自平衡试桩法在工程中应用的注意事项及经济性比较

自平衡试桩法在工程中应用的注意事项及经济性比较
作者：刘康
来源：《建筑建材装饰》2015年第14期
摘要：自平衡试桩法与传统的静载试验相比，有着明显的区别，也正是由于这种差异的存在，加之对于部分问题的不同理解，从而在一定程度上限制了自平衡试桩法的使用发展。

但是，两种方法又各有优缺点，作为一种新型的桩基试验方法，自平衡试桩法在我国工程的应用中还存在一些问题需要解决，因此，为了加强人们对自平衡试桩法这种新技术的认识，本文在着重阐述了自平衡试桩法在工程中应用时应注意的关键事项，并与传统的静载试验做了经济性对比，以期能够在进一步完善和推广自平衡试桩法的应用过程中提供参考。

关键词：自平衡试桩法；传统静载试验；注意事项；经济性比较
前言
现阶段，随着我国经济社会的发展，为了满足人们的需求，高层建筑和桥梁工程建设的规模和数量也日益增加，而随着桩基技术越来越成熟，桩基础的运用也越来越广泛，从而保证了工程的质量，满足了经济发展和人们日常生活的需求。

在工程建设中，桩基础造价一般会占整个工程造价很大一部分，这就要求我们在保证桩基础承载力和工程质量的前提下，尽可能的节约工程造价的成本。

因此，我们有必要进一步的分析自平衡试桩法在应用过程中应当注意的事项，并加强控制，从而保证整个工程的经济性。

1自平衡试桩法与传统静载试验法的比较
很长一段时间以来我国的桩基础承载力试验都停留在静载试验法上，其对桩基载荷试验的方法有堆载法和锚桩法。

堆载法中，反力架上的堆重与千斤顶的反力是平衡的，目前，我国堆载法试桩的最大承受力仅为三千吨。

锚桩法是通过反力架将反力传给锚桩千斤顶的反力与锚桩的抗拔力平衡，但其最大的承载力也小于4000吨。

正是由于受到施工场地条件和承载力承受吨位的限制，加之，该法的成本费用高、试验周期长等缺点，限制了传统静载试验法的推广与发展，使得人们长期以来在工程建设中，尽可能的避免做该项试验，多数的工程桩承载力是按照勘测部门试验资料或者设计人员的经验而确定的。

但是，随着我国经济规模的增加，近年来，桥梁的施工呈现出跨度大、重载的方向发展，使得桩基也呈现出吨位大、距离长的特点，这样传统的静载试验法就很难适应发展，很难检测单桩设计的承载力，使得大吨位桩的承载力不能得到有效的验证，这就需要一种新的方法来解决传统静载试验法所面临的问题。

自平衡试桩法是一种新型的桩基承载力测试技术，其可以有效的适应高吨位、场地等条件，并且该方法还具有良好的经济性，在一定程度上有效的弥补了传统静载试验法的不足。

目
前，已经在我国桥梁工程中得到了广泛应用，包括苏通长江公路大桥和武汉天兴洲公铁路两用的长江大桥等工程。

2自平衡试桩法的基本原理
自平衡试桩法主要是利用试桩自身反平衡的原则，在试验时，通过预先埋设在桩端或桩身某截面处的单层或多层荷载箱对桩身施加载荷，在迫使上段桩身上抬的过程中，上段桩的桩侧的摩擦阻力就会发生作用；在迫使下段桩下沉过程中，下段桩桩侧的摩擦阻力和桩端的阻力就会发挥作用，这样，当上下桩段的反力方向相反、大小相等时，就达到了试桩自身反作用力平衡加载的目的。

试验到荷载箱压力将试桩破坏终止。

这样通过测试，采取合理的数据转换方法和承载力判定方法，就可得到基桩的承载力极限值和桩侧、桩端阻力的分布情况。

从自平衡试桩法的原理上来看，该法与传统的静载试验法有以下几点不同：（1）加载方式不同，使得两者的荷载传递原理不同。

（2）基于荷载传递机理的不同，前者上段和下段的桩侧的摩擦力方向相反。

（3）自平衡法把试桩分成2段或若干段，对桩身的连续性进行了分割。

这就直接导致了两种试验方法成果的不同。

也正是由于两者之间的认识差异造成在自平衡试验桩法在推广使用上存在不同的看法，因此，深入认识两者的区别，对自平衡试桩法的推广、完善具有重要的意义。

3自平衡试桩法与堆载法之比较
笔者在工作实践中也曾遇到过试桩法的选择问题。

笔者所在公司2014年在江苏如东开发的一个超高层公寓，37层，框架-核心筒结构。

桩型采用直径1000mm，77M长的钻孔灌注桩加桩端注浆，单桩承载力特征值为6700KN。

试桩采用极限荷载试桩，根限荷载超过
14500KN。

在工程初期对采用自平衡试桩法和堆载试桩法进行了比较。

本工程地表下浅层土为承载力80kpa的粉质粘土，土质较差，如采用堆载法，上部还需放置大体积配重，在配重下另需设计大小180平方左右的毛石基础，如下图一。

除了静载试验需要的各种装置，加上额外的基础费用，都需要大量的人力、物力与时间。

而采用自平衡法，无论是从检测时间、施工费用还是操作的安全性上，都有不同程度的提高，详见表格一。

表格一
内容堆载法自平衡法
试验费 40元/吨堆载法的1/2～1/3
施工配合费道路平整，场地基础无
反力架装置需要无
注浆前后承载力检测前后如测2次需按2次收费前后如测2次只按1次收费
安全性大吨位试验时不安全安全
虽然最后本项目因为自平衡法推广的原因还是采用了传统的堆载法，但根据各项比较无论是从经济性还是安全性来看，自平衡法都是今后工程中较优的选择之一。

4自平衡试桩法在工程应用中需要注意的事项分析
虽然自平衡试桩法比传统的静载试验法更具有经济性，并且受到场地限制影响较小等优点，但是，在实际的工程应用中，还应当有一些关键的技术问题，主要有以下几个方面：
4.1上下桩段正负阻力的差异。

由于承载力的加载方式不同，导致自平衡试桩法与传统的静载试验荷载传递方式也存在一定的差异，主要变为荷载箱上段桩身桩侧的摩擦阻力与传统静载试验的方向相反，是负摩擦阻力。

目前，关于摩擦阻力正负的不同已经在工程界得到了共识，并且国内相关行业也制定了一定的标准，为自平衡试桩法提供了参考的量化依据。

但是自平衡试桩法测得的负摩擦阻力受到桩周围应力的路径、主应力旋转方向以及桩径膨胀和桩身拉压变形等因素的影响，使其与传统的静载试验正摩擦力和桩顶受拉抗拔所产生的负摩擦阻力不同。

虽然自平衡试桩法的受试验条件的限制以及影响的因素相对复杂，但是，在实际工程应用中，还需进行大量的对比试验，并且正负摩擦阻力的准确转换也是该法急需解决的关键问题。

4.2平衡点。

从自平衡试桩法的工作原理来看，该法主要是利用上下桩段自身反力平衡的原则实现加载的，也就是说实现该法的前提条件是在试桩上找到承载体系的平衡分割点，从而确定试验荷载箱摆放的位置。

从理论上来讲，上下两段试桩桩土体系刚度相等的平衡点是存在的，但是，由于被桩穿越土层的多样性，以及桩土承载体系本身的复杂性，要得到准确的平衡点是很困难的，或者说是不可能实现的。

因此，在实际工程应用中，平衡点的确定多是根据试验者的经验和相关资料来进行的，这样就会产生一定的误差，导致上下两段桩身不可能同时达到极限状态。

而平衡点的准确程度关系到试验成果的有效性，虽然随着理论和试验研究不断深入，在平衡点的位置寻找上越来越准确，但是，就目前而言，还没有简单有效的的方法来进行判别，还需进一步探索。

4.3刚性体假定的使用条件。

简化计算自平衡试桩法承载力的方法有分段总和法和等位移插值法两种。

前者是将扣除上段桩自身重力后的桩侧阻力与综合转换系数相乘，再与下段桩的阻力相加，从而得到但极限桩的承载力。

后者则主要是根据每一级加载后上下段桩移动的位移值时相等的原理来进行计算。

这两种方法简单、直观，避免了复杂的计算和校核，因此在实际工程中应用比较普遍。

但是该法是在假定桩身是刚性、不可压缩的条件下进行的，是一种理想状态，并且该计算法也没有建立桩顶载荷与沉降的关系，也没有体现出土体的连续性。

鉴于其所具有的优点，可以作为自平衡试桩法测试结果的初步判定，若是作为单桩极限承载力的最终计算方法，应当区分使用的条件。

因此，在使用该法时应当注意其适用的条件，从而保证试验结果的准确性、可靠性。

5结语
综上所述，虽然传统的静载试验法在确定单桩承载力中是一种可靠、直观的方法，但需要专门的反力系统，在实际应用中，需要花费更多的成本，不够经济。

而自平衡试桩法受到桩身实际受力状态和桩土相互作用的机理差异，在承载力传递上与传统的静载试验法有明显的区别。

作为一种新的试桩方法，其还存在众多没有解决的问题，在今后的发展中还应当加强研究探索，完善试验的准确性。

参考文献：
[1]姚辉瑞，王淑珍.自平衡试桩技术及其发展综述[J].山东交通科技，2011（06）
[2]朱顺涛，霍凯成.自平衡试桩法在实际工程的应用研究[J].现代商贸工业，2011（04）。