自平衡试桩法

自平衡试桩法

基桩竖向承载力检测技术发展现状及展望

文章发表于：2010-4-22 9:56:57 2基桩承载力检测技术发展现状

基桩承载力的测试方法有很多，大致可分为四大类：①静载试验（锚桩法、堆载法、锚桩-堆载法）；②高应变法(Case 法、CAPWAP C法等)；③自平衡试桩法；④静-动试桩法。当前，在国内得到广泛应用的是静载试验、自平衡试桩法和高应变法。

2.1静载试验

静载试验是一种接近于抗压桩实际工作条件的单桩竖向承载力的试验方法，它通过反力装置采用千斤顶给桩顶施加竖向荷载，加载量一般由并联于千斤顶的精密压力表测量，桩顶沉降量采用大量程百分表或位移传感器量测。试验结果可获得桩顶Q-s和s-lgt两条基本曲线。该方法可以确定单桩竖向抗压极限承载力，结合在桩身和桩端预埋的测试元件还可以测定桩侧土分层摩阻力、桩端阻力以及桩身荷载传递规律等。

静载试验按加载反力装置的不同可分为以下3种形式: (1)堆载法：在桩顶堆载平台上堆放重物以提供反力。国内用

该方法检测的单桩竖向极限承载力已达30000kN；

(2)锚桩法：由锚桩和反力架共同组成反力装置，通过锚桩的抗拔力提供反力。可根据加载量的大小确定所需锚桩数量，实际工程中一般都采用4根。国内用该方法检测的单桩极根承载力小于25000kN；

(3)锚桩—堆载法：当锚桩的抗拔承载力不够时，可在反力架上增加配重或采用重力式反力架增加反力。国内用该方法检测的单桩极根承载力已达40000kN。

2.2高应变法

该方法是利用重锤锤击桩顶，使桩——土之间产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶附近的力和加速度传感器接收桩身的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，并参照静-动对比资料，从而判定单桩的极限承载力。按承载力的判定方法，高应变法又可分为凯司法（CASE法）和实测曲线拟合法（CAPWAP C法）。目前用该方法能检测的单桩极限承载力达25000kN。

2.3静—动试桩法

静—动试桩法是加拿大伯明翰公司(Berminghammer)和荷兰建筑材料与结构研究所(TNO)于1988年联合研制成功的一种介于静载试验和高应变法之间的单桩承载力的试验方法。静—动试桩法利用固体燃料在气缸里燃烧而产生的高压气

体推动活塞上升、举起配重，由此产生的反力作用于桩顶。桩顶作用力的大小由配重和跳起加速度决定，力的作用时间由燃料量、气缸形状、燃烧室大小和配重多少4个因素控制。桩顶荷载由固定于桩顶的荷重传感器测量，桩顶位移曲线采用激光位移计测量。试验结果可获得桩顶的实测力和位移时程曲线，经数据分析处理后可获得静—动试桩法Q-s曲线并判定单桩的竖向极限承载力。

静—动试桩法的桩顶作用荷载是用动的方法产生，但和高应变法相比，其荷载作用时间最高可延至800ms、更接近静载试验，所以称为静—动试桩法，又叫准静态试桩法。该方法比静载试验速度快、成本低，已在日本、新加坡等二十几个国家和地区使用，我国台湾地区也在广泛使用。目前该方法能检测的单桩极限承载力可达70000～100000kN[5]。

2.4自平衡试桩法

自平衡试桩法是近年来发展非常迅速的基桩承载力检测技术，在国内的发展应用约10年的时间。其基本出发点是利用试桩自身反力平衡的原则，在桩端附近或桩身某截面处预先埋设单层（或多层）荷载箱，试验时，通过荷载箱对上、下段桩身施加荷载，从而迫使上段桩身上抬，使上段桩桩侧摩阻力徐徐发挥，同时迫使下段桩下沉，使下段桩桩侧阻力及桩端阻力徐徐发挥；此时，上下桩段的反力大小相等、方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的；如此随着

荷载箱压力的不断增加，试桩破坏，试验终止。

自平衡试桩法测试结果可获得上、下桩段两条Q～s曲线及相应的s～lgt曲线，结合在桩身和桩端预埋的测试元件，根据自平衡加载方式下桩土相互作用机理、采取科学的数据转换方法，实现自平衡测试结果向传统静载的准确转换，最终建立单桩桩顶的Q～s曲线，并据此判定单桩的极限承载力，还可测定桩侧土分层摩阻力、桩端阻力等。自平衡试桩法的加载能力可根据试桩要求进行专项设计，基本不受单桩极限承载力的限制。目前该方法已检测的单桩极限承载力达120000kN。

3规范对基桩承载力检测的强制性规定

规范[6]对基桩承载力检测的强制性规定见表2、3。

表2 检测方法及检测目的

检测方法检测目的

静载试验确定单桩竖向抗压极限承载力；

判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；

通过桩身内力及变形测试，测定桩侧、桩端阻力；

验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。

高应变法判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；

分析桩侧和桩端土阻力。

表3 基桩承载力必检条件、数量及使用方法

检测目的必检条件检测数量检测方法

为设计提供依据1.设计等级为甲级、乙级的桩基；或

2.地质条件复杂、施工质量可靠性低；或

3.本地区采用的新桩型或新工艺。1.同一条件下不应少于3根，且不宜少于总桩数的1%；

2.工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。静载试验

桩基工程验收1.设计等级为甲级的桩基；或

2.地质条件复杂、施工质量可靠性低；或

3.本地区采用的新桩型或新工艺；或

4.挤土群桩施工产生挤土效应。1.单位工程内且在同一条件下的工程桩抽检数量不少于总桩数的1%，且不少于3根；

2.工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。静载试验

对1～4条规定条件外的预制桩和满足高应变法适用检测范围的灌注桩。不宜少于总桩数的5%，且不得少于5根。高应变法

本地区有可靠的静动对比资料时，高应变法可作为1～4条静载试验的补充手段。高应变法

规范[7]规定：对于大桥、特大桥，当桩的入土深度远超过常用桩或地质情况复杂、难以确定桩的承载力时或有其他特殊要求的桥梁用桩，应通过静载试验确定单桩承载力。规范[8]规定：为保证检测结论的可靠性，可根据不同被检对象和测试要求，选用多种测试方法进行综合分析判断；采用高应变