自平衡法桩基检测课件

1.3 自平衡法
自平衡法在国外上世纪80 年代中期已经研究应用，我国 从90 年代中期起开始实用性的应用。通过多年的科研应 用，目前在交通桥梁和码头工程领域的使用较为广泛， 经过不断的实践累积，逐步从科研转变为工程的检测的 常规应用，部分行业和地区已经制定了相关的检测规程。 自平衡试桩法的基本原理是接近于竖向抗压(拔)桩的实际 工作条件的试验方法。首先把一种特制的加载装置—荷 载箱放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和位移 杆引到地面（平台）。
第二类是通过其它手段，分别得出桩端阻力和桩身的侧 阻力后计算求得。基桩检测的主要目的之一是确定单桩 承载力，而单桩竖向静载荷试验是公认的检测单桩竖向 承载力最直观、最可靠的方法。
静载试验法:该法被认为是目前检测基桩竖向抗压承载力 最直接和最可靠的试验方法。它所获得的Q—s 曲线的形 态由桩侧和桩端土的分布和性质、成桩工艺、桩的形状 尺寸等诸多因素而变化。当其陡降段明显时，可取相应 于陡降段起点的荷载值；对于缓变型曲线则一般取 s=40~60mm 对应的荷载，对于摩擦型灌注桩，取 s=logQ 曲线陡降直线段的起点所对应的荷载值。当曲线 特征不明确时，极限承载力的确定受人为因素的影响较 大。在工程实践中，基准梁和基准桩的问题常会被检测 人员所忽视，容易出现下列问题： ①基准桩打入深度不足，在试验过程中产生位移； ②基准梁长度不符合规范要求； ③基准梁刚度不足，产生较大的挠曲变形。
• 优点： 锚桩反力梁装置是通过邻近工程桩或预设锚桩提供反力， 安装快捷，特别对于大吨位试桩，节约成本明显。
• 缺点： 安装时荷载对中不易控制，试验的开始阶段容易产生过 冲，当使用工程桩做锚桩时，会对工程桩的承载力产生 一定的影响，如果为试验桩设置专用的锚桩，则会大大 增加相关成本。锚桩在试验过程中受到上拔力的作用， 其桩周土的扰动同样会影响到试桩。《建筑桩基技术规 范》（JGJ94 － 94）提出的试桩与锚桩之间的中心位置 应≥ 4d 且≤ 2.0m 就是为了减小这种影响（d ：试桩或 锚桩的设计直径）。对于桩身承载力较大的钻孔灌注桩 锚桩反力梁装置无法进行随机抽样检测。
在小吨位基桩和复合地基试验中，小巧易用的地锚就显
示出了工程上的便捷性。地锚根据螺旋钻受力方向的不 同可分为斜拉式（也即伞式）和竖直式，斜拉式中的螺 旋钻受土的竖向阻力和水平阻力，竖直式中的螺旋钻只 受土的竖向阻力。地锚提供反力的大小由螺旋钻叶片大 小和地层土质有关。虽然有不少单位使用地锚进行复合 地基试验，但由于试验过程中，地锚会对复合地基土产 生扰动，这一点需要引起足够重视。另外，还有一些反 力装置比如锚桩与堆重平台联合装置，以及利用现有建 筑物或特殊地形提供反力的。
1.2 锚桩法： 锚桩反力梁装置在具体的应用中又可根据反力锚的不 同分为两种：将反力架与锚桩连接在一起提供反力的， 俗称锚桩反力梁装置；将几只螺旋钻钻入地下使用地锚 提供反力，俗称锚杆反力梁装置。锚桩反力梁装置就是 将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来， 依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供 反力。提供反力的大小由锚桩数量、反力架强度和被连 接锚桩的抗拔力决定。锚桩反力梁装置一般不会受现场 条件和加载吨位数的限制，当条件允许时采用工程桩作 锚桩是最经济的，但在试验过程中需要观测锚桩的上拔 量，以免拔断，造成工程损失。
通过自平衡法检测可获得的向上、向下两条Q-S 曲线 （S+ 和S- 曲线）。对于陡降型Q-s 曲线，取陡降起始点 对应的荷载。对缓变形Q-S 曲线，按位移值确定极限值， 极限侧阻取对应于向上位移S+=40～60mm 对应的荷载； 极限端阻取S-=40～60mm 对应荷载，或大直径桩的S-= （0.03～0.06）D（D 为桩端直径，大直径桩取低值，小 直径桩取高值）的对应荷载。如果根据位移随时间的变 化特征确定极限承载力，下段桩取S-lgt 曲线尾部出现明 显向下弯曲的前一级荷载值，上段桩取S-lgt 曲线尾部出 现明显向上弯曲的前一级荷载值。
• 优点：
堆载反力梁装置使用比较广泛，其承重平台搭建简单， 适合于不同荷载量试验，及不配筋或少配筋的桩，可对 工程桩进行随机抽样检测。在千斤顶配合下，该装置可 以将力比较均匀缓慢地施加到桩上，能明显改善电动油 泵加载中的过冲现象，从而使荷载量的大小比较容易控 制。
• 缺点： 由于开始试验前，堆重物的重量由支撑墩传递到地 面，使桩周土受到了一定的影响，有报道称，当荷载大 于20000kN 时，影响深度将达到45m。而且大吨位试验 时，若用袋装砂石或场地土等作为堆重物，由于上部荷 载较大，造成安装时间较长，而且需要进行技术处理， 以防鼓凸倒塌。在广东地区，许多单位使用混凝土预制 块堆重，大大减少了安装时间，但需运输车辆及吊车配 合，试验成本较高；使用水箱配重，试验结束后，由于 要放水，会影响试验场地的整洁。
桩基检测方法—自平衡法
1 桩基检测方法---静荷载实验法
基桩工程质量的好坏主要取决于两个因素，即承载能力 与桩身质量，而承载力是二者中的主要因素。单桩承载 力的准确测试对于各类建筑物基础设计乃至上部结构的 设计都起着举足轻重的作用。长期以来，国内外确定单 桩承载力的方法很多，总的可分为两大类：
第一类是对工程现场试桩进行静载荷试验和动力检测；
目前，桩基静荷载试验主要有以下几类加载方法：
堆载法、锚固法和自反力法。
1.1 堆载法：
堆载反力梁装置就是在桩顶使用钢梁设置一承重平台， 上堆重物，依靠放在桩头上的千斤顶将平台逐步顶起， 从而将力施加到桩身。反力装置的主梁可以选用型钢， 也可用自行加工的箱梁。平台形状可以根据需要设置为 方形或矩形，堆载用的重物可以选用砂袋、混凝土预制 块、钢锭、甚至就地取土装袋，也有的用水箱。
由高压油泵在地面（平台）向荷载箱充油加载，荷载箱
将力传递到桩身，其上部桩极限侧摩阻力及自重与下部 桩极限侧摩阻力及极限端阻力相平衡来维持加载，从而 获得桩的承载力。这种试验方法的最大特点是在桩基自 身内部寻求反力进行加载，不同于传统方法那样借助于 外部反力加载。
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⑵Q-S 曲线确定承载力和等效转换曲线。