自平衡慢速维持荷载法用于钻孔灌注桩承载力检测汇总

自平衡慢速维持荷载法用于钻孔灌注桩承载力检测

摘要：结合工程实例，介绍自平衡法的测试原理、仪器设备、加载方式、数据采集及成果等效转换等。自平衡法与传统桩基承载力试验方法相比不受场地条件限制，且安全、快速、经济，能够满足工程需要。

关键字：自平衡法桩基承载力检验慢速维持荷载法荷载箱等效转换

自平衡法简介

自平衡法俗称通莫静载法(T-pile ®)，上世纪80年代由美国学者Osterberg开始推广，最早在桥梁钢桩中成功应用，后来逐渐推广至各种桩型，经过各国大量工程的使用验证，自平衡法等效转换曲线与静载曲线基本符合，该方法开始大量推广。在我国，东南大学龚维明教授于1996年开始引进自平衡法试用，并开始对关键设备——荷载箱、位移数据采集系统等进行研究开发，经过多次专家鉴定，获得两项国家专利。1999年6月，东南大学土木工程学院与江苏省建设厅共同制定了江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291—99）。2002年被国家建设部、科技部列为重大科技成果，纳入《建筑基桩检测技术规范》，在全国推广应用。目前该法已在国内26各省市160多个房建项目和50多个桥梁项目中应用，试桩总数超过3500根，荷载箱最大直径8.0m，最大加载吨位12000吨，最大桩长125m。东南大学土木工程学院开发了测桩软件，可同时对多根桩测试数据进行处理。

测试原理

自平衡法是接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，其加载设备采用东南大学土木工程学院研制的专利产品——荷载箱，它与钢筋笼连接后安装在桩身平衡点，并将高压油管和位移棒一起引到地面。试验时，从桩顶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

周土的侧阻力与端阻力来维持加载。示意图如下：

Q S

S

-Su(Sd) (Q )

Q +

(Q )

-

图1 基桩承载力自平衡法检测系统

1—荷载箱；2—基准梁；3—护套管；4—位移杆；5—位移传感器；

6—加载系统；7—油管；8—数据采集系统；9—基准桩。

基桩自平衡试验开始后，荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递。假设基桩受荷后，桩身结构完好(无破损、混凝土无离析、断裂现象)，则在各级荷载作用下混凝土产生的应变量等于钢筋产生的应变量，通过量测预先埋置在桩体内的钢筋应变计，可以实测到各钢筋应变计在每级荷载作用下所得的应力—应变关系，可以推出相应桩截面的应力—应变关系，那么相应桩截面微分单元内的应变量亦可求的。由此便可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。 测试仪器设备

1．加载装置：主要为荷载箱、高压油泵和加压管。荷载箱有环形荷载箱与囊式荷载箱两类，应经法定有资质的检测单位标定且在有效期内。

2．位移检测系统：主要包括位移传送装置（位移杆、位移丝、保护套管）、电子位移传感器、电脑数据自动采集系统。

3．应变检测系统：主要包括应变传感器与电脑数据自动采集系统。 荷载箱安装

1．在地面加工场焊接钢筋笼，由施工单位负责，测试单位配合，外护管、声测管连接用套管围焊，确保护管不渗泥浆，与钢筋笼绑扎成整体，运到工作平台上；

2．严格按试桩图纸确定钢筋应变计在主筋上的位置，钢筋应变计直接绑扎于主筋上，绑扎过程中注意保护应变计导线，穿过荷载箱预留孔时，预留25cm 左右的导线于预留孔内。具体由测试单位指导，施工单位负责安装；

3．荷载箱应立放在平整地上，将其与钢筋笼进行焊接，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5‰；然后荷载箱下底板与下节钢筋笼连接，焊接下喇叭筋；

4．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，当混凝土接近荷载箱时，拔导管速度应放慢，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，浇混凝土至设计桩顶；荷载箱下部混凝土坍落度宜大于200mm，便于混凝土在荷载箱处上翻；

5．埋完荷载箱，保护油管及钢管封头（用钢板焊，防止水泥浆漏入）；

6．灌注混凝土时，要求制作一定量的混凝土试块，待测试时作混凝土强度、弹性模量试验。

加载与观测

1．应在桩身砼强度满足设计要求后方可进行试桩加载，同时试桩距桩灌注间隙，对砂性土不少于10d，对于粉土、粘性土不少于15d，对于淤泥或淤泥质土不少于25天；

2．桩头处理，打开保护管封头，检查荷载箱是否正常工作，仪器初调；布设平衡梁（基准梁）、基准桩，基准梁一端与基准桩铰接，另一端与基准桩焊接，基准梁打入土层不少于 4.0m。搭设防风棚架，尽量减少外部环境（温度、风、人）的影响；

3．采用慢速维持荷载法进行加载，即分级加载，每级加载值为预估极限荷载的1/10~1/15，第一级可取分级荷载的2倍，每级荷载加载后，荷载箱上、下承压板位移均达到位移相对稳定标准时，方可施加下一级荷载，直至试桩破坏或达到设计要求，然后分级卸载至0，每级卸载值为加载值的2倍。

4．每级加载后在第1h内分别于5、15、30、45、60min各测读一次，以后

每隔30min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，直接由电脑控制测读，在电脑屏幕上显示Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线。

5．相对稳定标准：每级加载每一小时的位移不超过0.1mm并连续出现两次（从每级加载30min后开始，按1.5h连续三次每30min的位移观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

6．每级卸载后，应测读桩顶残余沉降量（回弹量），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，待回弹量稳定后方可卸下一级荷载。卸载至0后，维持时间为3h，测读时间为第15，30min，以后每隔30min 测读一次。

7．终止加载条件应符合下列规定：

（1）荷载箱上段位移出现下列情况之一时即可终止加载；

a某级荷载作用下，荷载箱上段位移大于前一级位移量的5倍，且累计位移量超过50mm；

b荷载箱上段位移累计超过80mm；

c某级荷载作用下，荷载箱上段位移大于前一级荷载作用下的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；

d已达到设计要求的最大加载值；

（2）荷载箱下段位移出现下列情况之一时，即可终止加载；

a某级荷载作用下，荷载箱下段位移大于前一级下段位移量的5倍，且总位移量超过40mm；

b某级荷载作用下，荷载箱下段位移大于前一级下段位移量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；

c已达到设计要求的最大加载值；

d当荷载－沉降曲线呈缓变型时，可加载至累计位移量为60mm～80mm；

（3）荷载已达荷载箱加载极限，或两段桩累计位移已超过荷载箱行程。单桩极限承载力的确定

1.根据位移随荷载的变化特征确定：

a对于陡变型

+

u

Q-

u

S、-

u

Q-

d

S曲线，取+

u

Q-

u

S、-

u

Q-

d

S曲线发生明显陡变