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引言 随着我国经济建设的不断发展，高层建筑、大型铁路、公路桥梁和近海工程等基础设施建设日趋增多，各类基础设施建设对基础工程设计的要求越来越高，桩基础由于其良好的承载性能和抗震性能被广泛应用于基础设计之中[1]，如何确定单桩承载力是桩基设计时面临的关键问题。桩基承载力试验方法分为直接法和间接法，直接法包括静荷载试验、高应变动力测试、静动法等，间接法是通过其他方法测得单桩的侧阻力和端阻力，进而确定单桩承载力。高应变法对试验环境、传感器安装、锤重、落锤高度等现场条件要求较高，因此高应变动力测试容易出现较大的误差。在工程实际应用中，现场原位试验被认为是最可靠的承载力确定方法[2]，传统的静荷载试验分为两种：一种是堆载法，堆载法单桩极限承载力最大达3,000KN，当所测承载力较大时受到堆重物运输量过大、承重平台搭建时间较长等因素限制；第二种静荷载试验方法是锚桩法，锚桩法试验的单桩极限承载力最大达3,400KN，锚桩法安装时对荷载不易控制，且必须设置多根锚桩和反力梁，费用较高，具有一定危险性[3]。 针对上述试验方法出现的诸多问题，工程上需要找到一种检测设备灵活、经济效益较高、可靠性好、不易受外部环境影响的基桩承载力检测系统。自平衡法静载试验是将荷载箱置于桩身平衡点处，在荷载箱处逐级施加竖向荷载，观测位移，通过试验数据绘制上、下段桩的荷载-位移曲线，得到试桩的单桩竖向抗压（抗拔）极限承载力的方法[4]。本文将通过对自平衡法静载试验研究现状、现存问题等方面，对基桩承载力自平衡测试法进行论述。 一、自平衡法静载试验研究现状 自平衡法在我国推广使用20多年来，已经逐步成为基桩承载力检测的主要方法之一，针对自平衡法静载试验的研究，国内学者的研究方向主要有以下3个方面：（1）通过自平衡法静载试验，对地质条件较为复杂地区的承载特性进行 分析研究；（2）对荷载箱埋设位置如何确定的讨论；（3）通过不同方法对桩基自平衡受检桩抗压及抗拔摩阻力转换系数具体取值进行研究。 黄质宏等[5]介绍了基桩承载力自平衡测试法在贵州省某建筑项目基桩试验中的应用，对测试数据进行整理和分析，验证了基桩承载力自平衡法在工程应用中的优越性；穆锐等[6]采用自平衡静载试验研究方法，分析了桩身轴力、桩身侧摩阻力和桩端阻力随荷载的变化规律以及其对极限抗压承载力的影响，并指出施工工艺及外界环境对桩身侧摩阻力的发挥有较大影响；李家龙等[7]对虎跳峡金沙江悬索桥主塔墩桩基进行自平衡试验，指出自平衡法适用于山区桩基承载力试验。 肖娅婷[8]通过实际工程基桩自平衡法静载荷试验与数值模拟分析，研究分析了西北黄土地区基桩自平衡试验的受力变形机制，探索了荷载箱布设位置的计算方法；周巍等[9]分析了自平衡法的荷载箱放置位置分别位于自平衡点，自平衡点上部及自平衡点下部时对测试结果的影响程度，给出了荷载箱放置位置的建议公式；翟祥才[10]对荷载箱进行改良，提出基桩轴向自反力测试筒式荷载箱，并将改良荷载箱在实际工程中进行应用和推广。 李腾等[11]依托设置于强风化砂砾岩中的大直径钻孔灌注桩，开展自平衡静载试验研究，经对比分析，得到强风化砂砾岩中抗压摩阻力转换系数为0.84~1.07；李小娟等[12]选取自平衡检测的基桩与传统静载的基桩为对比组，以传统静载法测得结果为基准，采用Matlab编程对自平衡法测得等效荷载-位移曲线进行拟合，得出与传统静载法结果拟合度最佳的γ取值；穆保岗等[13]采用自平衡法与锚桩法进行了2根基桩原位试验，指出自平衡法在验证基桩承载力时可以替代传统方法，其精度能够满足工程应用要求。 二、自平衡法静载试验现存问题分析 1．贵州地区旋挖桩存在问题 喀斯特地貌是贵州地区的典型地貌，贵州地区地质条件自上而下一般分为4层：填土、红黏土或粉土层、强风化碳酸盐类岩层、中风化碳酸盐类岩层。旋挖桩是一种新型的基桩成孔施工工艺，有着适用范围广、成孔速度快、施工操作较为安全等优势，在贵州建筑行业得到广泛的应用。但在实际工程中，因为工程技术原因存在着一些问题。旋挖桩出现问题主要分为两种情况：塌孔和断桩。 旋挖桩出现塌孔问题主要由以下几个原因造成：（1）对于浅层松软层进行旋挖桩施工作业时，钻孔速度过快，导致塌孔；（2）进行泥浆护壁时，泥浆的性能或密度未能达到规范要求，导致泥浆护壁效果较差，进而引起塌孔问题；（3）将钢筋笼吊入孔过程中与孔壁发生摩擦或碰撞引发塌孔问题；（4）进行清孔工作时泥浆黏度和泥浆密度不符合规范要求，部分泥浆被吸走后未能进行补水作业，从而导致塌孔。 旋挖桩出现断桩问题主要由以下几个原因：（1）混凝土灌注时间过长，导致混凝土失去流动性，继续灌注的混凝土将混有泥浆砂砾的表层覆盖包裹，进而引发断桩问题；（2）桩身混凝土强度达不到设计要求引起断桩；（3）在对混凝土进行灌注操作时由于泥浆过稠及导管堵塞等原因造成导管提漏发生漏水现象引起断桩；（4）灌注桩身混凝土时，导管提升速度过快导致导管底部移离浇筑混凝土顶面。 贵州地区地质条件复杂，旋挖桩一般面临两个典型的地域性问题：硬岩的施工问题和溶洞的处理问题。由于贵州地区岩石强度较高，在使用旋挖机进行钻孔时对使用施工机器要求较高，旋挖机需要同时具备大扭矩和大加压力两种性能，操作不当很容易形成斜孔、卡钻现象。存在溶洞的地层在施工前没有进行具体分析，旋挖桩钻孔时很容易出现斜孔、卡钻、漏浆等工程事故。 采用自平衡法对旋挖桩进行承载力检测时，除应注意上述可能出现的问题外，还应注意在成孔后及时灌注混凝土，防止因孔壁应力解除导致孔壁围岩出现应力松弛效应从而影响围岩的极限摩阻力的确定。 2．自平衡法静载试验现存问题 自平衡法定义平衡点为基桩上段桩桩身自重及极限桩侧摩阻力之和与下段桩极限桩侧摩阻力及极限桩端阻力之和基本相等的位置。在实际工程中，由于地勘单位提供的岩土参数与实际情况并非完全吻合一致，导致上段桩顶受荷情况与下段桩的侧阻和端阻几乎不会同时达到极限状态，出现平衡的概率很小。从而使得检测得到的极限承载力低于实际极限承载力，结果虽偏安全，但过于低估极限承载力，造成不必要的浪费。 自平衡法静载试验由于其检测精度较高，对于灌注桩开挖后清孔工作有着严格的要求，若清孔效果较差会导致桩在检测过程中下位移增量无法稳定，使得承载力试验失败，造成较大的经济损失。 自平衡法静载试验对大直径长桩进行抗拔荷载试验所得负摩阻力乘0.8（砂土）、0.7（粘性土、粉土）的换算系数得到正摩擦力，这样的计算同样偏于安全。 从摩擦桩承载力发挥机理来看，由桩顶传至荷载箱的轴 力是很小的；从工程桩的使用角度来看，荷载箱处的桩身强度可以适当降低。需要注意的是，对荷载箱处注浆要严格按照清水洗孔-水泥浆置换-注浆的顺序，在进行检测前要使用声波透射法、低应变法、管波法等对桩身完整性进行检测。 www. 根据受压基桩工作原理，由于桩身浅部抗压大，存在严重的质量隐患，可能造成桩身的突然脆断。由于自平衡法静载试验对桩身浅部缺陷问题尙无有效解决方法，使得自平衡法对桩身强度的检测结果不如传统静载方法。 三、结论 （1）贵州地区旋挖桩施工过程中易出现塌孔和断桩问题，自平衡法检测精度较高，施工作业各阶段出现的问题均可能导致检测结果出现较大误差，在施工和检测过程中应对钻孔和成孔质量进行严格把控，确保检测结果的准确性和可靠性。 （2）采用自平衡法对基桩承载能力进行试验时，应该首先根据工程地质条件考虑荷载箱的埋设位置，“平衡点”位置选择的是否准确对试验结果可靠性起到关键性作用。 （3）自平衡法静载试验可以根据工程实际地质情况对荷载箱的位置、受检桩顶部附荷等手段方法进行改变以达到平衡，相比于其它基桩承载力检测试验具有适用范围广、经济效益高、施工安全性高等优点。 参考文献 [1]基桩工程手册[M].北京：中国工业建筑出版社，1995. [2]杨军.自平衡试桩法的关键技术及应用研究[D].北京：中国地质大学，2007. [3]龚维明，戴国亮，蒋永生.桩承载力自平衡测试理论与实践[J].建筑结构学报，2002，23（1）：82-88. [4]龚维明，戴国亮.桩承载力自平衡法几个关键问题讨论[J].公路，2005，（8）：24-27. [5]黄质宏，戴自然.基桩承载力自平衡法试验应用与研究[J].建筑科学，2012，28（S1）：202-205. [6]穆锐，黄质宏，刘旸等.强风化泥质灰岩基桩承载性能试验研究[J].施工技术，2018，47（14）：67-71. [7]李家龙，罗顺江，胡俊等.虎跳峡金沙江大桥桩自平衡试验分析[J].公路，2020，65（5）：144-148. [8]肖娅婷.黄土地区基桩自平衡法静载试验受力变形机制与数值模拟分析[J].建筑科学，2019，35（11）：84-89. [9]周巍，李洪泽.自平衡法荷载箱位置对桩荷载试验的影响分析[J].施工技术，2010，39（S1）：48-50. [10]翟祥才.基桩自平衡法静载试验分析及荷载箱的改良和应用[D].济南：山东大学，2016. [11]李腾，官同星，王旭东.强风化砂砾岩抗压摩阻力转换系数自平衡静载试验研究[J].南京工业大学学报（自然科学版），2019，41（4）：472-479. [12]李小娟，戴国亮，龚维明等.砂性土中自平衡试验转换系 数取值研究[J].岩土力学，2016，37（S1）：659-668. [13]穆保岗，肖强，龚维明等.自平衡法和锚桩法在高铁工程中的对比试验分析[J].解放军理工大学学报（自然科学版）.2012，13（4）：414-418. |
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