用自平衡法深层平板载荷试验检测大直径桩的端阻力特征值
郭杨（安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230001）
0 引 言
《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94)第5.2.9条：
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩(D≥800mm)单桩竖向极限承载力标准值时，可按下式计算：
Quk=Qsk+Qpk=uΣΨsiqsiklsi+ΨpqpkAp
式中：qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值
qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，可采用深层载荷板试验确定
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)在附录D深层平板载荷试验要点第D.0.7条中明确深层平板载荷试验得出的是地基承载力特征值fak，显然，qpk和fak非同一概念。
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)第8.5.5条规定：桩的端阻力特征值qpa应由当地静载试验结果统计分析算得。对大直径桩而言，承载力往往很高，很难通过静载试验得到桩的端阻力特征值qpa。如何用简捷而准确的方法测出桩的端阻力特征值qpa，本文介绍了采用自平衡法深层平板载荷试验检测大直径桩桩端阻力特征值的方法，以及采用该法得出本地区的桩端持力层阻力特征值的试验结果。
1 自平衡法深层平板载荷试验简介
1.1 自平衡法深层平板载荷的试验方法
自平衡法深层平板载荷试验将自平衡试桩法和深层平板载荷试验相结合，为模拟大直径端承桩的实际工作条件，该法将荷载箱位置放在桩底部，浇注桩身混凝土后，利用荷载箱上端的桩侧阻力和下端的桩端阻力进行互为反力的载荷试验，省去了深层平板载荷试验地面上笨重的反力装置，却同样达到了验证桩端持力层承载力的目的。用这种方法，不仅可以确定大直径(不小于800mm)端承型灌注桩的桩端阻力特征值(qpa值)，同时还可以评价极限桩侧阻力。本方法适用于桩径不小于900mm的端承型桩，尤其适用于桩端嵌岩的大吨位挖孔桩。与传统静载荷试验方法和深层平板载荷试验相比，该方法不受工期和现场场地条件的限制，具有快捷、简便的特点。
1.2 试验仪器设备
1.2.1 荷载箱制作与检定
试验中使用的荷载箱为整体轮辐式荷载箱(见图1)，由我院自行设计制造。该荷载箱上承压板与千斤顶活塞整体铸造，下承压板与千斤顶油缸整体铸造。下承压板面积为0.5m2，上承压板面积为0.25m2，并具有足够的刚度。上承压板预留高压油管孔和下位移丝孔。千斤顶加载能力应大于预估试验最大荷载的1.2倍。荷载箱外围用厚3mm的钢板围护。从试验系统示意图可以看出，试验荷载直接由荷载箱产生，荷载箱中千斤顶的质量以及上、下承压板的变形直接影响试验结果的准确性，因此，我院在试验中使用的荷载箱均由具备精密铸造能力的厂家生产。
荷载箱埋设前须由法定检测单位在压力试验机上进行检定。采用联于荷载箱的压力传感器测定油压，检定时荷载分级与试验时一致，根据荷载箱检定曲线换算荷载。
1.2.2 荷载及位移传递系统
荷载及位移传递系统由高压油管、位移丝护管及位移丝组成。高压油管由荷载箱通至地面，与高压油泵相连；上、下位移丝护管各两根，选用内径不小于30mm的钢管，对焊垂直连接，为防止水泥浆漏入护管，连接部位不得有孔洞、缝隙等缺陷。位移丝护管顶部通至自然地面，底部与荷载箱上承压板用螺纹对接器连接，并固定于桩身钢筋笼上。
1.2.3 地面测试系统
地面测试系统由基准桩、基准梁、数显式位移计、压力传感器、高压油泵、静载试验仪组成，基准桩和基准梁的安装应严格按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003) 、《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)和《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94)中相关要求进行。
1.2.4 荷载箱安装
桩身混凝土浇注前，在桩端持力层预先安放荷载箱，待桩身混凝土养护达到设计强度等级、桩-土体系满足一定休止期后，在地面通过油泵加载，利用荷载箱上端的桩侧阻力和下端的桩端阻力进行互为反力的载荷试验，通过连接于荷载箱上、下底板(各2根)的位移丝，在地面测定荷载箱上、下承压板的向上及向下位移，以此得到桩侧阻力-桩身位移和桩端阻力-桩端位移变化曲线。根据测试结果对桩端竖向极限承载力和桩侧阻力等进行推定。
1.3 试验方法及终止加载条件
采用慢速维持荷载法逐级加载，参照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)中规定执行。
1.4 桩端阻力特征值qpa(kPa)的确定
qpa=(Q/A)
式中：A为承压板面积，直径为800mm时为0.5m2。
1.5 灌浆处理
当在工程桩上进行承载力自平衡深层载荷试验时，试验将会使荷载箱与桩端持力层之间形成一个小的缝隙，可利用位移丝护管，直接用高强度水泥净浆对试验桩进行注浆补强，使试验产生的缝隙充实。
2 采用自平衡法深层平板载荷试验得出部分桩端持力层端阻力特征值
我院近几年对合肥及周边地区300多根人工挖孔桩的试验结果按桩端持力层为粘土或粘土夹粉质粘土、泥质砂岩分别进行了分类汇总、分析，得出的qpa如下。
2.1 桩端持力层为粘土或粘土夹粉质粘土
对桩端持力层为粘土或粘土夹粉质粘土的基桩共进行了168根自平衡法深层平板载荷试验，勘察报告提供的qpa值在850kPa~1100kPa之间，试验实测qpa值分布结果见表1和图4。可以看出，合肥及周边地区桩端持力层为粘土或粘土夹粉质粘土的实测qpa值主要分布在800kPa~1000kPa之间。两者相比，实测qpa值低10%左右。
2.2 桩端持力层为泥质砂岩
对桩端持力层为强风化~中风化泥质砂岩的基桩共进行了147根自平衡法深层平板载荷试验，勘察报告提供的qpa值在2500kPa~4000kPa之间，试验实测qpa值分布结果见表2和图5。可以看出，合肥及周边地区桩端持力层为强风化~中风化泥质砂岩的实测qpa值主要分布在3000kPa~4000kPa之间，持力层密实性越好qpa值越高。
3 推算大直径桩的单桩竖向承载力特征值
3.1 桩侧极限阻力(kN)的推定
QSK=（Qsu-W-Wp）/γ
式中：Qsu——为极限抗拔力值
W——为桩身自重
Wp——为堆载重量，当桩侧抗拔能力小于桩端承压板下持力层极限承载力时，可在桩顶增加堆载配重
γ——为桩侧抗拔-抗压阻力比，可取0.7~1。当无当地经验时，应取高值
3.2 持力层桩端阻力特征值(kPa)的推定
qpa＝■（Qpu/A）
式中：A——为承压板面积，直径为800mm时为0.5m2
Qpu——为承压板下持力层极限承载力值
3.3 桩端极限阻力(kN)的推定
QPK＝ψp×qpa×Ap×2
式中：Ap——为桩底扩大端面积
ψp——为大直径桩端阻力尺寸效应系数，按现行《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94)中相关规定取值
3.4 单桩竖向抗压极限承载力(kN)推定
Qu=QSK+QPK
3.5 单桩竖向抗压承载力特征值(kN)推定
Ra=Qu/2
4 结 论
①我院采用自平衡法深层平板载荷试验对合肥及周边地区300多根人工挖孔桩进行承载力试验，通过对试验结果的分类汇总、分析，得出合肥及周边地区桩端持力层为粘土或粘土夹粉质粘土实测qpa值在700kPa~1200kPa之间；桩端持力层为强风化~中风化泥质砂岩实测qpa值在2500kPa~4500kPa之间。
②工程实践表明，运用该试验方法对大直径端承型混凝土灌注桩的承载力进行现场试验的结果，可以满足实际工程需要。
③采用该法解决了大吨位静载试验投入大、工期长、对场地环境条件要求较高等诸多问题，具有经济、安全、快捷、简便的优点。
④该方法在使用中，尚应积累不同土层的桩侧抗拔与抗压对比系数及大直径灌注桩的尺寸效应系数，总结经验，不断完善和提高测试精度。
参考文献
［1］ JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
［2］ GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
［3］ JGJ94-94，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1994.
［4］ 安徽省地方标准.DB34/T648-2006，桩承载力自平衡法深层平板载荷测试技术规程[S].
［5］ 江苏省地方标准.DB32/T291-1999，桩承载力自平衡测试技术规程[S].
微信公众号