新一代自平衡荷载箱的比选

叶 旺 梁 潇

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

新一代自平衡荷载箱的比选

叶 旺 梁 潇

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

通过对比国内外现有自平衡荷载箱的方法，对这三种方案的利弊加以比选分析，希望能够给予同行一些新的思路，以便于设计出更加实用快捷的荷载箱装置。

自平衡荷载箱；方案；比选；装置

引言

基桩自平衡法具有许多优点：(a)装置简单，不受场地条件和加载吨位的限制、不需运入数百吨或数千吨物料，不需构筑笨重的反力架；试验省时、省力、安全、无污染；(b)可分别直接测得桩侧阻力与端阻力；(c)试验后利用位移杆护套管对荷载箱处进行压力灌浆，试桩仍可作为工程桩使用；(d)与传统方法相比，试验综合费用低。吨位越大，场地条件越复杂，效果越明显。国内外的应用实践表明,Osterberg试桩法适合于大吨位承载力及水下、山上、坡地、狭窄场地、深基坑内等困难条件下应用的试桩方法。它在我国将具有巨大的应用前景。

1.1 国内外部分现有主流方案的特点

1.LOADTEST公司的O-Cell系列

O-Cell系列荷载箱是 LOADTEST公司采用 Jori O.Osterberg博士的发明的Osterberg Cell 技术开发出的关于桩基承载力测试的主打产品，O-Cell 是液压驱动的荷载设备，类似于千斤顶，装置于桩内，可提供双方向压力。上方用来测试侧摩阻力，而下方用来测试端承力，可以分別独立测量出桩侧摩阻力和端承力。该系列荷载箱具有高试验荷载加载能力，高准确度的特点，其技术居于国际领先水平。

2.杭州欧感科技有限公司自平衡试桩设备系列

杭州欧感公司自平衡荷载箱种类较多，包括组合式荷载箱、环形全液压截面荷载箱、圆形全液压截面荷载箱和单体式荷载箱等系列。该公司通过在加压体的表面预浇注高强度混凝土和在荷载箱体下部（大直径桩的情况下，也在上部）安置锥形导流体来作为荷载箱的导流结构。对于位移测量，欧感公司将上下段桩的位移测量点安置在距离荷载箱上下各约30到50厘米的位置，并且同截面多点测量，使用免接头位移管及位移丝来精确测量位移。

3.北京智机科技有限公司囊式荷载箱系列

囊式荷载箱系列是北京智机科技有限公司主打的关于桩基承载力测试的特色产品。囊式荷载箱依靠内部压力腔密封囊保证其密封性能，外部缸体保证承压强度。囊式荷载箱主要由缸筒、活塞筒、活塞体和压力腔四部分构成，其特质类似于篮球的构造，内胆保证密封性，外皮保证承载强度。囊式千斤顶可以作为荷载箱的压力单元使用。以囊式压力单元为基本力学元件，将几个囊式压力单元拼装成一个整体，组装制作成荷载箱，称为“囊式荷载箱”。囊式荷载箱采用嵌入式加载方式，以杜绝大段空桩的现象，由压力单元分离组装以避免沉渣堆积，且能自主拼装，能适应多种测试情况。

1.2 新一代自平衡荷载箱的方案

(1) 框架式方案

直径为60cm的荷载箱内环开口面积较小（内径30cm），钻孔灌注桩的注浆管很难直接通过荷载箱内环开孔，致使混凝土浇筑过程中底部泥浆不能有效翻浆，造成荷载箱底部很容易出现泥浆和沉渣，为此可以将荷载箱原来上下底板换为桁架杆，过浆面积大大增加，有利于混凝土翻浆，从而解决了沉渣和浮浆问题。

（2）穿透式方案

桩底安装荷载箱后，其底部沉渣和泥浆将很难清除干净，且由于沉渣和泥浆的存在使得荷载箱底部很难平整，荷载箱底部钢板的受力也将很不均匀，荷载箱也将出现不均匀的底板位移，由此导致下板位移可能会出现失真现象，甚至出现负位移。鉴于此穿透方案可以分为以下两种方案：

穿透式方案 a代表矮钢筋混凝土柱一端接在荷载箱千斤顶位置的正下方，一端接在小钢板上，由于钢筋混凝土柱较矮（长为10cm）,所以钢筋混凝土柱穿过浮浆，直接支撑在沉渣上。此方法可以较好地解决浮浆问题。

穿透式方案b中钢筋混凝土柱较长（100cm），此时混凝土柱可以穿过浮浆和沉渣直接支撑在基岩上，解决了浮浆和沉渣问题

（3）喇叭式方案

荷载箱的存在使得混凝土的灌注和翻浆受阻，荷载箱底部沉渣和浮浆严重，提高泥浆翻浆效率是解除沉渣和浮浆问题的根本解决方案。鉴于此，设计了喇叭口方案，此方案由上喇叭钢筋笼和下喇叭组成。由于混凝土浇注过程中，泥浆和水充斥了上下喇叭，在浇注第一盘混凝土时，混凝土的压力将管中水高速压出，高速水流将底部泥浆冲起后通过下喇叭外侧的导流作用更好地实现泥浆的翻浆，此时下喇叭口起到疏导泥浆的作用。此方法很好地解决了沉渣和浮浆的问题。

1.3 方案比选

通过以上分析不难看出三种方案的优劣：

（1）穿透式方案仅是在传统方案上增加几个支柱，没有改变原有荷载箱的主体结构，相对容易实现；但是穿透式是在沉渣和浮浆形成之后再采取的补救措施，设计理念相对于框架方案和喇叭方案比较“被动”，这也将影响其效果。

（2）框架式方案能从根源上提高荷载箱的翻浆效率，较为积极地解决沉渣和浮浆问题，但装置由于没有整体式的上下底板，在荷载加压时混凝土断裂面可能不整齐，可能会导致输油管路受损，这就对输油管路的保护提出了更高的要求，会为荷载箱系统的升级带来一系列问题。

（3）喇叭式方案则结合了穿透式方案和框架方案各自的有点，摒弃了其缺点，一方面保留原有荷载箱构造，另一方面通过上下喇叭的导流作用，提高了泥浆翻浆效率，试图从根本上剪灭荷载箱造成的沉渣和浮浆问题，最终解决由此带来的负位移问题。

结论

本文通过对主流自平衡荷载箱的调研，对新一代自平衡荷载箱的方案并进行比选，分析了不同方案的利弊，希望本文有助于推动荷载箱的发展，解决桩基检测问题。

[1]Osterberg JO.A new device for load testing driven Piles[J].Foundstion Driing Magzine,USA August1984,177-180.

[2]OsterbergJ O.The Osterberg Load Test Method for Drilled ShaftsAnd Driven pilese-The First Ten Years[R].Colorado,1998.

[4]史佩栋,黄勒,桩的静载荷试脸新技术[C],桩基工程技术,北京:中国建材工业出版社,1996,400-409.

[6]史佩栋.中国大陆研究应用 Osterberg试桩技术十年练述(l995-2004)[C].海峡两岸地工技术/岩土工程交流研讨会论文集(大陆卷),台北,2004:318-331.

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