摘要：随着科学技术的发展，我国的自平衡试桩法有了很大进展，其相较于传统静载试桩法而言具有方便，经济，适应性强等优势，但该法一直备受争议。为研究自平衡与传统静载试桩法荷载传递规律的差异及原因，进行了花岗岩残积土中相同边界条件下自平衡试桩，静压试桩，抗拔试桩室内模型试验。通过桩身所贴电阻应变片，获得了各级荷载下桩身不同位置的应变值，对单桩极限承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布进行分析。研究表明：(1)花岗岩残积土中，自平衡上段桩与抗拔桩在达到极限承载力时，呈“突发性”破坏；(2)模型试验对比分析得出花岗岩残积土中桩侧摩阻力转换系数γ为0.573；(3)底托和顶拔两种加载方式测得的单桩抗拔极限承载力相当；(4)荷载从加载端向另一端传递，各试桩桩侧摩阻力较大值所在位置不同，自平衡上段桩与抗拔桩在桩身下部，静压试桩在桩身中部。
关键词：试桩法；自平衡；模型试验；花岗岩残积土；荷载传递；桩侧摩阻力
引言
传统的堆载法和锚桩法常常受到现场环境和技术的限制，试验荷载越高相应的试验难度也就越大，故传统的堆载法和锚桩法的试验荷载值受到限制，一般不超过50MN。而基桩自平衡法是一种在桩身内部预先埋置荷载箱，通过荷载箱对桩体施加反作用力的载荷试验方法。具有试验方便简单、经济省力、快速省时、适用于各类型桩和不受场地条件限制等优点。目前，基桩自平衡法缺乏与传统堆载法和锚桩法的对比研究。本文通过对基桩自平衡法和传统静载试验方法荷载传递传递机理分别进行研究，得出了这三种基桩载荷试验的荷载传递机理的特点和区别。
1基桩自平衡测试技术简介
目前，我国确定基桩承载力的主要方法是使用静力载荷试验进行确定，该方法是我国确定基桩承载力的标准，是用该方法明确的基桩承载力参数更加完整且可靠，不仅可以减少甚至避免工程中存在的潜在不安全因素，同时还可以累积经验，进而使其他试桩方法得到发展，但该方法的缺点是成本高、工程量大和工期长等。基桩自平衡测桩法是另一种极为常用的测试技术，其主要装置为荷载箱，该装置经过特殊设计，具有加载的作用，分为油缸、底盖、顶盖与活塞四个部分，与桩外径相比，底盖与顶盖的外径略小，通常不超过200毫米，且在两者的上方会安置位移杆。在荷载箱上焊接钢筋笼，使之形成一体后放进桩体，进行混凝土浇捣即可形成桩。在进行基桩自平衡试验进行后，使用油泵进行加压，随着压力的进一步增大，荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥。以基桩发生受荷为条件，若基桩的装神没有出现破损、混凝土没有出现离析或断裂的情况，那么混凝土会受到各级荷载的作用，进而产生应变量，其与钢筋所产生的应变量一致，因此对事先在桩内置入的钢筋应变计进行测量就可以测量出各个钢筋应变计在不同等级荷载的作用下其应变与应力之间的关系，进而推导出桩截面的应变与应力关系，进而可以求出桩截面的应变量。
2试验概况
（1）试验装置。本试验装置根据自平衡与传统静载（压、拔）试验原理自主研发。①模型槽：采用两个油桶（高：880mm，直径：580mm，壁厚：4mm）对接而成，在模型槽下方，自平衡与静压试验采用混凝土块砌筑高为1500mm的加载空间；②传力装置：自平衡上段桩A1与抗拔桩C1采用直径6mm的钢索通过两个定滑轮实施反向加载，A1作用在桩底，C1作用在桩顶。自平衡下段桩A2与静压桩B1采用预制钢挂钩穿过桩身内部预留孔洞实施桩顶加载；③加载装置：在加载端悬挂砝码篮，砝码篮重10kg，并作为第一级荷载，自平衡与抗拔测试往后每级荷载采用5kg砝码进行分级加载，静压测试每级荷载采用10kg砝码进行分级加载；④数据采集装置：位移采集用机械式百分表读取，桩身应变用TDS-530应变数据采集仪进行采集。（2）模型桩预制。将自平衡试桩分为上段桩A1、下段桩A2，静压试桩B1，抗拔试桩C1。所有试桩均为预制混凝土方形桩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为提高试桩的抗拉、抗剪强度，分别用6#、4#铁丝制作骨架。A1、A2、B1在铁丝骨架内固定一根直径12mm的PVC管，便于安装传力装置。支模浇筑成桩，养护28d，浇筑同时制作3组标准试块做抗压强度试验，同条件养护28d，测得桩身弹性模量为2.13×104MPa。为测得桩身应变，沿桩身不同位置粘贴电阻应变片（型号：B×120-80AA，电阻值：120.8±0.5Ω，灵敏系数为2.06），贴片后采用704胶水进行密封，并从凹槽一端引出导线，待所有应变片粘贴完成后用环氧树脂胶对整个凹槽进行密封。（3）试验土制备。三组试验均采用花岗岩残积土作为试验土，过筛后分层装填，每层装填厚度为20cm。为保证每次试验处于相同边界，试验的用土量相同，且不进行人工压实，自重压实7天。通过室内土工试验获得以下试验土基本力学参数。
3模型试验结果分析
3.1受力状态不同
受压桩在外部荷载作用下，桩身变粗，桩侧的岩土体受到挤压，桩侧岩土体变得密实，这样会使得受压桩在外力作用下其桩侧阻力增大，基桩承载能力增强；而受拉桩正好相反，其桩身在外部拉拔力的作用下会被拉细，桩身与桩周岩土体的接触变得松弛不紧密，这样会使得桩侧摩阻力减小，基桩的承载力变小。自平衡法与传统的基桩承载力测试方法由于荷载作用的位置不一样，其桩侧摩阻力的分布也就不同。自平衡法上段桩的底部受压，桩身变粗，桩周岩土体受挤压使得桩侧摩阻力较大，桩侧摩阻力至下而上逐渐减小，其上端为负摩阻力。岩土体在原始状态下，其应力处在平衡状态，传统的基桩承载力试验时，桩侧岩土体受力状态发生改变，其垂直方向的主应力增大，从而其平均应力也在增大。
3.2对单桩极限承载力的影响
在不考虑侧摩阻力和桩端阻力随位移变化的情况下，单桩极限承载能力是固定不变的，当桩身自重变化时，静载荷试验测得的单桩极限承载力将产生等量的反向变化，即当桩身自重增大时，试验测得的极限承载力将减小。但在实际工程中，桩基为上部结构提供支撑反力，设计时仅以静载荷试验测得的极限荷载作为单桩极限承载力，不考虑桩身自重。而上托桩与抗拔桩的单桩承载力由桩侧摩阻力与桩身自重提供，桩身自重变化时，单桩抗拔极限承载力呈相应等量变化，静载荷试验测得的抗拔极限荷载已包括桩身自重。
3.3破坏形式
在静载试验时，抗压桩在外部荷载作用下桩侧阻力逐步发挥，当桩侧阻力增大到极限值时，桩端阻力也慢慢发挥作用，一直到桩端阻力超过岩土体的极限值时才破坏；受拔桩则只有桩侧阻力来承担外部荷载。基桩自平衡法加载过程中破坏时，只能是上段桩身与桩周岩土体的剪切破坏，桩周岩土体被向上推挤而变得松散，桩周岩土体的强度降低，上段桩身受到的桩侧阻力要比传统的基桩试验要低。
结束语
自平衡试桩技术作为一套高效节能省时的基桩承载力测试技术，在工程中受到了越来越广泛的应用，但其中面临很多的问题，从而对其测试的准确性造成了一定的影响，所以，要优化测试装置（主要是荷载箱）和整个测试采集系统，并且形成高度规范化的操作体系。
参考文献
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论文作者:李俊强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/8
标签：荷载论文; 承载力论文; 阻力论文; 岩土论文; 应变论文; 静压论文; 测试论文; 《基层建设》2019年第18期论文;