灌注桩自平衡法静载试验检测技术在公路桥梁工程中的应用

灌注桩自平衡法静载试验检测技术在公
路桥梁工程中的应用
摘要：公路桥梁工程桩基检测完整性方法有钻芯法、低/高应变法和声波透
射法，静载试验法有堆载法、锚桩法和自平衡法，其中常采用堆载静载试验方法，基桩堆载试验虽然可以获得直观和可靠的结果，但是其花费的时间较多、耗费人
力多且需要试验场地满足的条件高，而自平衡检测法很大程度上弥补了堆载静载
试验所存在的诸多缺陷。

近年来国内很多建设项目中已经开始推广此方法。

本文
将对桩基础工程的自平衡检测法进行介绍，以期对自平衡检测法的发展过程、技
术内容进行分析。

关键词：灌注桩；自平衡法；静载试验；荷载箱；平衡点位置
1工程概况
吉林市高新大路桥梁工程高架桥标段北起规划纬九路北（桩号 K7+020），
向东南跨过规划纬九路、规划铁路、珲乌高速主线及匝道、南山道，南至南山道
南侧（桩号 K8+400），工程全长 1380m，其中高架桥长893m，并在珲乌高速南
侧左右设置上下桥坡道桥 2 座。

高新大路高架桥北起规划纬九路北，向东南跨
过规划纬九路、规划铁路、珲乌高速及南山道，在南山道南侧落地。

高架桥其下
部结构桥墩采用双柱式矩形柱式墩，桥墩墩柱断面尺寸为 1.40×1.40m。

现浇预
应力混凝土箱梁段中墩两个墩柱间设系梁连接，其余部分均为柱顶设盖梁。

墩柱
下设承台和桩基础相接。

桩基采用 2 根钻孔灌注桩；桩基直径采用 1.50m、
1.80m、
2.00m 三种规格。

桥台采用桩柱式桥台，盖梁下设直径 1.5m 钻孔灌注桩，台后设 8m 长搭板。

2灌注桩自平衡法静载试验检测技术在公路桥梁工程中的应用
2.1检测方案设计
桩基施工前，我们将与建设、监理和业主会面，对桩基进行编号，然后根据待检桩的结构参数选择制造商定制自平衡荷载箱。

2.2安装荷载箱、油管、位移杆及导管
桩孔验收合格后，即可组装荷载箱。

将荷载箱固定在灌注桩上，同时设置4根位移杆和保护管。

4根位移杆嵌入桩中，其中2根焊接固定在箱中。

后盖的位移检测意味着判断桩基底部的轴向力是否足够；此外，2根杆焊接到箱体顶部，以检测机器盖的位移，即检测桩基的上拔值。

装配保护管的目的是确保位移杆可以自由移动，以防止其受到砂浆或混凝土的影响。

2.3工程检测桩施工
(1）对检测桩展开施工时，混凝土泵车应作为进行混凝土浇筑的首要选择，灌注前在导管内加入一个隔水塞，将导管底部置于混凝土内0.8～1.3m范围内的混凝土量为最佳，对检测过程进行数据采集分析，从而得到最终数值。

混凝土浇筑结束后得到的标高应比设计方案所给出的数值高出1m左右，且高出部分应当划为废除桩头，以便将其拆除。

(2）进行混凝土浇筑时，随着不断接近桩基的自平衡点处，浇筑的速度也在不断降低，从而增加了该平衡点四周混凝土的密度。

(3）为避免钢筋笼在混凝土浇筑时出现上浮现象，应合理调控混凝土浇筑速度。

一旦出现浮笼的情况，立即对导管进行反复缓插快拔的干预措施，以达到使上浮的钢筋笼和混凝土一起下沉的目的。

2.4逐级加载并完成位移测量
(1）检测装置完成后，按照有关的桩基检测规定对桩开展分级等量加载。

加载过程中荷载值与加载值存在一定比例关系。

此外，首次进行加载应分级进行，每级加载量为预估最大加载量的1/10，第一级可按两倍分级何在加载，卸载也应分级进行，每级卸载量为两个加载级的荷载值。

加卸载应均匀连续，每级何在在维持过程中的变化幅度不得超过每级荷载的10%。

(2）在完成分级等量加载后，通过固定时间差进行数据测算，分别通过5min、15min、30min、45min、60min进行测算，后续则每隔0.5h测读一次。

(3）在进行加载时需要对加载位移进行观测，在1.5h内依次进行的三次测算，可以看出前两次的测量位移差距小于0.1mm，后两者的差距也同样如此。

2.5终止加载
（1）某级荷载作用下，位移量大于或等于前一级荷载作用下位移量的5倍。

但位移能相对稳定且上、下位移量均小于40 mm时，宜加载至位移量超过40 mm。

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

（3）已达到最大极限加载值。

（4）当荷载—位移曲线呈缓变型时，可加载至位移量60mm~80mm；在特殊情
况下，根据具体要求，可加载至累计位移量超过80mm。

2.6逐步卸载和卸载位移观测
（1）卸载规定：根据标准，每级卸载值取每级加载值的2倍，每级的卸载
时间保持1h。

（2）位移观测：根据标准，沉降值应在15min、30min和60min左右依次
测量和读取，卸载后应保持3小时。

每次测量的持续时间分别为0.25h、0.5h、
1h、1.5h、2h、2.5h和3h。

2.7自平衡法试桩简介
2.7.1试验原理
本次试验采用自平衡法进行试验。

其试验原理是将一种特制的加载装置—荷
载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将荷载箱的加压管
以及所需的其他位移测试装置从桩体引出地面，然后灌注成桩。

由加压油泵在地
面向荷载箱加压加载，荷载箱产生上下两个方向的力，并传递到桩身。

由于桩体
及桩周岩土体侧阻自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据：荷载箱以
上部分，我们获得反向加载时上部分桩体的岩层相应参数；荷载箱以下部分，我
们获得正向加载时下部分桩体的岩层相应参数。

此原理试桩被国内业界称为自平
衡法试桩。

这种方法可以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的验证。

2.7.2自平衡法特点
在静载检测中采用自平衡法，与传统的静载检测方法（堆载法或锚桩法）相
比具有几下几个特点：1）省时：成桩后待土体稳定后（一般 20 天左右，设计
有规定的按设计要求）即可检测，正常情况下 1-2 天能够检测完毕，省去了大
量的时间。

2）省力：没有“堆载”，也不要笨重的反力架，检测过程更加方便、安全、环保。

3）综合检测成本低：检测桩完全按工程桩制作，不需到达地面，
不需制作桩头。

对有地下室的结构，与常规方法相比，缩短了检测桩长度，且检
测后经压浆处理的检测桩仍可作工程桩使用。

4）在下列情况下或当设置传统的
堆载平台或锚桩反力架特别困难或特别花钱时，该法更显示其优势，例如：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，这些
都是传统试桩法难以做到的。

2.7.3 平衡点位置的确定
自平衡法试桩试验中，荷载箱预先安装在平衡点位置，所谓平衡点，即基桩
上段桩的桩身自重和桩周极限摩阻力之和，跟下段桩周极限摩阻力与桩端承载力
之和基本相等，且均大于基桩承载力标准值的位置，即平衡点，荷载箱应预先安
装在平衡点位置。

2.7.4自平衡荷载试验主要仪器、设备
（1）加载设备
试验采用荷载箱见图 1，图2：
图1 环形荷载箱图2 组合式
荷载箱
（2）位移测量装置
选用电子位移传感器或百分表，量程 50mm（可调），每桩 8 只，通过磁性
表座固定在基准钢梁上，4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 只用于量测桩顶处的向上位移。

（3）数据采集系统
数据自动采集仪是适用于自平衡法检测的专用配套系统，与电子位移传感器
等均有针对性的数据接口。

对于现场条件复杂、或者采用自动设备有较大干扰时，亦可采用传统的人工采集模式。

结论
综上所述，不同于传统的堆载法、锚桩法等，采用自平衡法静载试验检测技
术判断桥梁桩基承载力是否符合标准，所需设备简单、投入少、对环境要求低，
在作业过程中，自平衡法静载试验检测技术更加注重安全性和对环境的保护。

现
阶段自平衡法静载试验检测技术仍存在不够完善之处，实际测量状态与理想状态
下存在一定偏差，桩身的自平衡点选取不够精准，需要设计单位辅助进行确定。

参考文献：
[1]王明月.自平衡慢速维持荷载法用于钻孔灌注桩承载力检测[J].房地产导刊，2017(17):233-235,251.
[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/T 738-2009
[4]《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》 JGJ/T 403-2017。