自平衡法桩基检测解析

1.3 自平衡法
自平衡法在国外上世纪80 年代中期已经研究应用，我国 从90 年代中期起开始实用性的应用。通过多年的科研 应用，目前在交通桥梁和码头工程领域的使用较为广泛， 经过不断的实践累积，逐步从科研转变为工程的检测的 常规应用，部分行业和地区已经制定了相关的检测规程。 自平衡试桩法的基本原理是接近于竖向抗压(拔)桩的实 际工作条件的试验方法。首先把一种特制的加载装置— 荷载箱放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和位 移杆引到地面（平台）。

优点： 堆载反力梁装置使用比较广泛，其承重平台搭建简单， 适合于不同荷载量试验，及不配筋或少配筋的桩，可对 工程桩进行随机抽样检测。在千斤顶配合下，该装置可 以将力比较均匀缓慢地施加到桩上，能明显改善电动油 泵加载中的过冲现象，从而使荷载量的大小比较容易控 制。

缺点： 由于开始试验前 ，堆重物的重量由支撑墩传递到地 面，使桩周土受到了一定的影响，有报道称，当荷载大 于20000kN 时，影响深度将达到45m。而且大吨位试验 时，若用袋装砂石或场地土等作为堆重物，由于上部荷 载较大，造成安装时间较长，而且需要进行技术处理， 以防鼓凸倒塌。在广东地区，许多单位使用混凝土预制 块堆重，大大减少了安装时间，但需运输车辆及吊车配 合，试验成本较高；使用水箱配重，试验结束后，由于 要放水，会影响试验场地的整洁。
1.2 锚桩法： 锚桩反力梁装置在具体的应用中又可根据反力锚的不 同分为两种：将反力架与锚桩连接在一起提供反力的， 俗称锚桩反力梁装置；将几只螺旋钻钻入地下使用地锚 提供反力，俗称锚杆反力梁装置。锚桩反力梁装置就是 将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来， 依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供 反力。提供反力的大小由锚桩数量、反力架强度和被连 接锚桩的抗拔力决定。锚桩反力梁装置一般不会受现场 条件和加载吨位数的限制，当条件允许时采用工程桩作 锚桩是最经济的，但在试验过程中需要观测锚桩的上拔 量，以免拔断，造成工程损失。
工程试验桩的基本情况： 某工程在设计阶段采取试验桩的方式以提供桩承载力作 为设计参考依据。由于工程采用大直径的混凝土灌注桩， 承载力较高，而且工程现场及周边环境比较复杂，表层 土为较厚的淤泥质土，采用堆载竖向抗压静载检测存在 运输吊装难和安全隐患，因此建设各方确定采用自平衡 法对试验桩实施承载力检测。工程试验桩为混凝土摩擦 端承灌注桩，混凝土等级C35，直径1.6m，长度44.7m， 设计要求最大加载力为40000kN。超前钻显示桩主要源自文库 越淤泥、砂层和泥质粉砂岩层，持力层为微风化粉砂岩。

不同点 反力方式 ：自反力法加载时，反力来自于桩基内部，这 也正是自反力法技术优势的根本原因。而传统方法加载 时，反力来自于桩基外部，比如堆载配重反力、锚桩反 力等。 加载方向： 传统方法试验时，桩基一般总是整体受载荷， 且加载方向与传统试验规程的约定一致；自反力法试验 时，桩基经常是被分段加载，而且，经常有上部桩体受 载方向与传统试验规程的约定相反。因此，自反力法加 载完成后，往往不能加载结果直接套用传统试验规程进 行类比，得出安全性结论，而是将加载结果间接转换以 后，才能套用传统试验规程进行类比，得出安全性结论。

1.4自平衡法与传统加载方法比较

相同点 试验对象： 相对于其他测桩方法（高、低应变等）而 言，自反力法与传统加载方法一样，同属于对桩体直接 施载的方法，且试验结果为勘探、设计、施工的综合结 果。 试验原理： 自反力（自平衡）测桩法，并不是一种全 新的桩基静载试验，其代表的仅仅是在桩基内部寻求反 力的一类加载方法（或技巧），与传统的试验方法以及 现在普遍执行的试验规范并不矛盾。将自反力法（自平 衡法）视为对桩基上、下部同时进行传统方法加载，加 载设备、载荷分级方法、加载速度、稳定判别条件等， 与传统加载方法基本一致，完全可以在现有的传统试验 规范的框架内完成。
1 桩基检测方法---静荷载实验法
基桩工程质量的好坏主要取决于两个因素，即承载能力 与桩身质量，而承载力是二者中的主要因素。单桩承载 力的准确测试对于各类建筑物基础设计乃至上部结构的 设计都起着举足轻重的作用。长期以来，国内外确定单 桩承载力的方法很多，总的可分为两大类： 第一类是对工程现场试桩进行静载荷试验和动力检测； 第二类是通过其它手段，分别得出桩端阻力和桩身的侧 阻力后计算求得。基桩检测的主要目的之一是确定单桩 承载力，而单桩竖向静载荷试验是公认的检测单桩竖向 承载力最直观、最可靠的方法。
自平衡法荷载试验抗压极限承载力的确定 ⑴根据实测荷载箱上、下位移计算确定承载力：
⑵Q-S 曲线确定承载力和等效转换曲线。 通过自平衡法检测可获得的向上、向下两条Q-S 曲线 （S+ 和S- 曲线）。对于陡降型Q-s 曲线，取陡降起始 点对应的荷载。对缓变形Q-S 曲线，按位移值确定极限 值，极限侧阻取对应于向上位移S+=40～60mm 对应的 荷载；极限端阻取S-=40～60mm 对应荷载，或大直径 桩的S-=（0.03～0.06）D（D 为桩端直径，大直径桩取 低值，小直径桩取高值）的对应荷载。如果根据位移随 时间的变化特征确定极限承载力，下段桩取S-lgt 曲线 尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值，上段桩取S-lgt 曲线尾部出现明显向上弯曲的前一级荷载值。
由于试验中桩的下端并未达到极限值，所以通过试验数 据计算出来的极限值是偏于安全的，如果需要进一步检 测下部的极限承载力则需要外加反力继续对下部桩进行 加载试验。
在小吨位基桩和复合地基试验中，小巧易用的地锚就显 示出了工程上的便捷性。地锚根据螺旋钻受力方向的不 同可分为斜拉式（也即伞式）和竖直式，斜拉式中的螺 旋钻受土的竖向阻力和水平阻力，竖直式中的螺旋钻只 受土的竖向阻力。地锚提供反力的大小由螺旋钻叶片大 小和地层土质有关。虽然有不少单位使用地锚进行复合 地基试验，但由于试验过程中，地锚会对复合地基土产 生扰动，这一点需要引起足够重视。另外，还有一些反 力装置比如锚桩与堆重平台联合装置，以及利用现有建 筑物或特殊地形提供反力的。
目前，桩基静荷载试验主要有以下几类加载方法： 堆载法、锚固法和自反力法。 1.1 堆载法： 堆载反力梁装置就是在桩顶使用钢梁设置一承重平台， 上堆重物，依靠放在桩头上的千斤顶将平台逐步顶起， 从而将力施加到桩身。反力装置的主梁可以选用型钢， 也可用自行加工的箱梁。平台形状可以根据需要设置为 方形或矩形，堆载用的重物可以选用砂袋、混凝土预制 块、钢锭、甚至就地取土装袋，也有的用水箱。
静载试验法:该法被认为是目前检测基桩竖向抗压承载力 最直接和最可靠的试验方法。它所获得的Q—s 曲线的 形态由桩侧和桩端土的分布和性质、成桩工艺、桩的形 状尺寸等诸多因素而变化。当其陡降段明显时，可取相 应于陡降段起点的荷载值；对于缓变型曲线则一般取 s=40~60mm 对应的荷载，对于摩擦型灌注桩，取 s=logQ 曲线陡降直线段的起点所对应的荷载值。当曲 线特征不明确时，极限承载力的确定受人为因素的影响 较大。在工程实践中，基准梁和基准桩的问题常会被检 测人员所忽视，容易出现下列问题： ①基准桩打入深度不足，在试验过程中产生位移； ②基准梁长度不符合规范要求； ③基准梁刚度不足，产生较大的挠曲变形。
另外也可以通过转换等效为相应的传统静载方法获得的 一条Q-S 曲线，将荷载箱作用力转换为桩顶荷载值，上 下段桩位移转换为桩顶位移，参考竖向抗压静载的极限 承载力取值方法确定极限荷载。
优点： 自平衡测试法通过桩自身阻力作反力，避免了庞大的反 力装置，其装置简单，准备工作省时省力，并且可以节 省大量试验费用。 缺点： 当使用工程桩进行检测，荷载箱位置在加载后形成断桩， 不宜处理，荷载箱平衡点位置需要预估，上部桩身的摩 擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力不易平衡，另外测试 时，荷载箱上部测读的是负摩擦力，与实际情况不相同， 需要根据经验进行调整。
检测成果和分析： 当第9 级荷载加载完成后，继续通过油泵加油，但油泵 压力表读数始终无法上升到第10 级的对应读数，而荷 载箱上部桩整体不断被顶出，持续7 小时后，荷载箱体 顶位移增大了51mm，对应的桩顶位移为54mm，已经 达到了停止加载的条件，随后开始分级卸载。
根据试验数据，荷载箱上部桩位移已经达到极限破坏的 数值，因此向下极限摩阻力取Q +u =18189kN。 而下部桩未发生破坏，Q-u≥18189kN，从位移记录显 示荷载箱下部桩的变形量比较小，表明桩端无沉渣或沉 渣较小，桩端混凝土与岩层结合较好。 根据公式 =36000kN （荷载箱上部桩侧 向上阻力换算向下修正系数通过对图层分布的加权平均 计算取γ=0.9）。
试验程序： 通过对设计文件和地质资料的分析，将荷载箱布置在荷 载箱底板离桩端1.2m 处，这样能较有效测出各土层的 极限侧摩阻力。初步换算要达到设计要求的4000kN 荷 载值，荷载箱相应的加载值为20084kN。每级加载为单 桩极限承载极限值的1/10，每级加载后在第1h 内的5、 15、30、45、60 （min） 测读一次，以后每隔30min 测读一次；每1 小时内的位移不超过0.1mm，并连续出 现两次（由1.5h 内连续三次观测值计算），认为相对稳 定，可加下一级荷载。每级卸载值为加载值的2 倍，每 级卸载后隔15min 测读一次残余沉降，2 次后隔30min 再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3～4h 再读一次。
由高压油泵在地面（平台）向荷载箱充油加载，荷载箱 将力传递到桩身，其上部桩极限侧摩阻力及自重与下部 桩极限侧摩阻力及极限端阻力相平衡来维持加载，从而 获得桩的承载力。这种试验方法的最大特点是在桩基自 身内部寻求反力进行加载，不同于传统方法那样借助于 外部反力加载。
囊式荷载箱安装应用实例图片 http://www.cied.com.cn/hzx/shili.htm 自平衡法测桩技术资料下载 http://www.cied.com.cn/hzx/dl.htm 自平衡法技术优劣势分析 http://www.cied.com.cn/hzx/qa_zph.htm
加载位置： 传统试验法，加载点一般都是在桩顶；而自 反力法的加载点，一般都是安排在桩基内部，传力点桩头的概念发生了变化。因此，自反力法实施过程中， 需要采取一系列特殊措施，保证加载点的局部桩体的完 整。典型的措施有：桩体强度局部加强、降低桩截面载 荷集中程度、采用中低压的专业荷载箱等。
2.自平衡法荷载试验在工程试验桩的应用
优点： 锚桩反力梁装置是通过邻近工程桩或预设锚桩提供反力， 安装快捷，特别对于大吨位试桩，节约成本明显。 缺点： 安装时荷载对中不易控制，试验的开始阶段容易产生过 冲，当使用工程桩做锚桩时，会对工程桩的承载力产生 一定的影响，如果为试验桩设置专用的锚桩，则会大大 增加相关成本。锚桩在试验过程中受到上拔力的作用， 其桩周土的扰动同样会影响到试桩。《建筑桩基技术规 范》（JGJ94 － 94）提出的试桩与锚桩之间的中心位 置应≥ 4d 且≤ 2.0m 就是为了减小这种影响（d ：试桩 或锚桩的设计直径）。对于桩身承载力较大的钻孔灌注 桩锚桩反力梁装置无法进行随机抽样检测。
桩基检测方法—自平衡法
桩基检测方法---静荷载实验法 1.1 堆载法 1.2 锚桩法 1.3 自平衡法 1.4自平衡法与传统加载方法比较 2.自平衡法荷载试验在工程试验桩的应用 3. 结论
1.
桩基础是现代建筑中应用较普遍的一种地基处理技术。 但桩基础施工存在隐蔽性高，施工地形复杂，施工机械 性能不稳，人员素质参差不齐等因素，影响桩基的质量。 桩基质量不仅关系到建筑物的成败，更关系到人民群众 的生命财产的安全，所以国家强制规定桩基础施工必须 进行桩基检测。在工程实践中，由于对检测方法了解不 多或使用不当，或者因不重视而使用存在着随意性，造 成桩基工程质量检测的可靠性不高，给工程留下了隐患， 甚至造成质量事故。