自平衡法承载力试验在某工程中的应用

1.1 自平衡法简介

在此项技术问世之时，为保持其在当地检测和施工行业的优势竞争力，通莫静载法的发明人并没有着力对外推广此项技术。 直到90年代中后期，随着荷兰通莫系统有限公司------ 这家由专利持有人的后人创办，并致力于将Afar Vasela 公司系列技术进行市场化推广的企业走入人们的视野， 这项技术的初创者才广为世人所知。1980年代中期，通莫静载法(T-pile ?)传入了美国，并通过美国西北大学教授Osterberg先生的推广，在国际基础工程行业进行了成功的应用。其在美国的应用被称为Osterberg试桩法，由于知识产权等方面的原因，Osterberg先生在美国自行开发了加载装置，并申请了专利（美国专利号4614110）。1990年代后期，通过美国和中国的学术交流，由东南大学于1993年从美国将该法引进,并称之为“自平衡法”。 

1.2 自平衡法试验原理

该方法是接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，其加载设备是荷载箱,它与钢筋笼连接后安装在桩身，并将高压油管和位移棒一起引到地面。试验时，从桩顶用高压油泵通过高压油管对荷载箱内腔施加压力，箱顶与箱底被推开，产生向上与向下的推力，从而调动桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力，直至破坏。将桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力迭加，即得到桩的抗压极限承载力。

1.4 自平衡试验方法

试验按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）和《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）进行：

1.4.1 试验条件

在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应小于10d；对于粉土和粘性土，不应少于15d；对于淤泥或淤泥质土不应少于25天。

1.4.2 试验加载方式

     一般采用慢速维荷法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直至试桩破坏或达到试验要求，然后分级卸载至0。当考虑缩短试验时间，对工程桩做验证性试验时，可采用快速维荷法，及每小时加载一级。

1.4.3 加卸载与位移观测

1) 加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/10~1/15，**级可按2倍分级荷载加荷。

2) 位移观测：每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60（min）测读一次，以后每隔30min测读一次，每次测读值记入试验记录表。

3) 位移相对稳定标准：每一小时的位移不超过0.1mm并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

4) 终止加载条件：当出现下载情况之一时，即可终止加载。

（a）已达到极限加载值；

（b）某级荷载作用下，桩的位移量为前一级荷载作用下位移量的5倍；

（c）某级荷载作用下，桩的位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；

（d）累计上拔量超过100mm。

5) 载与卸载位移观测：每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次后，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。

3 自平衡法试桩施工及设备安装注意要点

试桩严格按设计图纸施工。同时，由于自平衡测桩法的需要，应做到以下几点：

1）试桩成孔后，垂直度用可靠的检测设备检测；

2）地面上绑扎和焊接钢筋笼。由施工单位负责，测试单位配合，位移棒与钢筋笼绑扎成整体，确保护管不渗泥浆；

3) 荷载箱立放在平整地面上，吊车将上节钢筋笼吊起与荷载箱上顶板焊接，保证钢筋笼与荷载箱在同一水平面上，在电焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋、下端与内圆边缘电焊，保证荷载箱水平度小于3%，然后将荷载箱下底板与下节钢筋笼连接，焊接下喇叭筋；

4）埋荷载箱前检查桩径，桩长（包括荷载箱），油管及钢管长度，钢管距离。吊车将测试设备与钢筋笼放入桩底，埋完荷载箱，保护油管及钢管封头，以防杂物漏入；

5）试桩混凝土标高同工程桩，灌注混凝土时导管通过荷载箱到达桩端进行混凝土灌注，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度放慢，当荷载箱上部混凝土大于2.5m时，导管底端方可拔过荷载箱，浇灌混凝土至设计桩顶。荷载箱下部混凝土塌落度宜大于180mm，以便于混凝土在荷载箱处上翻。

4 工程实例

4.1 试桩概况

表5-1

4.2 自平衡法测试曲线

   海口双线特大桥404#试桩采用自平衡承载力试验方法，**大加载量为1300吨（上下各650吨），其荷载—位移测试曲线如图5-1所示。

图 5-1 自平衡法荷载—位移测试曲线

4.3 自平衡法转换曲线与锚桩和堆载法曲线对比

     把上面自平衡法测试曲线经转换方法转换后与海口双线特大桥251#锚桩法试桩和青莱高速潍河特大桥5#堆载法试桩所测曲线进行比较可以看出，该方法测试曲线经转换后跟传统方法测试曲线基本吻合（如图5-2）。

图5-2 自平衡法转换曲线与锚桩和堆载法曲线对比

5 结论

通过对自平衡法的测试原理、加载设备、工程施工、设备安装及测试数据分析，结合工程实例，与传统桩基础荷载试验的对比，我们可以看出该方法测试曲线经转换后跟传统方法测试曲线基本吻合；并该方法较传统静载试验方法有安全、省时、经济，不受场地条件及吨位限制等得优点；因此该方法完全可以满足工程应用的要求。

自平衡法承载力试验在某工程中的应用

1.1 自平衡法简介

在此项技术问世之时，为保持其在当地检测和施工行业的优势竞争力，通莫静载法的发明人并没有着力对外推广此项技术。 直到90年代中后期，随着荷兰通莫系统有限公司------ 这家由专利持有人的后人创办，并致力于将Afar Vasela 公司系列技术进行市场化推广的企业走入人们的视野， 这项技术的初创者才广为世人所知。1980年代中期，通莫静载法(T-pile ?)传入了美国，并通过美国西北大学教授Osterberg先生的推广，在国际基础工程行业进行了成功的应用。其在美国的应用被称为Osterberg试桩法，由于知识产权等方面的原因，Osterberg先生在美国自行开发了加载装置，并申请了专利（美国专利号4614110）。1990年代后期，通过美国和中国的学术交流，由东南大学于1993年从美国将该法引进,并称之为“自平衡法”。 

1.2 自平衡法试验原理

该方法是接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，其加载设备是荷载箱,它与钢筋笼连接后安装在桩身，并将高压油管和位移棒一起引到地面。试验时，从桩顶用高压油泵通过高压油管对荷载箱内腔施加压力，箱顶与箱底被推开，产生向上与向下的推力，从而调动桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力，直至破坏。将桩周土的侧阻力与桩端土的端阻力迭加，即得到桩的抗压极限承载力。

1.4 自平衡试验方法

试验按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）和《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）进行：

1.4.1 试验条件

在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不应小于10d；对于粉土和粘性土，不应少于15d；对于淤泥或淤泥质土不应少于25天。

1.4.2 试验加载方式

     一般采用慢速维荷法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直至试桩破坏或达到试验要求，然后分级卸载至0。当考虑缩短试验时间，对工程桩做验证性试验时，可采用快速维荷法，及每小时加载一级。

1.4.3 加卸载与位移观测

1) 加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/10~1/15，**级可按2倍分级荷载加荷。

2) 位移观测：每级加载后在第1h内应在5、15、30、45、60（min）测读一次，以后每隔30min测读一次，每次测读值记入试验记录表。

3) 位移相对稳定标准：每一小时的位移不超过0.1mm并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

4) 终止加载条件：当出现下载情况之一时，即可终止加载。

（a）已达到极限加载值；

（b）某级荷载作用下，桩的位移量为前一级荷载作用下位移量的5倍；

（c）某级荷载作用下，桩的位移量大于前一级荷载作用下位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；

（d）累计上拔量超过100mm。

5) 载与卸载位移观测：每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次后，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。

3 自平衡法试桩施工及设备安装注意要点

试桩严格按设计图纸施工。同时，由于自平衡测桩法的需要，应做到以下几点：

1）试桩成孔后，垂直度用可靠的检测设备检测；

2）地面上绑扎和焊接钢筋笼。由施工单位负责，测试单位配合，位移棒与钢筋笼绑扎成整体，确保护管不渗泥浆；

3) 荷载箱立放在平整地面上，吊车将上节钢筋笼吊起与荷载箱上顶板焊接，保证钢筋笼与荷载箱在同一水平面上，在电焊喇叭筋，喇叭筋上端与主筋、下端与内圆边缘电焊，保证荷载箱水平度小于3%，然后将荷载箱下底板与下节钢筋笼连接，焊接下喇叭筋；

4）埋荷载箱前检查桩径，桩长（包括荷载箱），油管及钢管长度，钢管距离。吊车将测试设备与钢筋笼放入桩底，埋完荷载箱，保护油管及钢管封头，以防杂物漏入；

5）试桩混凝土标高同工程桩，灌注混凝土时导管通过荷载箱到达桩端进行混凝土灌注，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度放慢，当荷载箱上部混凝土大于2.5m时，导管底端方可拔过荷载箱，浇灌混凝土至设计桩顶。荷载箱下部混凝土塌落度宜大于180mm，以便于混凝土在荷载箱处上翻。

4 工程实例

4.1 试桩概况

表5-1

4.2 自平衡法测试曲线

   海口双线特大桥404#试桩采用自平衡承载力试验方法，**大加载量为1300吨（上下各650吨），其荷载—位移测试曲线如图5-1所示。

图 5-1 自平衡法荷载—位移测试曲线

4.3 自平衡法转换曲线与锚桩和堆载法曲线对比

     把上面自平衡法测试曲线经转换方法转换后与海口双线特大桥251#锚桩法试桩和青莱高速潍河特大桥5#堆载法试桩所测曲线进行比较可以看出，该方法测试曲线经转换后跟传统方法测试曲线基本吻合（如图5-2）。

图5-2 自平衡法转换曲线与锚桩和堆载法曲线对比

5 结论

通过对自平衡法的测试原理、加载设备、工程施工、设备安装及测试数据分析，结合工程实例，与传统桩基础荷载试验的对比，我们可以看出该方法测试曲线经转换后跟传统方法测试曲线基本吻合；并该方法较传统静载试验方法有安全、省时、经济，不受场地条件及吨位限制等得优点；因此该方法完全可以满足工程应用的要求。