梁伟强
肇庆市高要区建筑工程质量安全检测中心，广东省肇庆市 526000
摘 要：本文针对自平衡法检测技术在基桩检测中的应用问题开展研究，对自平衡法的检测原理和设备进行了介绍。通过结合工程实例对自平衡法检测技术的各个环节进行阐述。研究发现，对于场地狭小无法采用传统方法检测的项目，自平衡法的优越性得以体现，可克服场地条件限制完成设备安装，最终顺利完成了试验。
关键词：静载试验；抗拔桩；自平衡法；荷载箱；承载力
中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：
0 引言
随着粤港澳大湾区的建立以及相关利好政策，肇庆作为粤港澳大湾区城市之一，发展势头不断增长，工程建设项目也与日俱增，中心城区由于用地紧张，多采用向下拓展利用地下空间，因而深基坑工程也呈现不断增长的势头，建筑底面标高不断靠近地下水位，对桩基础的抗拔承载力提出了更高的要求。对于深基坑工程的抗拔桩检测，由于场地条件限制，传统的支座横梁反力检测方法由于对场地条件要求较高往往难以实施。因此，如何克服场地条件限制进行单桩抗拔静载试验成为摆在检测人员前面的难题[1-2]。
近年来，自平衡法检测正逐步在检测行业中推广，部分地区也出台了相关标准，该方法以其安装快捷，场地要求简单，结果可靠的有点在不少检测项目中得到成功应用。为了解决本地区深基坑抗拔桩检测难题，本文拟结合具体工程项目，采用自平衡法进行单桩抗拔承载力检测，根据自平衡法检测结果判定抗拔承载力，为深基坑工程质量把关。
1 自平衡法检测原理
自平衡法于20世纪70年代最早应用于部分欧洲的工程上，80年代传入美国，由美国西北大学教授OSTERBERG先生主推并得到进一步普及。90年代后期，由国内多家高等院校引入中国，并称之为“自平衡法”。
近些年，国内不少地区也逐步开始应用该方法进行抗拔承载力检测。
桩基承载力自平衡法测试，是通过在桩体内部预先埋设一种专门定制的加载装置——荷载箱，通过将其安装在钢筋笼上，和钢筋笼一起下放到（具体位置根据试验的不同目的和条件而定），将荷载箱的加压油管以及其他所需的试验装置（位移杆、护管及应力计等）引到地面，然后浇筑混凝土。到休止龄期后，由加载泵在地面通过预先埋设的管路，对荷载箱进行加压加载，通过荷载箱产生的力对桩体施加荷载，同时测得荷载箱上部和下部桩的承载特性。通过对施加荷载与产生的位移等数据之间的关系进行分析，不仅可以获得桩基极限承载力，还可以获得各个土层的侧摩阻力系数、桩身的侧摩阻力、桩端极限承载力等一系列相关数据。这种方法不仅可用于为设计提供设计依据，也可用于工程桩抗拔承载力的检测。这种方法巧妙地替代了传统支座横梁反力方法，使桩基抗拔承载力检测不再受场地、荷载等限制，更安全、更经济、更方便。
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图1 荷载箱工作原理示意图
荷载箱工作原理[4]如图1所示，自平衡法检测相对传统抗拔桩检测采用的支座横梁反力装置相比有独特的优势[4]，主要表现在以下几方面：
（1）试验装置相对比较简单，对场地要求小，试验准备工作省时，试验过程安全，试验后不影响工程桩的使用，必要时可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆；
（2）该方法利用桩的侧摩阻力与桩端阻力互为反力，因而可快速准确的分辨侧摩阻力和端阻力的分布以及各自所占比重；
（3）对于承载力较大数量较多的抗拔桩，可有效节省试验费用，具体节省费用的程度视桩的具体情况而定。
2 工程概况
肇庆市高要区某工程位于肇庆市高要区，本工程采用冲孔灌注桩，属于端承摩擦桩，桩端持力层为中风化花岗岩，端阻力特征值7000kPa，侧摩阻力勘察报告仅提供全风化岩值100kPa，设计承载力特征值为1000kN，设计桩长30m左右，桩顶标高-6m。
该项目由2层地下室，基坑深度6m，根据设计要求极限承载力应达到2000kN。由于该工程场地狭小，且受检桩位于基坑底下，无法采用支座横梁反力装置进行安装，经综合考虑，采用自平衡法进行检测。受检桩主要参数如表1所示。
表1 受检桩相关参数表
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3 荷载箱的选取与安装
荷载箱包含压力单元、进油管接头、位移杆连接接头、声测管连接接头等，本次试验选取常规型号环形荷载箱，具体外形见图1和图2。
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图2 荷载箱正面示意图 图3 荷载箱剖面示意图
对于抗拔桩来说，根据试验具体情况，荷载箱安装位置也不同，需结合土层分布情况以及试验荷载综合确定，对于桩极限侧摩阻力与极限端阻力大致相等的情况，或极限端阻大于极限侧摩阻力而检测目的在于测定极限侧摩阻力的情况，荷载箱一般安装在桩底，将荷载箱安装在钢筋笼底部，清孔后随钢筋笼一起下放到孔底。本项目经计算桩极限侧摩阻力与极限端阻力大致相等，故安装在距桩底1m左右的位置。
为了保证试验结果可靠准确，荷载箱的安装与埋设必须必须严格按照规定进行操作，部分工作需检测方和施工方相互配合。荷载箱安装前施工方需准备设备及材料：5吨以上吊车、电焊机、注浆管、混凝土、钢筋等。
荷载箱安装流程：1、荷载箱及相关配件运到现场并逐一清点检查；2、荷载箱预浇注混凝土；3、荷载箱安装与钢筋笼焊接；4、油管及位移杆等管线布置与保护；5、下钢筋笼；6、桩顶管线保护。
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图4 环形荷载箱实物图 图5 荷载箱安装到钢筋笼上的实物图
4 现场试验及结果分析
荷载箱安装好并焊接后，随钢筋笼下放到桩底，按照文献[3]进行单桩抗拔静载试验，根据规范要求，最大试验荷载为2000KN，试验时采用慢速维持荷载法进行分级加载。
本次试验由委托单位拟选取3根桩进行单桩抗拔静载试验检测抗拔承载力是否满足设计要求，试验过程中油管可能存在堵住的情况，需不断加载疏通油路，该装置相对比较耗油，需提前备多液压油。试验过程未出现异常情况，试验完成后对试验装置进行了检查，未发现问题，经判定试验结果可靠。本文选取2根桩试验结果进行分析，试验结果汇总表如表2所示，Q～s曲线和s～lgt曲线如图6和图7所示。
表2 试验结果汇总表
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图6 ZK3#桩试验结果曲线图 图7 ZK9#桩试验结果曲线图
从以上两根桩的试验结果来看，试验数据没有异常，两根桩Q～s曲线平缓，s-lgt曲线呈平缓规则排列，综合分析，两根桩的极限承载力均满足设计要求。
5 结语
本文通过采用自平衡法进行抗拔桩承载力检测，检测过程中能完成每一级荷载的加载，最终顺利完成了试验，根据安装和试验过程中遇到的问题，得出以下几点心得：
（1）采用自平衡法检测抗拔桩承载力方法可行，试验荷载能达到稳定标准，总体上拔量不大，满足规范要求，检测结果可靠，对于受场地条件限制的工程提供了一种方便快捷的检测方式。
（2）灌注桩施工过程对荷载箱及配件的干扰较大，施工过程中应加强对导线、油管和位移杆的保护，防止油管在施工过程中断裂，位移杆的保护也尤为重要，只有将这两个重要元件保护好才能顺利进行加载，并准确测出真实上拔量。
参 考 文 献
[1] 沈浩，张凯. 自平衡法抗拔桩承载能力静载试验及评定分析[J]. 工程建设与设计，2018.12.
[2] 张奕才，黄铸豪. 自平衡法在基坑工程抗拔承载力检测中的应用[J]. 广东土木与建筑，2018,7.
[3] 广东省标准编写组. DBJ 15-60-2019.建筑地基基础检测规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.
[4] 荷载箱使用手册.杭州欧感科技有限公司，2005.