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摘 要：本文介绍了桩基承载力自平衡测试法的原理及荷载箱所存在的问题，指出改进的囊式荷载箱的优点，同时介绍了以自平衡法原理为基础的自平衡法深层平板载荷试验、通莫静载试验法，以及桩顶加载自锚式测试法的基本原理和各种试验方法采用的荷载箱，并指出各种荷载箱的优缺点；最后提出了桩基承载力自平衡测试法荷载箱的一些改进设想。
关键词：自平衡试桩法；荷载箱；施工工艺
1 自平衡测试技术原理简介和荷载箱
1.1 自平衡测试技术原理
通过自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原則，将一个特制的液压荷载箱埋在桩端附近或桩身某截面处，待混凝土达到一定强度后，通过对荷载箱内腔施加压力，箱顶和箱底被推开，荷载箱以下桩将产生端阻和向上的侧阻以抵抗桩向下的位移，同时荷载箱以上桩将产生向下的侧阻以抵抗桩向上的位移，上下桩段的反力大小相等、方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。荷载箱施加的压力可通过预先标定的油泵压力表测得，荷载箱顶底板的位移可通过预先设置的位移杆，用位移传感器测得。由此可测得上下桩段两条 Q～S曲线及相应的 S～lgt 曲线，采用合理的测试数据等效转换方法和承载力确定方法，即可确定基桩的极限承载力、桩侧、桩端阻力分担情[6-10]。
1.2 自平衡法荷载箱与改进的囊式荷载箱
1.2.1 传统荷载箱
对于自平衡测桩法，其荷载箱上下承压板用普通低碳钢板制作，中间与千斤顶用高强螺栓连接。在测试过程中承压板易产生较大变形而影响测试精度；且荷载箱重量都在 1000kg以上，实际操作中安装很不方便；荷载箱的上、下平板会导致施工时浮浆，这些会影响桩的测试结果精度、成型及完整性。位移采用位移杆测量，当测量距离较大时，会影响精度。且位移杆采用普通低碳钢筋制作，在检测长桩时易发生弯曲变形，会影响位移传递的准确性[11-15]。
目前囊式荷载箱常用的位移测量方法有两种：位移杆和位移丝。位移杆，地面数据读取机构比较简单；但测量距离长时，精度较差。位移丝，地面数据读取机构较为复杂，需用定滑轮机构；但长距离测量时，精度较高。具体采用那种方法，一般由测量距离确定。测量点距离地面小于10 米时，适宜采用位移杆；测距大于10 米时，宜采用位移丝。
2 通莫静载试验原理简介及通莫荷载箱
2.1 通莫静载试验原理
通莫静载试验的原理与自平衡测试法差不多，是将一种特制的加载装置——通莫荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加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。试验时，从桩顶通过高压油管对荷载箱内腔施加压力，箱顶与箱底被推开，产生向上与向下的推力，并传递到桩身，从而调动桩周土的侧阻力与端阻力，进行加载。由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据，反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数和正向加载时下部分桩体的相应反应参数。通过对加载力与这些参数之间关系的计算和分析，不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据。
2.2 通莫荷载箱
通莫荷载箱采用特殊压力增强设计，液压系统不用高压。荷载箱的整体结构考虑浮浆导流，避免桩底浮渣沉积在荷载箱底部。采用封闭式荷载箱，周边留有足够空隙，试验完成后对荷载箱能进行完整补浆，保证补浆截面的连续性。不直接检测荷载箱上下面的位移，而是检测荷载箱上下若干距离的桩体位移，这样能体现桩被加载后的真实位移。传统荷载箱是采用上下钢板内夹并联油缸的方式，可能造成荷载箱下底面混凝土局部强度不够，导致混凝土被挤碎，检测结果不准确，并会对工程处桩留下隐患。
3 自平衡法深层平板载荷试验原理简介及整体轮辐式荷载箱
3.1 自平衡法深层平板载荷试验原理
为避免自平衡测试法中平衡点位置难以确定的问题，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，自平衡法深层平板载荷试验便诞生。该法将荷载箱位置由桩身下部移至桩底部，浇筑桩身混凝土后，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，以此得到桩侧阻力-桩身位移、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[16，17]。
3.2 整体轮辐式荷载箱
决定自平衡法深层平板载荷测试结果的准确性和精度的核心问题即在于荷载箱及位移测试系统。整体轮辐式荷载箱下承压板与油缸整体铸造，辐射状加强筋连接，上承压板为整体辐射状加强筋结构。采用这种方案制作的荷载箱，结构紧凑，强度高，在满足试验要求的前提下重量仅为传统荷载箱的 40%，施工时安装方便。采用位移丝测试系统来测试荷载箱承压板的位移
4 桩顶加载自锚式测试法原理简介及荷载箱
4.1 桩顶加载自锚式测试法原理
桩顶加载自锚式测试法是针对测试大直径桩竖向承载力，借鉴自平衡测试法的优点，克服其缺点而研究出来的一种新型测试法。该方法将荷载箱移至桩顶，通过隔离装置将待测大直径桩分为受拉管桩和受压桩加载，较之自平衡测桩法，无需一次性荷载箱，平衡点选择简单可靠。试桩用作工程桩更可靠，不会因管路损坏导致试验无法进行，与静载试验和工程桩的工作机制更为接近[18，19]。
4.2 自锚桩法荷载箱
桩顶加载自锚式测试法荷载箱包括箱体、千斤顶，所述千斤顶位于箱体内，箱体外壳上部、下部具有钢棒，钢棒的数量与千斤顶数量相同且与千斤顶的位置一一对应。与箱体表面连接的钢棒在浇筑水下混凝土时能够穿过荷载箱两端的具有杂质的混凝土，插入优质混凝土中，使测试时荷载箱输出的力能够大部分传导到测试柱上，能够降低或消除由于带有杂质的混凝土导致的测量误差。
5 自平衡试桩法荷载箱改进设想
通过上面的论述可以看出，随着自平衡测试法的不断发展，各种荷载箱也随之改进。综合各种荷载箱的优缺点，我们进行荷载箱设计和制造时要从以下因素来考虑：
（1）加载能力：由于目前国内采用自平衡测桩法检测的桩基，普遍为一次灌注成桩，这就需要荷载箱正式试验加载前，必须先将桩体断开。对于正常的桩基，断桩时需要的荷载箱加载能力应该高于试验极限载荷所需的加载能力。
6 总结
由于桩穿越土层的多样性及桩土承载体系构成机制和本构关系的复杂性，要得出符合这个理论依据的自平衡位置的准确分析方法或判断方法，是非常困难的，或者说是几乎不可能的。这样荷载箱位置存在着随意性，必然导致上下两段试桩不可能同时达到极限状态。再者，由于自平衡法荷载箱采用上下钢板内夹并联油缸的方式，测试过程中承压板易产生较大变形而影响测试精度；荷载箱设备重量较大使得安装不方便；施工时，荷载箱的上、下平板会导致浮浆。
（1）囊式荷载箱是针对自平衡测试法荷载箱存在的问题而进行改进研究出来的，主要表现在五个方面：采用嵌入式加载结构、具有可靠的浮浆导流性能、出色安全的加载能力、合理的面积分配及科学的空间形状。
桩基承载力自平衡法的研究和发展正方兴未艾。要提高自平衡法检测的质量与效益，一方面要不断完善自平衡法和荷载箱；另一方面要加强对桩土作用机理的分析和承载力结果的处理。本文仅仅谈到了对自平衡法荷载箱的改进设想，对自平衡测试结果向传统静载试验的精确转换还有待今后进一步论述。
参考文献
[1] 编写委员会.桩基工程.北京：中国建工出版社 1997.
[2] 刘金蝠.桩基工程技术.北京：中国建材工出版社 1996.
[3] 史佩栋.我国桩基基础施工技术现状.北京：中国建工出版社 1997.
（作者单位：大丰市建设工程质量检测中心有限公司）
关键词：自平衡试桩法；荷载箱；施工工艺
1 自平衡测试技术原理简介和荷载箱
1.1 自平衡测试技术原理
通过自平衡测试法是利用试桩自身反力平衡的原則，将一个特制的液压荷载箱埋在桩端附近或桩身某截面处，待混凝土达到一定强度后，通过对荷载箱内腔施加压力，箱顶和箱底被推开，荷载箱以下桩将产生端阻和向上的侧阻以抵抗桩向下的位移，同时荷载箱以上桩将产生向下的侧阻以抵抗桩向上的位移，上下桩段的反力大小相等、方向相反，从而达到试桩自身反力平衡加载的目的。荷载箱施加的压力可通过预先标定的油泵压力表测得，荷载箱顶底板的位移可通过预先设置的位移杆，用位移传感器测得。由此可测得上下桩段两条 Q～S曲线及相应的 S～lgt 曲线，采用合理的测试数据等效转换方法和承载力确定方法，即可确定基桩的极限承载力、桩侧、桩端阻力分担情[6-10]。
1.2 自平衡法荷载箱与改进的囊式荷载箱
1.2.1 传统荷载箱
对于自平衡测桩法，其荷载箱上下承压板用普通低碳钢板制作，中间与千斤顶用高强螺栓连接。在测试过程中承压板易产生较大变形而影响测试精度；且荷载箱重量都在 1000kg以上，实际操作中安装很不方便；荷载箱的上、下平板会导致施工时浮浆，这些会影响桩的测试结果精度、成型及完整性。位移采用位移杆测量，当测量距离较大时，会影响精度。且位移杆采用普通低碳钢筋制作，在检测长桩时易发生弯曲变形，会影响位移传递的准确性[11-15]。
目前囊式荷载箱常用的位移测量方法有两种：位移杆和位移丝。位移杆，地面数据读取机构比较简单；但测量距离长时，精度较差。位移丝，地面数据读取机构较为复杂，需用定滑轮机构；但长距离测量时，精度较高。具体采用那种方法，一般由测量距离确定。测量点距离地面小于10 米时，适宜采用位移杆；测距大于10 米时，宜采用位移丝。
2 通莫静载试验原理简介及通莫荷载箱
2.1 通莫静载试验原理
通莫静载试验的原理与自平衡测试法差不多，是将一种特制的加载装置——通莫荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加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。试验时，从桩顶通过高压油管对荷载箱内腔施加压力，箱顶与箱底被推开，产生向上与向下的推力，并传递到桩身，从而调动桩周土的侧阻力与端阻力，进行加载。由于桩体自成反力，我们将得到相当于两个静载试验的数据，反向加载时上部分桩体的相应反应系列参数和正向加载时下部分桩体的相应反应参数。通过对加载力与这些参数之间关系的计算和分析，不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据。
2.2 通莫荷载箱
通莫荷载箱采用特殊压力增强设计，液压系统不用高压。荷载箱的整体结构考虑浮浆导流，避免桩底浮渣沉积在荷载箱底部。采用封闭式荷载箱，周边留有足够空隙，试验完成后对荷载箱能进行完整补浆，保证补浆截面的连续性。不直接检测荷载箱上下面的位移，而是检测荷载箱上下若干距离的桩体位移，这样能体现桩被加载后的真实位移。传统荷载箱是采用上下钢板内夹并联油缸的方式，可能造成荷载箱下底面混凝土局部强度不够，导致混凝土被挤碎，检测结果不准确，并会对工程处桩留下隐患。
3 自平衡法深层平板载荷试验原理简介及整体轮辐式荷载箱
3.1 自平衡法深层平板载荷试验原理
为避免自平衡测试法中平衡点位置难以确定的问题，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，自平衡法深层平板载荷试验便诞生。该法将荷载箱位置由桩身下部移至桩底部，浇筑桩身混凝土后，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，以此得到桩侧阻力-桩身位移、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[16，17]。
3.2 整体轮辐式荷载箱
决定自平衡法深层平板载荷测试结果的准确性和精度的核心问题即在于荷载箱及位移测试系统。整体轮辐式荷载箱下承压板与油缸整体铸造，辐射状加强筋连接，上承压板为整体辐射状加强筋结构。采用这种方案制作的荷载箱，结构紧凑，强度高，在满足试验要求的前提下重量仅为传统荷载箱的 40%，施工时安装方便。采用位移丝测试系统来测试荷载箱承压板的位移
4 桩顶加载自锚式测试法原理简介及荷载箱
4.1 桩顶加载自锚式测试法原理
桩顶加载自锚式测试法是针对测试大直径桩竖向承载力，借鉴自平衡测试法的优点，克服其缺点而研究出来的一种新型测试法。该方法将荷载箱移至桩顶，通过隔离装置将待测大直径桩分为受拉管桩和受压桩加载，较之自平衡测桩法，无需一次性荷载箱，平衡点选择简单可靠。试桩用作工程桩更可靠，不会因管路损坏导致试验无法进行，与静载试验和工程桩的工作机制更为接近[18，19]。
4.2 自锚桩法荷载箱
桩顶加载自锚式测试法荷载箱包括箱体、千斤顶，所述千斤顶位于箱体内，箱体外壳上部、下部具有钢棒，钢棒的数量与千斤顶数量相同且与千斤顶的位置一一对应。与箱体表面连接的钢棒在浇筑水下混凝土时能够穿过荷载箱两端的具有杂质的混凝土，插入优质混凝土中，使测试时荷载箱输出的力能够大部分传导到测试柱上，能够降低或消除由于带有杂质的混凝土导致的测量误差。
5 自平衡试桩法荷载箱改进设想
通过上面的论述可以看出，随着自平衡测试法的不断发展，各种荷载箱也随之改进。综合各种荷载箱的优缺点，我们进行荷载箱设计和制造时要从以下因素来考虑：
（1）加载能力：由于目前国内采用自平衡测桩法检测的桩基，普遍为一次灌注成桩，这就需要荷载箱正式试验加载前，必须先将桩体断开。对于正常的桩基，断桩时需要的荷载箱加载能力应该高于试验极限载荷所需的加载能力。
6 总结
由于桩穿越土层的多样性及桩土承载体系构成机制和本构关系的复杂性，要得出符合这个理论依据的自平衡位置的准确分析方法或判断方法，是非常困难的，或者说是几乎不可能的。这样荷载箱位置存在着随意性，必然导致上下两段试桩不可能同时达到极限状态。再者，由于自平衡法荷载箱采用上下钢板内夹并联油缸的方式，测试过程中承压板易产生较大变形而影响测试精度；荷载箱设备重量较大使得安装不方便；施工时，荷载箱的上、下平板会导致浮浆。
（1）囊式荷载箱是针对自平衡测试法荷载箱存在的问题而进行改进研究出来的，主要表现在五个方面：采用嵌入式加载结构、具有可靠的浮浆导流性能、出色安全的加载能力、合理的面积分配及科学的空间形状。
桩基承载力自平衡法的研究和发展正方兴未艾。要提高自平衡法检测的质量与效益，一方面要不断完善自平衡法和荷载箱；另一方面要加强对桩土作用机理的分析和承载力结果的处理。本文仅仅谈到了对自平衡法荷载箱的改进设想，对自平衡测试结果向传统静载试验的精确转换还有待今后进一步论述。
参考文献
[1] 编写委员会.桩基工程.北京：中国建工出版社 1997.
[2] 刘金蝠.桩基工程技术.北京：中国建材工出版社 1996.
[3] 史佩栋.我国桩基基础施工技术现状.北京：中国建工出版社 1997.
（作者单位：大丰市建设工程质量检测中心有限公司）