology and the traditional method to make a comprehensive comparative analysis of the two methods in the practical application of engineering advantages and disadvantages.

Key words：Self-balancing method static load test；conventional static load method；preloading method；pile testing

中图分类号：TU4文章标识码：A 文章编号：

概述

近年来，全国大修高铁，城际铁路，这类高速铁路，由于曲线半径大，很多工程通过山区，并且吨位较大，由于采用无碴道床施工工艺，对路基，桥梁的沉降量要求很严，这种情况就很难用传统静载法对基桩进行检测来获取允许最大荷载下的基桩沉降量，所以新型检测方法――静载自平衡法的使用是势在必行的现状。本文就对自平衡法和堆载法压重平台反力装置的优缺点进行分析。

测试原理及对比

1、自平衡法测试原理

自平衡试桩法测试技术是在桩身埋设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部桩身各自的承载力。测试前首先将荷载箱与钢筋笼焊接成一体并放入桩体中浇注混凝土成桩，待桩身混凝土达到一定强度，利用地面油泵加压，随着逐级加载，通过测试软件获得桩向上与向下“Q-S”曲线、“S-lgt”曲线和“S-lgQ”曲线，然后根据曲线分析判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。

2、传统静载法测试原理

传统静载法（压重平台反力装置）是在受检桩施工完成达到休止时间后在桩顶垫放载荷板，然后在上面安置千斤顶，一次性堆放设计或规范要求的外荷载（砼块配重），通过主次梁和外荷载来提供基桩所需要的反力。测试时通过在桩顶200mm以下架设百分表来测读基桩沉降量，并且绘制“Q-S”曲线、“S-lgt”曲线和“S-lgQ”曲线，然后根据曲线分析判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。

3、自平衡法和传统静载法（压重平台反力装置）的对比

这两种方法的对比如下表：

三、二者优缺点对比分析

1、自平衡法测试技术的优缺点分析

1.1 自平衡法测试技术优点

自平衡法由于自身的特殊性，测试不受检测场地的影响，不受吨位大小影响。对于大吨位的基桩来说，正常传统堆载法最高能检测50000kN左右就很高了，而自平衡法测试技术目前国内单位最大做过130000kN；自平衡法测试技术可以用一台静载采集仪同时测试3根桩，而且对场地要求很低，所以自平衡法测试技术可以同时进行多根检测，并且不影响现场施工，这样自平衡法可以大大缩短检测时间。

1.2 自平衡法测试技术缺点

缺点一：自平衡法对于摩擦桩或者端承摩擦桩需要进行“平衡点”的计算，由于地勘的误差或者“平衡点”计算人员的疏忽导致“平衡点”往往不在基桩的平衡位置，这样容易导致测试失败，自平衡法对于端阻力大于侧阻力的端承桩需要进行“超钻”，这样会增加施工成本，并且容易使施工单位产生不愿意配合的心态；缺点二：自平衡法的仪器设备都是和传统堆载法的仪器设备一样进行计量标定的，但是自平衡法测试技术忽略了位移引导系统的标定，目前有的检测单位是通过位移杆来进行位移引导把荷载箱处的位移引导至自然地面以上，而有的检测单位是通过位移丝来进行位移引导的，这两种位移引导法都没有对引导系统进行标定，位移丝在测试过程中由于外力的作用会出现弹性变形，稍微细点的位移丝甚至会出现挠曲变形，经过长时间的循环使用容易在位移管中打结等最终影响测试效果；除此之外，使用位移杆进行位移引导的话，由于位移杆的刚度远远大于位移丝的刚度，所以测试结果会比使用位移丝好，但是对于长桩而言（自平衡法在国内做过80多米长的桩甚至有的在国外桩长超过100m），由于位移杆在这么长的位移管中不会有足够大的刚度来保证其在水平方向不乱晃动，水平方向的一点晃动会引起自然地面或者桩顶处的位移杆在竖直方向产生较大的竖向位移，最终导致测试结果偏离实际情况，有可能会使得竖向承载力合格的桩变的不合格，不合格的桩变的合格；缺点三：自平衡法荷载箱在出厂时都是经过严格计量标定，但是在运输过程中难免会磕磕碰碰，以及在荷载箱和钢筋笼加工焊接过程中容易电焊到荷载箱导致荷载箱在检测时发现漏油现象，由于荷载箱已经埋设到桩身中，这样自平衡法测试就无法再继续进行，使得自平衡法无法进行随机检测。

2、传统堆载法的优缺点分析

2.1 传统堆载法测试技术优点

传统堆载法测试技术发展时间较长，在理论和实践方面都已经很成熟，传统堆载法就是使用外部荷载来模拟建筑物产生的荷载，而不需要像自平衡法那样对上段桩进行承载力转换，这样堆载法更直观、更容易理解；在测试准备过程中发现测试系统存在问题时可以及时更换设备（包括千斤顶），可以做到对工程桩进行随机抽检。

2.2 传统堆载法测试技术缺点

传统堆载法测试技术由于在测试过程中需要使用到外部荷载，这使得其在测试时占用场地大，多根桩同时检测变得有点困难，对于跨江和海上工程而言，根本无法提供足够的场地来保证传统堆载法的顺利进行；而且稍大的吨位基桩（如高速公路、高层建筑等桩基）在堆码外部荷载过程和检测过程中容易产生安全问题，甚至有更大吨位的基桩用传统堆载法无法进行堆码。相对于自平衡法测试技术而言，传统堆载法费时、费工、成本高、不能像自平衡那样轻松进行多根桩同时测试等缺点，并且传统堆载法对场地要求高，稍有软土或者雨后都将影响配重的堆码，一旦压重平台反力支墩出现不均匀沉降会引起受检桩桩头偏心受力，容易破坏受检桩桩头，使得测试无法进行。

测试中影响因素的分析

1、二者共同影响因素

1.1自然环境

⑴ 风、雨雪和低温环境影响最为显著。风速过大会吹动平衡梁颤抖，发生过大扰度，连带位移表上下晃动，抑或吹动连接在位移表的数据线带动位移表晃动，致使采集数据偏离实际情况。

⑵ 自然中偶然因素例如地震、泥石流、海啸等影响甚大，不只是测试结果问题、经济损失，甚至威胁到工作人员的生命。

1.2 人为因素

⑴ 测试技术人员操作不规范。在测试过程中，加卸载与位移观察没有参照规范严格进行操作。且有的操作者随意改动测试数据；数据线接头接错；没有搭设临时保护棚等。

(2) 测试前设备检查工作疏忽，致使测试过程中关键测试仪器出现问题直接导致测试失败,例如，静载测试仪故障无法采集数据，千斤顶（荷载箱）漏油无法打开等。

1.3 施工方因素

⑴ 施工单位为赶超工期或测试单位为增加月测试项目，没达到桩基混凝土养护期开始测试（测试时间一般为在桩身强度达到设计要求的70%前提下，成桩到开始试桩的时间可根据具体试桩工程，参照不同部门标准执行。)

⑵ 施工现场大型作业设备

测试作业现场周围存在打桩机、钻孔机、起重器、吊机等大型机械设备作业，抑或有大型运输工具频繁通过，致使测试现场土质剧烈晃动，通过基准桩连带平衡梁不停地震动抑或剧烈晃动，装架在其上面的测试位移表抖动（位移表又是测试桩基位移关键仪器，负责采集桩基在逐级加载情况下变化位移），导致测试结果大大偏离实际情况。

2、自平衡法测试技术工程应用中主要影响因素

2.1 人为因素

(1) “平衡点”计算出错。所谓“平衡点”是：上段桩的负摩阻力+上段桩自重=下段桩摩阻力+端阻力， “平衡点”实质上是反力平衡位置，确定其位置是一个困难而复杂的问题。一般工程技术人员在计算过程中忽略上端桩自重，利用地质勘探报告资料计算“上段桩的负摩阻力=下段桩摩阻力+端阻力”，然后根据自己工程经验适当向下放一定距离弥补计算过程中忽略上段桩自重的影响，并且还能保证避免加载过程出现上段桩顶起，上、下段桩没有同时达到极限承载力，而上段先达到导致下段无法测得极限承载力。因此，在试验以前根据已有资料和试桩经验来确定的所谓“平衡点”，存在一定偏差。

(2) 其他现场人员影响：施工现场农民工、技术人员由于好奇会围观，触摸测试工具；其他作业设备工作人员任意接拆电线，致使测试过程中不断停电等。

2.2 施工技术工艺

⑴ 试桩成孔后桩底沉渣

试桩为端承摩擦桩或摩擦桩，桩端沉渣清洗不干净，由于桩底沉渣在增量荷载作用下沉降迅速加大，直至沉渣被充分压密。如果沉渣被压实的位移过大（对于自平衡法来讲是下位移增大），甚至超出规范或设计允许的基桩最大沉降量，会导致无法判定检测结果是否是沉渣过大影响，还是自平衡法“平衡点”摆放位置靠桩身下部影响，导致下段桩提供不了相应的反力；

⑵ 荷载箱埋设不到位

施工单位工人工作疏忽导致埋设不到位，一是成孔标高没有满足要求导致荷载箱没有埋设到位；二是荷载箱焊接到钢筋笼上位置有误差；三是下钢筋笼荷载箱没有放到计算位置。

2.3 合作方问题

业主与测试单位签订合同，授权测试单位测试。而测试单位并没有与施工单位发生合同关系。在测试工作进行中需要施工单位配合，例如埋设荷载箱、架设平衡梁等，施工单位不与配合或要配合费或不乐意地配合，导致测试困难。

3、传统堆载法测试技术工程应用中主要影响因素

3.1 自然环境

由于检测现场场地过于泥泞，致使受检桩周围的地基土不能提供堆载所需的反力，这样容易引起压重平台不能水平，如果压重平台过于倾斜容易引起受检桩桩头破坏，导致测试失败。风、雨雪天气容易引起基准梁的晃动，致使测试数据采集失真。对于大直径的灌注桩，基准梁要达到《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003中第4.2.5条的要求不小于4D且>2.0m ，会使得基准梁不便运输。

3.2 人为因素

测试单位为了节省成本，会在一根受检桩上测试好几根桩的数据，这样就省了吊装费用，导致测试数据不真实。除此之外，施工现场农民工、技术人员由于天气炎热原因会躲进压重平台下乘凉，这样容易触碰到基准梁引起检测数据失真，对于大吨位的受检桩，现场人员进入压重平台下还容易引起安全事故。

总结归纳

本文从两者的测试原理、测试工程中自然环境、人为因素、施工等影响因素做了详细介绍，并对两者的优缺点做了对比分析，研究结果表明：1、对于大吨位基桩宜采用自平衡法测试技术，小吨位可采用传统静载堆载法(压重平台反力装置)。

2、对于场地狭小或跨江跨海等工程基桩宜采用自平衡法测试技术，不能使用堆载法。

3、工程工期紧，需要赶工期的工程使用自平衡法测试技术更为方便。

参考文献：

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