钻孔灌注桩自平衡测桩法检测装置应用

时间：2024-07-28

骆树勇

(1.山东省鲁南地质工程勘察院，山东济宁 272100；2.山东省华鲁工程总公司，山东济宁 272100)

0 引言

随着社会的发展，桩基施工的应用越来越多，保证桩基质量也就越发重要。保证桩基质量有两个方面，一是桩身质量，另一个是桩的承载力，其中承载力是主要因素。准确检测承载力是各类建筑基础设计和上部结构设计的主要保证。桩的承载力检测方法有多种，主要分为两大类，一类是对桩的静荷载试验和动力检测，另一类是通过其他方法得到桩端和桩侧阻力。本文以灌注桩为例，介绍了堆载法、锚桩法和自平衡法桩检测的优劣。

1 工程概况

1.1 项目概况

济宁高新区碧桂园12号楼桩基工程，北邻纬三路，东邻杨柳街。本工程采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径800 mm，有效桩长37.1 m，总桩数181。以⑦1黏土层为桩端持力层，桩端进入持力层不小于1.6 m，要求注浆后单桩竖向承载力特征值达到4600 kN。设计要求在工程桩施工前应先做试验桩，单桩承载力特征值达到设计值后，方可施工工程桩，试验桩不得作为工程桩使用。

1.2 地层情况

⑤4粉土。黄褐色，切面粗糙，韧性及干强度低，无光泽反应，摇振反应中等，湿，中密—密实。

2 三种测桩方法特点对比

2.1 堆载法

堆载法是指在桩施工达到一定天数后，在桩顶放置一承重平台，在承重平台上放置足够的配重，如混凝土块、沙包等，将千斤顶放于桩与承重平台之间，通过逐步加压达到测桩的目的，见图1、图2。

图1 堆载法实例图Fig.1 Example of stacking method

图2 堆载法示意图Fig.2 Schematic diagram of stacking method

堆载法的承重平台搭建简单，可以任意抽选桩，对桩没有特别要求，所测数据真实。其缺点是需要运输车辆及吊车配合，试验成本较高。

2.2 锚桩法

锚固法是先施工1根试验桩，同时再施工4根锚固桩。将千斤顶置放于试验桩上，再将钢梁放置在千斤顶上，用钢筋将锚桩链接好后，再通过加压装置对千斤顶进行加压，从而计算得出桩的承载力数据，见图3、图4。

图3 锚桩法实例图Fig.3 Example of anchoring method

图4 锚固法示意图Fig.4 Schematic diagram of anchoring method

锚固法安装快捷，特别对于大吨位试桩，节约成本明显，这是锚桩法的优点。缺点是安装时荷载对中不易控制，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，如果为试桩设置专门的锚桩，则会大大增加相关成本；试锚桩需要事先选定，无法做到随机抽选。

2.3 自平衡法

自平衡法与传统的测桩方法有很大区别，该技术是将一种特制的加载装置—荷载箱，通过设计计算找到平衡点，在混凝土浇筑之前将荷载箱焊接到钢筋笼的中下部，将荷载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。待桩砼养护到一定龄期后在地面平台通过加压泵对桩内的荷载箱进行加压加载，荷载箱本身的打开面打开后通过位移丝的走位，计算得出桩端承载力及桩侧总摩阻力的一种方法，见图5、图6。

图5 自平衡法示意图Fig.5 Schematic diagram of self-balancing method

图6 自平衡法地面装置Fig.6 Self-balancing ground device

这种方法的自平衡装置安装简单，占用场地空间小，不需要吊车等大型设备及配重，可多根桩同时测试。试验准备工作省时省力，安全性高，不需要平整场地、锚桩施工、桩帽制作等工序，试验费用较低，虽然荷载箱为一次性投入，但与堆载法、锚固法相比可节约试验总费用的20%～60%。

由于试验方便，费用低、时间短，该法有利于增加试桩数量，扩大检测面。该法适用于特别困难或费用特别高的工地，例如水上试桩、坡地试桩、狭窄场地试桩等。

自平衡法将荷载箱放置于桩身内部，桩身钢筋需要截断，形成人为的“断桩”，从而影响桩的性能。图7是安装荷载箱时钢筋笼的图片，可以明显看出钢筋笼在荷载箱处断开。实验后，进行注浆处理，消减了桩的竖向荷载的影响，但还可能会受到水平荷载一定程度的影响。

图7 自平衡装置荷载箱焊接Fig.7 Welding of load box for self-balancing device

3 自平衡测桩法应用情况

3.1 加载载荷

本工程进行加载荷载的工序及注意事项包括：①采用逐级等量加载，每级为预估最大加载量的10%；②加载、卸载均匀连续，每级荷载的变化幅度不超过分级荷载的10%；③每级荷载施加后，先按5 min、15 min、30 min、45 min、60 min测读位移，以后每隔30 min测读位移；④每小时内的位移增量不超过0.1 mm，并连续出现两次，达到位移相对稳定，之后再施加下一级荷载；⑤荷载已达到荷载箱加载极限，或荷载箱上、下段位移已超过荷载箱行程，即可终止加载；⑥卸载时，每级荷载维持1 h，并按15 min、30 min、60 min测读位移量后，卸下一级荷载直至归零。

3.2 单桩静载荷实验

本工程所检测的21号桩的荷载—沉降(Q—s)曲线呈缓变型，荷载箱以上桩向上位移曲线未出现明显拐点，向上加载至设计要求最大荷载4600 kN，停止加载，位移量未超过40 mm；荷载箱下部向下位移曲线未出现明显拐点，向下加载至至设计要求最大荷载4600 kN，停止加载，位移量未超过40 mm，判定该桩单桩竖向抗压承载力极限值达到9200 kN(见表1、表2和图8、图9)。

表1 自平衡试验汇总表Table 1 Summary of experimental data of self-balancing test

表2 自平衡试验转换数据Table 2 Self-balancing test conversion data

图8 自平衡Q—s试验曲线图Fig. 8 Self-balancing Q—s test curve

图9 自平衡竖向Q—s试验曲线图Fig.9 Vertical self-balancing Q—s test curve

4 经济性评价

三种测桩实验方法的对比见表3。

表3 三种桩基测试方法对比Table 3 Comparison of three test methods for pile foundation

(1)自平衡法15～20 d，砼强度达到80%可以测桩，其他方法则必须需要砼养护28 d后方可测桩。本工程使用自平衡法实际开始试验是在桩施工完毕21 d开始，试验结果达到设计要求。

(2)自平衡法每吨约计需要35元，本工程要求单桩竖向承载力特征值达到4600 kN，极限值为9200 kN，每组试验桩需要测桩费3.22万元，每组试验桩成本2.5万元，合计5.72万元；堆载法需要配重每吨大概25元/吨，每组桩测桩综合费用4.95万元，每组试验桩成本2.5万元，合计7.45万元；锚固法试验桩费用1.5万元，每组试验桩成本为12.5万元，合计为14万元。

(3)自平衡法桩头标高按工程桩标高施工即可，不需要灌注至地面，仅需提前预埋荷载箱、位移杆、加压油管；堆载法、锚固法桩体须到达地面或需开挖基槽方可进行试验。

(4)自平衡法只需要在试验桩周围有5 m宽的一个空间即可试验，堆载法和锚固法需清理出能够摆放配套设施的场地，并修一条便道进出。