承载力检测自平衡方案

邢汾高速公路邢台至冀晋界自平衡法检测灌注桩承载力

河北道桥工程检测有限公司

2010年12月17日

一、概述

由于邢汾高速公路灌汪桩基础较多，为使桩基础的设计更安全且更经济，根据业主需要和国家规范要求，需进行1根试桩进行破坏荷载试验。有关试桩参数见表1。

表1 试桩参数一览表

（1）检验成桩工艺，确定合理稳妥的施工工艺、合适的施工技术设备；

（2）复核试桩位置的各地层地质资料，测定荷载与桩基沉降的P-S曲线、桩基的实际极限承载力等。

二、试验依据

建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）

建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB 50202-2002)

建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）

建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）及条文说明

公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）

基桩静载试验自平衡法（JT/T 738-2009）

国家现行的其它公路、桥涵工程验收检测标准、规范、规程

相关设计图及相关原材料试验资料等。

三、自平衡试桩法

3.1方法起源

传统的桩基荷载试验方法有两种，一是堆载法，二是锚桩法。两种方法都是采用油压千斤顶在桩顶施加荷载，而千斤顶的反力，前者通过反力架上的堆重与之平衡，后者通过反力架将反力传给锚桩，与锚桩的抗拔力平衡。其存在的主要问题是：前者必须解决几百吨甚至上千吨的荷载来源、堆放及运输问题，后者必须设置多根锚桩及反力大梁，不仅所需费用昂贵，时间较长，而且易受吨位和场地条件的限制（堆载法目前国内试桩最大极限承载力仅达3000吨，锚桩法的

试桩最大极限承载力也不超过4000吨），以致许多大吨位桩和特殊场地的桩（如山地、桥桩）的承载力往往得不到准确数据，基桩的潜力不能合理发挥，这是桩基础领域面临的一大难题。

为解决以上难题，美国学者Osterberg于80年代首先提出了自平衡测试法，并于80年代中期开展了桩承载力自平衡试验方法的研究，首先在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型，例如：1. 麻省波士顿附近Saugus河铁路大桥桥墩基桩，该桩为钢管桩，长39m，直径460mm，壁厚12.7mm，水上打桩；

2. 佛罗里达州Orange港公路大桥桥墩基桩，水深24m，船上打桩，采用压桩与自平衡测桩对比，试验结果吻合；

3. 麻省波士顿鹿岛水处理厂扩建工程建筑物基桩，该工程总投资数十亿美元，为美国特大型工程之一，桩端持力层为冰渍土，性质特好，由于自平衡测试法测得钻孔桩承载力潜力很大，将打入桩方案改为钻孔桩，节省大量资金。近几年欧洲及日本、加拿大、香港、新加坡等国也广泛使用该法，例如：1. 香港九龙广东铁路公司某大楼嵌岩桩；2. 新加坡某工程基桩，地层为13.7m 海洋粘土，下卧含漂石硬粘土。以上国家和地区都已有相应的测试规程，该法大有完全取代堆载压桩与锚桩法之势。

该测试方法已成功应用在水上试桩、坡地试桩等多种特殊场地试桩。桩型有钢桩、砼预制桩、钻孔灌注桩、沉管灌注桩及人工挖孔桩。静载试验的世界记录———美国佛罗里达州阿巴拉契可乐河的试桩。该试验系在一根工程桩上进行，桩径2.7m，嵌入基岩23.7m；桩身总长在河底以下31m。水深6.1m。用了三只荷载箱，放置于距桩底2.1m的同一平面。估计此位置可使向上的极限阻力大约等于向下的极限阻力（即端阻力加荷载箱以下桩段的侧阻力之和），试验总承载力为133MN。

3.2国内的应用

在我国，首先于1996年开始对该法的关键设备荷载箱和位移量测、数据采集处理系统进行了研究开发，经多次专家鉴定后，1999年6月制订了江苏省地方标准，2002建设部和科技部重点推广技术。目前该法在江苏、浙江、安徽、贵州、云南、四川、北京、上海、重庆、江西、湖北、福建、广东、广西、吉林、青海、新疆、河南、河北、山西等27省市应用于房屋建筑和桥梁桩基工程检测中。国内试验单桩最大承载力高达13000吨，最大桩径2.8m，最大桩长125m。

3.3省内的应用及河北道桥工程检测有限公司应用

建议破坏荷载试验采用自平衡的方法。该方法节约锚桩制作费用，且在我省多条高速公路应用。青红高速邯郸段、廊涿高速永定河特大桥、津汕高速公路子牙新河特大桥、漳卫新河大桥、邢威高速二期卫运河特大桥、廊沧高速沧州段子牙新河特大桥、沿海高速沧州段等多座桥梁灌注桩检测中使用。

河北道桥工程检测有限公司多次使用该技术，极大地降低了静载试验工程造价。该方法的最大优点是不需要制作锚桩。交通部发布《基桩静载试验 自平衡法》（JT/T 738-2009）列入行业标准。

3.4 试验原理

自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。

自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。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。

试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥，见图1。由于加载装置简单，多根桩可同时进行测试。

数据采集

应变计

传感线

P P

荷载箱

图1 桩承载力自平衡试验示意图

四、测试仪器设备

4.1 加载设备

试桩采用一个环形荷载箱，行程15~20cm，如图2所示，其加载值的率定曲线由计量部门标定。

高压油泵：最大加压值为60MPa，加压精度为每小格0.4MPa，其压力表亦由计量部门标定。

4.2 位移量测装置

量程50mm（可调），每桩6只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于量测桩身荷载箱处的向上位移，2只用于量测桩身荷载箱处的向下位移，2只用于量测桩顶向上位移。由计量部门标定；

图2 加载用荷载箱图3 加载用电子位移传感器五、施工要求

由于自平衡测桩法的需要，自平衡试桩施工时应注意以下几点：

1.地面上绑扎和焊接钢筋笼，由施工单位负责，测试单位配合，位移棒外护管、声测管连接用套筒围焊，确保护管不渗泥浆，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，运到工作平台上。

2.荷载箱应立放在平整地上，吊车将上节钢筋笼（外钢管）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，再点焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋，下端与内圆边缘点焊，保证荷载箱水平度小于3%；然后荷载箱下底板与下节钢筋笼连接，焊接下喇叭筋（具体要求同上）。

3.试桩混凝土标高同工程桩，导管通过荷载箱到达桩端浇捣混凝土，当混