自平衡法的桩基检测

自平衡法桩基检测实例
一、前言
杭州市某改造工程，全线长918.76m。

主线高架标准宽度为25m。

一座半互通式立交。

高架桥基础采用大直径钻孔灌注桩，桩径为250cm、150cm、120cm、100cm四种，主要桩径为120cm。

受业主委托，我院于于2007年11月1日对整治工程1根试桩进行荷载箱预埋，整个预埋工作都在现场技术人员的指导监督下顺利进行,并于2007年11月28日～11月29日进行了静载荷试验现场测试工作。

试验采用自平衡法，并用慢速维持荷载法加载，按预先制定的试验方案严格遵照测试规程进行，现场测试顺利。

二、工程地质概况
根据场地岩土工程勘察报告，场地桩长范围内主要地层分布参见下表1，岩土主要物理力学特征详见地质勘察报告。

表1: 主要地层分布表(对应Z6 孔)
三、试桩参数
本段试验共进行3根试桩的静载试验。

其中1根采用自平衡深层静载荷试验方法，2根采用堆载法。

本次为1根（SZ1），试验方法采用自平衡法。

有关试桩参数见表2：
表2：SZ1试桩主要参数表
四、试验方法、检测设备与执行标准
（一）测试原理
基桩自平衡深层静载荷试验是把荷载箱置于桩身预定深度，利用载荷箱上部桩侧摩阻做反力，进行端阻力、单桩竖向极限承载力检测，荷载箱提供向上、向下的内力，从而使桩端阻力与桩侧阻力基本相等而达到平衡。

在试验加载过程中，根据规范要求，记录逐级荷载及相应的桩身向上和向下的位移，得到荷载与位移关系曲线，根据规范评价基桩的极限承载力、端阻力和侧阻力等参数。

（二）实验仪器设备
本次基桩自平衡试验采用的设备有：荷载箱（国家一级计量部门标定）、电动油泵与压力表、百分表等。

加载采用荷载箱，通过高压油泵输油加载，加载力值由压力表测读，试桩的位移量测采用百分表人工测读，荷载箱加载时，共架设5只百分表，其中2只测量荷载箱向下位移，2只测量荷载箱向上位移，1只测量桩顶向上位移。

现场数据经整理分析后绘制成：荷
载箱向下位移Q-s曲线和s-lgt曲线，荷载箱向上位移U-δ曲线和δ-lgt曲线，并可根据需要转换为与传统试桩方法等效的桩顶Q-s曲线。

图1：桩基自平衡法测试系统图
（三）测试规程
单桩竖向静荷载试验按照中华人民共和国国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）,浙江省标准《建筑地基基础设计规范》（DB33/1001-2003），《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）, 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）, 《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）,并参考江苏省标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）等有关静载试验的规范进行，加载采用慢速维持法，即：
1、试验时间：在成桩后不少于15天进行测试。

2、加载分级与位移观测：
（1）每级加载为荷载箱额定荷载的1/15，第一级按两倍荷载分级加载，卸载分5级进行。

荷载箱额定荷载取设计竖向容许承载力。

（2）每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min各测读一次位移量值，以后每隔30min测读一次。

（3）电子位移计经数据采集仪连接到电脑，直接由电脑自动控制测读，在电脑屏幕上显示Q-S、S-lgt曲线。

（也可采用百分表人工测读）
3、相对稳定标准：每一小时内的位移均不超过0.1mm，并连续出现二次（由1.5h内连续三次观测值计算），即可认为相对稳定，可加下一级荷载。

4、下段桩（桩端）终止加载条件与极限承载力的确定
（1）荷载箱向下总位移量大于或等于40mm（对于直径大于800mm的桩可取0.05D，下同），本级荷载下的位移量大于或等于前一级荷载下的位移量的5倍时，加载即可终止。

取终止荷载的前一级荷载为极限承载力。

（2）总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h未达稳定，加载即可终止。

取终止荷载的前一级荷载为极限承载力。

（3）总位移量小于40mm，但荷载已大于或等于设计要求的最大加载量时，加载即可终止。

取此时的荷载为极限承载力。

（4）当荷载～位移（Q～S）曲线呈缓变型时，总位移量已超过60mm，加载即可终止。

取对应于40mm的荷载为极限承载力。

（5）当荷载～位移（Q～S）曲线呈陡降型时，曲线上明显陡降段的起点所对应的荷载为极限承载力。

（6）根据位移随时间的变化特征，取S～lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限承载力。

5、上段桩终止加载条件与极限承载力的确定
（1）本级荷载下的荷载箱向上位移量大于或等于前一级荷载下的位移量的5倍时，加载即可终止。

取终止荷载的前一级荷载为极限承载力。

（2）当累计荷载箱向上位移超过100mm或荷载箱行程时，加载即可终止。

取对应于40mm的荷载为极限承载力。

（3）当荷载已大于或等于设计要求的最大加载量时，加载即可终止。

取此时的荷载为极限承载力。

（4）荷载～位移（Q～S）曲线呈陡降型时，曲线上明显陡降段的起点所对应的荷载为极限承载力。

（5）根据位移随时间的变化特征，取S～lgt曲线尾部明显弯曲的前一级荷载为极限承载力。

6、卸载分级与位移观测
（1）卸载分5级进行，即卸载为加载值的两倍，逐级等量卸载，直至到零。

（2）卸载时，每级荷载维持1h，按第30、60min各测读一次回弹量后，即可卸下一级荷载。

（3）卸载到零后，应测读残余位移量，维持时间为3h，测读时间为第30、60min，以后每隔30min测读一次。

7、单桩竖向抗压极限承载力的确定
根据上述第4条和第5条的极限承载力确定方法，实测得到荷载箱上段桩的极限承载力Q 和荷载箱下段桩的极限承载力Q ，按照《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）中的承载力计算公式得到单桩竖向抗压极限承载力：
式中：
Q u：单桩竖向抗压极限承载力（kN）；
Q u上：荷载箱上段桩的实测极限承载力（kN）；
Q u下：荷载箱下段桩的实测极限承载力（kN）；
W ：荷载箱上段桩的自重；
g ：荷载箱上段桩侧阻力修正系数，对于粘土、粉土g 取0.8，对于砂土取0.7。

（四）加卸载分级荷载表
表3：加卸载分级荷载表
五、基桩自平衡深层静荷载试验结果及分析
本场地的1根试桩现场测试工作于2007年11月29日全部完成，整个测试作业严格按测试规程进行，测试过程情况正常。

由现场实测数据绘制的向下位移Q～S曲线、S～lgt曲线和向上位移U～δ曲线、δ～lgt曲线详见附录，从中可以看出：
SZ1/H25试桩：
荷载箱分级荷载按额定荷载6850kN分成10级加载，每级加载值685kN，首级为1370kN(荷载分级参见表3),荷载箱加载至最大试验荷载第10级荷载6850kN，实测上段桩向上位移U～δ曲线呈缓变型、δ～lgt曲线呈平直型，且位移量很小，说明上段桩侧阻力表现良好且尚有余量；下段桩向下位移Q～S曲线呈缓变型、S～lgt曲线呈平直型，持力层性状一般。

当荷载箱正常加载至最大试验荷载（对应加载值为第10级荷载6850kN）时，下段桩荷载箱向下位移累计39.52mm，卸载后剩余位移为27.13mm，回弹率31.35%，而对应的荷载箱向上位移为6.61mm，卸载后剩余位移为3.55mm，回弹率46.29%。

表4：测试成果汇总表
计算过程如下：
根据地质报告，荷载箱上段桩侧阻力修正系数取: g = 0.8
试桩SZ1(H25)单桩竖向抗压极限承载力为：
上段桩侧土极限摩阻力：取对应于第10级荷载6850kN并考虑自重和修正因子后，经计算约为7830kN
下段桩（桩端）极限承载力：取对应于第10级荷载6850kN
单桩竖向抗压极限承载力=上段桩侧土极限摩阻力+下段桩极限承载力，即为：。