自平衡法检测

静载试验方案比较1桩承载力测试技术现状静载荷试验法测试基桩承载力，成果直观、可靠，通常认为是一种标准试验方法，它可作为其它检测方法的比较依据。按反力装置的不同，有堆重平台反力法、锚桩法和堆锚联合反力法，试桩所承受的荷载一般由油压千斤顶施加。1.1堆载法该方法需要预先准备大量配重块（要求大于试桩预估极限荷载的1.2～1.5倍），压重宜在测试前一次加足，并均匀稳固地放置于压重平台上。为了保证测试过程的安全，压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍，有条件时宜利用工程桩作为堆载支点。该方法的缺点是需要进行大量的运输和多次重复的吊装工作，需要修筑场内转点道路，耗费大、测试安装时间长、工期长，对测试场地条件和对平台安装拆卸的技术熟练程度要求较高，且受天气因素影响大，安全性差。一般地，10000kN以下的堆载实施较容易，10000kN以上则比较困难。1.2锚桩法当条件适合时，采用锚桩法是较好的选择。该方法要求锚桩、反力梁装置提供的反力不应小于预估最大试验荷载的1.2～1.5倍，当采用工程桩作为锚桩时，锚桩数量不得少于4根，当要求加载值较大时，有时需要6根甚至更多的锚桩，具体锚桩数量可通过验算各锚桩的抗拔力来确定。锚桩法的优点是不需要运输大量的配重块，与堆载法相比耗费较小，但也存在明显的局限性：a、试桩的选择有限制，不能选择边、角桩，桩间距不能大于1/2反力梁长度；b、对有中、轻度桩身缺陷的桩不能用作锚桩，以防桩身缺陷因受拉而破坏；c、试验过程中受制约因素较多，如锚筋拉断、锚桩上拔量超限等，易造成试验失败。2桩承载力自平衡法与传统基桩静载荷试验方法的比较长期以来，在对建筑工程与道路桥梁工程基桩竖向抗压承载力进行静载荷试验时，较习惯而广泛采用传统静载试桩法即堆载法和锚桩法。因为传统静载试桩法是与基桩的实际工作状态相同或接近的一种试验方法，也是公认的最直观、最可靠的试验方法，所以往往用来作为其它承载力试验方法准确性、可靠性的判别标准。传统静载试桩法具有如下特点：首先，加载能力在试验方面受到限制。当采用锚桩法时，主要受钢梁承载能力和锚桩抗拔力的限制，试验过程中钢梁受集中荷载作用，在集中荷载作用处弯矩很大，造成试验荷载越大则要求钢梁尺寸越大，目前国内锚桩法的加载能力一般不超过40000kN；当采用堆载法时，除受钢梁承载能力限制外，尚受场地条件及堆载高度等多种因素的制约，一般情况下，堆高宜小于5m，最高不应超过8m,否则安全难以保障，目前国内堆载法的加载能力一般不超过20000kN。其次，对试验场地条件要求高。当采用锚桩法时，要求试桩的周围适合位置须有足够数量的锚桩，且锚桩的抗拔力要满足最大试验荷载的要求，若直接采用工程桩作锚桩，大多数情况下很难同时满足上述要求，除非专门设计锚桩；当采用堆载法时，需专门修建能通行重型吊车、货车的道路至每一根试桩，需对试桩点处场地进行平整压实，对于较大吨位承载力的试验，可能需要根据场地情况，设计建造支撑承台或支撑桩，否则实施测试相当困难且代价很高；对于水上、斜坡、深基坑底及狭窄场地等条件下的试桩，无论是锚桩法还是堆载法都难以甚至无法实施测试。第三，试桩过程费力、费钱、费时。除需进行上述繁杂的场地准备工作外，还要运输大量配重块（一般是铸铁、钢块或混凝土块）及大型钢梁到现场，每根试桩都需进行堆上和卸下的重复性吊装作业；当两试桩之间相距稍远（一般超过40m左右），尚需增加场内运输及吊装次数；以上费用构成了试桩的主要硬成本，一般高于技术试验费。传统静载试桩法必须在桩身混凝土达到设计强度后方可测试，加上场地准备时间和配重块运输、吊装及转点的时间，一般平均一根桩的测试至少需2～3天的时间，且在同一时段内只能进行单根桩测试，故累计工期较长；若考虑到市区内对大型货运车辆通行的限制及测试过程受天气因素的影响、雨天不能作业等，工期还有较大的不确定性。第四，安全性方面欠佳。就堆载法而言，堆重平台支墩施加于其下的地基土的压应力可能会大于地基土承载力，造成地基土破坏或明显下沉，导致堆重平台倾斜甚至坍塌，因此有一定的危险性。安全隐患的后果轻则导致试验失败，造成经济损失；重则发生人身伤亡事故。在实际检测工作中，确有堆重平台坍塌事故发生。随着大型钻孔机械的发展和桩基础施工技术的提高，大量高层建筑、特大公路桥梁的设计对基桩单桩承载力提出了更高的要求，象钻孔灌注桩最大桩径已超过5m，桩长超过100m，单桩承载力超过100000kN，目前世界记录已达300000kN。传统的堆载法、锚桩法显然难以满足要求，故桩承载力自平衡测试技术应运而生。该测桩法的基本原理是利用桩侧摩阻力作为桩端阻力的反力来测试桩承载力，该方法无需笨重的反力架和大量的堆载，装置简单，特点如下：其一，该法利用桩的侧阻与端阻互为反力，因而可以直接测得侧阻力与端阻力以及各自的荷载～位移曲线。其加载机理与桩的实际工作状态有所不同，加载时，荷载箱上部的桩身向上移动，亦即产生的摩擦力是负摩擦力，检测成果需将其换算成正摩擦力，Q—s曲线也需作等效转换，但其检测成果信息详细，可分别测得桩侧阻力和端阻力。其二，该法几乎不受试桩荷载吨位的限制，可以测得大吨位桩基的承载力，使桩基潜力得以合理发挥。其试验能力取决于具体地质条件，只要桩侧摩阻力足够大，则其最大试验能力几乎不受其他因素限制，目前该方法最大试验荷载达到151000kN（工程地点:Tucson,AZ），我国的舟山西堠门大桥基桩最大试验荷载也已达到130000kN。其三，该法对试桩场地条件要求较低。试桩点处只需放置测量沉降的基准梁，占用场地很小，几乎不受场地条件的限制，故该法适用范围广，不但可以在传统堆载法无法进行的水上、坡地、基坑底、狭窄场地等恶劣情况下实现试桩，也可对用传统试桩法难以进行的斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等进行测试。其四，该法装置较简单，试桩过程省力、省钱、省时。测试不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架，其加载装置主要就是一个特制的荷载箱，没有大量的堆载，也不用专门修建道路、制作加强桩头及平整加固场地；即使荷载箱为一次性投入器件，但其检测费用仍比传统静载试桩法节省30%～60%，节约比例具体视桩与地质条件而定，一般承载力越高，其优势越明显；其试桩过程尚能与基桩施工基本同步，即在进行基桩混凝土浇筑时可将荷载箱一并埋设，待桩身混凝土达到一定强度（一般混凝土龄期15d可达设计强度的70%左右），且土体稳定后开始测试；测试时只需几台高压油泵，就可实现多根桩同时测试，加之荷载箱埋入后基本不受天气影响，故总工期可以大大缩短。其五，该法操作安全可靠。由于其加载装置埋入基桩混凝土内部，地面部分基本没有受力点，故几乎不可能发生安全事故；试验后试桩仍可作为工程桩使用，必要时还可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆。其六，该法还可应用于基桩研究领域。自平衡静载试桩法的独有特点使下列研究成为可能：1、分别测量桩侧阻力和桩端阻力；2、可测得土阻力的静蠕变和恢复效果，试验荷载能保持任意长时间段，因此可实测桩侧和桩端阻力的蠕变行为的数据，沉桩结束后土阻力的恢复也可在任何时候方便地得到；3、能对桩施加水平荷载；4、能无限地循环加载；5、能测试任意角度的斜桩；6、单独测试嵌岩段，而不包括覆盖层；7、荷载能施加在任一指定的区段，如高层建筑常有一至数层地下室，其桩基的有效长度应从地下室地板的底面算起；自平衡法可以克服传统静载试验只能在地面上进行的缺陷，能在基坑挖到设计标高后再做静载荷试验，从而直接测得有效桩长的承载力。其七，该法方便重复试验。可在不同的桩端深度（双荷载箱或多荷载箱技术）和同一桩端深度的不同时间（后压浆试桩效果对比），在同一根桩上方便的进行试验。综上所述，自平衡静载试桩方法与传统静载试桩方法相比至少在下述几个方面具有明显的优势：1、实现超大吨位试桩，满足目前大量高层建筑和特大公路桥梁工程基桩很高的单桩承载力的要求；2、实现恶劣场地试桩，特别适用于传统静载试桩法难以甚至无法实施的水上试桩、斜坡试桩、深基坑底试桩及狭窄场地试桩等情况；3、省力、省钱、省时；4、具有强大的研究功能。表1传统静载试桩法与自平衡静载试桩法的对比归纳：方法内容传统静载试桩法自平衡静载试桩法加载机理与桩的实际工作状态相同。与桩的实际工作状态有所不同。检测结果公认的最直观、最可靠的方法。信息丰富，直接测得桩侧阻力和桩端阻力，但Q-s曲线需作等效转换。最大试验能力堆载法一般不超过20000kN；锚桩法一般不超过40000kN。决定于具体地质情况，目前最大试验荷载达300000kN。试验场地要求对试验场地条件要求高，需专门进行道路修建、场地平整加固（或专门设计建造支撑承台）及制作加强桩头。能在水上、斜坡、深基坑底及狭窄场地等恶劣条件下试桩。试桩过程需大量的运输、吊装等笨重、重复的机械作业，费力费时。基本与施工同步，附加工作少，省力省时。安会性安全性欠佳，可能存在堆重平台坍塌、安全性可靠。锚筋断裂等多种安全隐患。经济性检测费用很高。一般比传统方法节省30％～60％。检测工期一般测试一根桩需2～3天，不便多根桩同时测试，且受天气因素影响大。一般桩身混凝土龄期15d即可测试，可多根桩同时测试，基本不受天气影响，总工期大大缩短。研究领域一般多用于检测。试验简单方便，能对基桩进行多种不同设置，是基桩性能研究的强有力工具。