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自平衡法桩基检测原理
自平衡法（Self-Balancing Method）是一种常用的桩基检测方法，它基于桩的静力平衡原理。
自平衡法的基本原理是在桩顶施加一个平衡荷载，使桩与平衡荷载达到静力平衡状态，通过测量平衡荷载与桩顶位移的关系，可以计算得出桩底的承载性能。
具体原理如下：1. 在待检测的桩顶施加一个平衡荷载，使桩与平衡荷载达到静力平衡状态。
平衡荷载的大小与桩的承载能力相关。
2. 在平衡荷载作用下，测量桩顶的位移。
一般使用位移传感器进行测量。
3. 将桩顶位移与平衡荷载的关系制成荷载位移曲线。
根据该曲线，可以求解得出桩底的承载力。
需要注意的是，自平衡法桩基检测原理中的静力平衡状态是一个理想化的状态，在实际检测过程中，往往考虑到桩的动力效应和动力响应，以及结构的非线性等因素，需要进行一系列的修正和校正，以确保测试结果的准确性。
⾃平衡法桩基检测⽅法介绍单桩静载荷试验，⽬前常⽤的⽅法为堆载法和锚桩法。
堆载法，是最朴素的⽅法，通常⽤于单桩竖向极限承载⼒1000吨以内的试桩。
另外，如果场地受限，堆载法也不适⽤。
锚桩法，是⽬前常⽤的⽅法，北京的中国尊试桩已加载到5000吨。
⾃平衡法，顾名思义，是由桩体本⾝重量提供反⼒，⽽不借助外⼒的⼀种静载荷试桩⽅法。
通过在桩间预埋压⼒盒，并在此由千⽄顶加载，通过测试上下段桩的承载⼒得到整根桩的承载⼒。
⾃平衡法与传统的堆载法和锚桩法不同，该技术是在施⼯过程中将按桩承载⼒参数要求定型制作的荷载箱置于桩⾝底部，连接施压油管及位移测量装置于桩顶部，待砼养护到标准龄期后，通过顶部⾼压油泵给底部荷载箱施压，得出桩端承载⼒及桩侧总摩阻⼒。
⾃平衡法应是⾸先⽤于交通⾏业。
野外公路桥梁作业受限，⽆法进⾏常规的堆载或锚桩试桩。
另外，桥梁的桩通常承载⼒⼤，⽬前的试桩⽅法⽆法实现。
这两个因素使⾃平衡法试桩在交通⾏业得以应⽤，并颁布了规程。
根据现有可查证的档案记录，⽬前被国内冠之以”⾃平衡法“之名的桩内预埋加载设备进⾏桩基承载特性检测的⽅法，最早于1960年代有以⾊列Afar Vasela公司提出并实施。
根据专利资料，该法被称为”⼀种新的承载⼒测试⽅法“，俗称为“通莫静载法”。
⾃平衡法测桩法是⼀种基于在桩基内部寻求加载反⼒的间接的静载荷试验⽅法。
其主要装置是⼀种特制的荷载箱，它与钢筋笼连接⽽安置于桩⾝下部。
试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压⼒，箱盖与箱底被推开，从⽽调动桩周⼟的摩阻⼒与端阻⼒，直⾄破坏。
将桩侧⼟摩阻⼒与桩底⼟阻⼒迭加⽽得到单桩抗压承载⼒，其测试原理见图。
⾃平衡测桩法具有许多优点：(a)装置简单，不占⽤场地、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；(b)利⽤桩的侧阻与端阻互为反⼒，直接测得桩侧阻⼒与端阻⼒；(c)试桩准备⼯作省时省⼒；(d)试验费⽤较省，与传统⽅法相⽐可节省试验费约30％~40％，具体⽐例视桩与地质条件⽽定；(e)试验后试桩仍可作为⼯程桩使⽤，必要时可利⽤输压管对桩底进⾏压⼒灌浆；(f)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。
试验桩自平衡法、声波透射法检测方案1 概述1.1 工程概况为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，根据国家规范和设计有关文件，对该工程指定的试桩采用静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采用声波透射法进行桩身完整性检测。
1.2 试验目的1.确定桩身完整性2.确定单桩竖向抗压极限承载力1.3 试验依据1．《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）2．《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）3．《基桩静载试验自平衡法》（JT /T738-2009）4．《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）6. 设计图纸7. 地质报告2地质情况依据勘察报告，、各岩土层相关灌注桩桩基参数建议如下表：3桩身完整性检测声波透射法测试原理声波透射法检测仪器设备及现场联接如下图所示。
声波透射法试验示意图超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。
测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。
在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。
测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。
换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。
说明：桩身完整性判定见《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014中表4单桩竖向抗压静载试验（自平衡法）4.1自平衡试验简介自平衡法由1960年代的以色列Afar Vasela 公司开创并于1979年申请了专利称为通莫静载法(T-pile ®)。
桩基础检测——自平衡法的介绍自平衡法测桩法是一种基于在桩基内部寻求加载反力的间接的静载荷试验方法。
其主要装置是一种特制的荷载箱，它与钢筋笼连接而安置于桩身下部。
试验时，从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力，箱盖与箱底被推开，从而调动桩周土的摩阻力与端阻力，直至破坏。
将桩侧土摩阻力与桩底土阻力迭加而得到单桩抗压承载力，其测试原理见图。
自平衡测桩法具有许多优点：(a)装置简单，不占用场地、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；(b)利用桩的侧阻与端阻互为反力，直接测得桩侧阻力与端阻力；(c)试桩准备工作省时省力；(d)试验费用较省，与传统方法相比可节省试验费约30％~40％，具体比例视桩与地质条件而定；(e)试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时可利用输压管对桩底进行压力灌浆；(f)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。
根据近年的实践表明，自平衡试桩法适用于钻孔灌注桩，人工挖孔桩、沉管灌注桩，桩受力的形式有：摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩、端承校、抗拔桩。
应用场地除一般的粘性土、粉土、砂土、岩层等常规场地外，目前已在坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、抗拔桩试桩获得成功。
对于大吨位、大尺寸桩，采用自平衡法可方便地测得其承载力，但其代价也较大。
由于该法可分别测得侧阻力、端阻力，故可求得单位面积侧阻力、端阻力。
目前国内外都经常先进行模拟桩的测试，再根据实际尺寸换算求得大桩的承载力，但模拟桩的直径不应小于800mm，以防尺寸效应带来的误差。
囊式荷载箱组焊准备囊式荷载箱组焊囊式荷载箱导流筒囊式荷载箱导流筒混凝土填充囊式荷载箱-钢筋笼焊装囊式荷载箱-导正筋。
试验桩自平衡法、声波透射法检测方案1 概述1.1 工程概况为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，根据国家规范和设计有关文件，对该工程指定的试桩采用静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采用声波透射法进行桩身完整性检测。
1.2 试验目的1.确定桩身完整性2.确定单桩竖向抗压极限承载力1.3 试验依据1．《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）2．《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）3．《基桩静载试验自平衡法》（JT /T738-2009）4．《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）6. 设计图纸7. 地质报告2地质情况依据勘察报告，、各岩土层相关灌注桩桩基参数建议如下表：层号土层名称fak(kPa)抗拔系数λ钻孔灌注桩后注浆增强系数qsik(kPa)qpk(kPa)βsiβp2 ②粉质粘土120 0.70 45 1.4 3 ③粘土130 0.70 45 1.4 4 ④粘土140 0.70 50 1.45 ⑤粉质粘土140 0.70 50 1.4 ⑤1粉土150 0.70 40 1.46 ⑥粉质粘土150 0.70 50 1.4 ⑥1中粗砂160 0.60 45 1.7层号土层名称fak(kPa)抗拔系数λ钻孔灌注桩后注浆增强系数qsik(kPa)qpk(kPa)βsiβp7 ⑦粉质粘土150 0.70 55 1.4 ⑦1粘土160 0.70 60 1.4 ⑦2细砂160 0.60 45 1.68⑧粘土190 0.75 70 1.4 ⑧1粉质粘土170 0.70 65 1.4 ⑧2砾岩260 0.50 130 2.9 ⑨粉质粘土200 0.70 70 1.4 ⑨1粘土220 0.75 75 1.41 0 ⑩辉长岩残积土220 65 1.41 1 ?全风化辉长岩300 80 1.41 2?强风化辉长岩500 140 18001.42.0 ?1强风化辉长岩600 160 2200 1.42.3桩身完整性检测声波透射法测试原理声波透射法检测仪器设备及现场联接如下图所示。
试验桩自平衡法、声波透射法检测方案1 概述1.1 工程概况为了保证施工的顺利进行和结构的安全可靠，根据国家规范和设计有关文件，对该工程指定的试桩采用静载（自平衡法）进行检测，并对试桩采用声波透射法进行桩身完整性检测。
1.2 试验目的1.确定桩身完整性2.确定单桩竖向抗压极限承载力1.3 试验依据1．《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）2．《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）3．《基桩静载试验自平衡法》（JT /T738-2009）4．《基桩承载力自平衡检测技术规程》（山东省工程建设标准）6. 设计图纸7. 地质报告2地质情况依据勘察报告，、各岩土层相关灌注桩桩基参数建议如下表：层号土层名称fak(kPa)抗拔系数λ钻孔灌注桩后注浆增强系数qsik(kPa)qpk(kPa)βsiβp2 ②粉质粘土120 0.70 45 1.43 ③粘土130 0.70 45 1.44 ④粘土140 0.70 50 1.45 ⑤粉质粘土140 0.70 50 1.4⑤1粉土150 0.70 40 1.46 ⑥粉质粘土150 0.70 50 1.4 ⑥1中粗砂160 0.60 45 1.7层号土层名称fak (kPa)抗拔系数λ 钻孔灌注桩 后注浆增强系数 qsik (kPa) qpk (kPa) βsi βp 7⑦粉质粘土150 0.70 55 1.4 ⑦1粘 土 160 0.70 60 1.4 ⑦2细 砂 160 0.60 45 1.6 8⑧粘 土190 0.75 70 1.4 ⑧1粉质粘土 170 0.70 65 1.4 ⑧2砾 岩 260 0.50 130 2.0 9 ⑨粉质粘土200 0.70 70 1.4 ⑨1粘 土 220 0.75 75 1.4 10 ⑩辉长岩残积土 220 65 1.4 11 ⑪全风化辉长岩 300 80 1.4 12 ⑫强风化辉长岩 500 140 1800 1.4 2.0 ⑫1强风化辉长岩60016022001.42.03桩身完整性检测声波透射法测试原理声波透射法检测仪器设备及现场联接如下图所示。
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：。
