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[摘 要]基桩静载试验反力装置--平板架，在软土地区使用时其安全稳定性相对较低，为确保使用时平板架的安全稳定性，对平板架的稳定性进行分析评价，并建立动态监测报警系统。
[关键词]基桩静载试验反力装置，平板架，沉降监测
中图分类号：TE318 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0033-01
1 前言
长期以来舟山地区的基桩静载荷检测反力装置以伞形架为主，该装置具有可拆卸，便于运输，组装灵活等优点，特别是其支墩点多，在软土地區现场试验其安全稳定性较好。但受其形状及密集的拉杆限制，难以采用目前流行的标准试块进行堆载试验，而平板架较好的弥补了伞形架这一缺点，可以大堆载量的采用标准试块进行试验，并且平板架的钢梁之间主要为搭接，几乎无构件间的连接点，便于基桩静载试验前预留空间的留设，且其支墩一般位于平板架的两侧，便于基准梁的架设。
平板架相对于伞形架优势多多，在非软土区的使用少有异议，但在软土地区的使用和推广，许多单位对比安全稳定性有比较大的忧虑，为确保试验时平板架的安全稳定性，对平板架的稳定性进行分析评价，并建立动态监测报警系统。
2 平板架整体失稳模型
根据平板架在静载试验不同阶段时的受力不同可分为堆卸载阶段和试验阶段，其整体失稳破坏模型分析如下。
2.1 堆卸载阶段
堆卸载阶段平板架的上部荷载主要由工字钢组成的平板和位于两侧的支墩承担，工字钢平板、支墩及支墩下地基土分别相当于楼板、条形基础和地基，如平板及支墩刚度不足、地基土承载力不足或地基差异沉降过大均将造成平板架整体失稳倾倒。
2.2 试验载阶段
试验阶段平板架的上部荷载主要由工字钢组成的平板承担，并经由主梁、千斤顶逐步传递至受检基桩承担，平板上的荷载由一根主梁顶托承担，主梁荷载则由千斤顶单支点承担。由于平板上的荷载为散体堆积标准试块，四周无围护结构加以约束，如平板刚度不足及主梁偏心，平板两侧或单侧将产生过大绕曲变形，平板上部散体材料向两侧或单侧滑移甚至倾倒。如平板刚度足够而主梁偏心，则将产生单侧滑移甚至倾倒。主梁刚度及千斤顶支点偏心亦产生相同的滑移甚至倾倒及主梁构件屈服破坏下的整体失稳破坏。
3 平板架稳定性分析评价实例
3.1 平板架概况
以我院设计试验荷载20000kN平板架为例进行平板架稳定性分析评价，设计最大试验荷载20000kN，最大堆载24000kN。
3.2 堆卸载阶段
堆载阶段主梁基本不受力，堆载荷载由平板架承担，经由支墩传递至地基土。
3.2.1 次梁受力分析
平板架各组成次梁承受堆载的均布荷载，次梁受力分析模型为两端简支的均布荷载梁.
最大弯矩：Mmax=ql2/8；
最大剪力：Vmax=ql/2；
最大挠度：ωmax=5ql4/（384EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/（nl），按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，n--次梁数量，l--次梁支点间长度。
通过受力分析可知，可通过调整次梁支点间长度及增加次梁数量降低次梁内力，提高平板架安全稳定性。此阶段平板架次梁挠曲为跨中向下变形，上部散体堆积块以向内部滑移为主，对散体堆载试块稳定性有利。
3.2.2 支墩受力分析
单侧支墩承担荷载：F=Q/2±M/e；
单侧支墩地基接触面积：A≥F/（1.5fak）；
支墩材料抗力：R≥F/（A0fc）；
支墩弯矩可采用倒置弹性地基梁计算模型，纵向弯矩同条形基础模型。
3.2.3 地基土受力分析
地基土受力以分析评价为主，如整体沉降过大，会导致主梁过早介入承担荷载，进而降低留设的预留空间，一旦发生地基土破坏，将造成整体失稳。
如两侧支墩产生不均匀沉降或不均匀沉降过大，平板架会向单侧倾斜，直至滑移失稳，
3.3 试验阶段
平板架在试验阶段上部堆积荷载逐步经由主梁、千斤顶传递至受检基桩承担，次梁受力模型逐步转化为以主梁为界的单侧悬臂梁，主梁受力模型同样简化为以千斤顶支点为界的单侧悬臂梁。
3.3.1 次梁受力分析如下：
最大弯矩：Mmax=ql2/8；
最大剪力：Vmax=ql/2；
最大挠度：Wmax=ql4/（128EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/（nl），按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，n--次梁数量，l--次梁支点间长度。
3.3.2 主梁受力分析
最大彎矩：Mmax=qL2/8；
最大剪力：Vmax=qL/2；
最大挠度：Wmax=qL4/（128EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/L，按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，L--主梁使用长度。
通过受力分析可知，可通过减少主梁使用长度可减少主梁弯矩、挠曲变形，对平板架安全稳定性有利。
此阶段次梁、主梁挠曲方向均为梁的两端向下变形，上部散体堆积块以向外部滑移。
滑移稳定性为：K=tanφ/tanθ。
φ--试块间、试块与钢梁间内摩擦角，θ--钢梁挠曲角度。
φ角可通过试验测量，θ可通过理论计算。
3.4 千斤顶稳定性分析
整个平板架系统的荷载最终通过千斤顶传递至受检桩，为单支点受力上的梁、板系统，如支点偏心或倾斜，将严重影响平板架的整体稳定性。 1、根据规范要求，堆载量应不少于试验最大荷载的1.2倍[2]。在该要求下试验时，当试验达最大荷载时，上部荷载尚未完全发挥，平板架堆载系统尚未完全顶托起，平板架堆载系统尚处于自身变形阶段，次梁与支墩的搭接尚未完全脱离。从该角度分析堆载量大于试验最大荷载对平板架整体稳定性有利。
2、小偏心情况下对平板架整体稳定性影响较小，但如发生大偏心或千斤顶倾斜，将严重影响平板架的整体稳定性，堆载阶段可通过千斤顶承压面找平，千斤顶周身布置水平管加以控制、调整，试验阶段对千斤顶底座位移进行监测。
3、堆载前应严格控制平板架及堆载物形心，确保千斤顶位于平板架堆载系统的形心。
3.5 平板架整体稳定性评价
平板架整体稳定性可通过安全系数进行评价，分别为：
1、构件内力和抗力的安全系数。
2、构件间、试块间、构件与试块间的滑移安全稳定系数。
4 平板架沉降监测报警系统
通过上述分析，平板架整体稳定性可通过安全系数进行设计，但支墩的不均匀沉降对稳定性评价尚未解决，受地基土承载力及变形的不可预见性和复杂性，可通过对支墩沉降变形情况进行沉降监测，并设置报警值，实现动态监控试验，具体做法如下。
1、平板架就位后各支墩设置一定数量位移监测点，通过精密水准仪施测初始标高数据，并计算平板架初始平整度。
2、各位移监测点通过基准梁建设位移传感器，对堆卸载阶段及试验阶段的支墩沉降变形情况进行动探监控，当沉降位移过大及平板架平整度超警戒值，沉降观测系统报警，堆卸载或试验应及时暂停并查找原因。
5 结论
⑴平板架构件的安全性可通过理论进行验算。
⑵千斤顶底座在试验阶段，支墩在全过程进行沉降监测，并建立报警值，超过报警值后应及时暂停试验或堆卸载，并查找原因
⑶通过该评价及监测系统可全面把控基桩静载试验全过程，确保试验安全，全方面反映试验状况。
⑷平板架的安全稳定性可通过技术手段进行把控，但并不能决定试验成败，平板架支墩的稳定性对试验的安全和成败起决定性作用，应重视支墩下地基土的探明和必要处理；基桩自身缺陷特别是浅部缺陷也会极大影响试验的安全性，因此应在静载试验前对基桩进行必要的桩身完整性检测。
参考文献
[1] 《工程力學（第二版）》，同济大学出版社，2008年8月出版；
[2] 《基桩检测技术规范》（JGJ106-2014），中華人民共和国住房和城乡建设部，2014年10月1日实施.
[关键词]基桩静载试验反力装置，平板架，沉降监测
中图分类号：TE318 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0033-01
1 前言
长期以来舟山地区的基桩静载荷检测反力装置以伞形架为主，该装置具有可拆卸，便于运输，组装灵活等优点，特别是其支墩点多，在软土地區现场试验其安全稳定性较好。但受其形状及密集的拉杆限制，难以采用目前流行的标准试块进行堆载试验，而平板架较好的弥补了伞形架这一缺点，可以大堆载量的采用标准试块进行试验，并且平板架的钢梁之间主要为搭接，几乎无构件间的连接点，便于基桩静载试验前预留空间的留设，且其支墩一般位于平板架的两侧，便于基准梁的架设。
平板架相对于伞形架优势多多，在非软土区的使用少有异议，但在软土地区的使用和推广，许多单位对比安全稳定性有比较大的忧虑，为确保试验时平板架的安全稳定性，对平板架的稳定性进行分析评价，并建立动态监测报警系统。
2 平板架整体失稳模型
根据平板架在静载试验不同阶段时的受力不同可分为堆卸载阶段和试验阶段，其整体失稳破坏模型分析如下。
2.1 堆卸载阶段
堆卸载阶段平板架的上部荷载主要由工字钢组成的平板和位于两侧的支墩承担，工字钢平板、支墩及支墩下地基土分别相当于楼板、条形基础和地基，如平板及支墩刚度不足、地基土承载力不足或地基差异沉降过大均将造成平板架整体失稳倾倒。
2.2 试验载阶段
试验阶段平板架的上部荷载主要由工字钢组成的平板承担，并经由主梁、千斤顶逐步传递至受检基桩承担，平板上的荷载由一根主梁顶托承担，主梁荷载则由千斤顶单支点承担。由于平板上的荷载为散体堆积标准试块，四周无围护结构加以约束，如平板刚度不足及主梁偏心，平板两侧或单侧将产生过大绕曲变形，平板上部散体材料向两侧或单侧滑移甚至倾倒。如平板刚度足够而主梁偏心，则将产生单侧滑移甚至倾倒。主梁刚度及千斤顶支点偏心亦产生相同的滑移甚至倾倒及主梁构件屈服破坏下的整体失稳破坏。
3 平板架稳定性分析评价实例
3.1 平板架概况
以我院设计试验荷载20000kN平板架为例进行平板架稳定性分析评价，设计最大试验荷载20000kN，最大堆载24000kN。
3.2 堆卸载阶段
堆载阶段主梁基本不受力，堆载荷载由平板架承担，经由支墩传递至地基土。
3.2.1 次梁受力分析
平板架各组成次梁承受堆载的均布荷载，次梁受力分析模型为两端简支的均布荷载梁.
最大弯矩：Mmax=ql2/8；
最大剪力：Vmax=ql/2；
最大挠度：ωmax=5ql4/（384EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/（nl），按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，n--次梁数量，l--次梁支点间长度。
通过受力分析可知，可通过调整次梁支点间长度及增加次梁数量降低次梁内力，提高平板架安全稳定性。此阶段平板架次梁挠曲为跨中向下变形，上部散体堆积块以向内部滑移为主，对散体堆载试块稳定性有利。
3.2.2 支墩受力分析
单侧支墩承担荷载：F=Q/2±M/e；
单侧支墩地基接触面积：A≥F/（1.5fak）；
支墩材料抗力：R≥F/（A0fc）；
支墩弯矩可采用倒置弹性地基梁计算模型，纵向弯矩同条形基础模型。
3.2.3 地基土受力分析
地基土受力以分析评价为主，如整体沉降过大，会导致主梁过早介入承担荷载，进而降低留设的预留空间，一旦发生地基土破坏，将造成整体失稳。
如两侧支墩产生不均匀沉降或不均匀沉降过大，平板架会向单侧倾斜，直至滑移失稳，
3.3 试验阶段
平板架在试验阶段上部堆积荷载逐步经由主梁、千斤顶传递至受检基桩承担，次梁受力模型逐步转化为以主梁为界的单侧悬臂梁，主梁受力模型同样简化为以千斤顶支点为界的单侧悬臂梁。
3.3.1 次梁受力分析如下：
最大弯矩：Mmax=ql2/8；
最大剪力：Vmax=ql/2；
最大挠度：Wmax=ql4/（128EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/（nl），按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，n--次梁数量，l--次梁支点间长度。
3.3.2 主梁受力分析
最大彎矩：Mmax=qL2/8；
最大剪力：Vmax=qL/2；
最大挠度：Wmax=qL4/（128EI）；
梁上近似均布荷载：q=Q/L，按次梁均匀分担上部荷载考虑。
Q--堆积荷载，L--主梁使用长度。
通过受力分析可知，可通过减少主梁使用长度可减少主梁弯矩、挠曲变形，对平板架安全稳定性有利。
此阶段次梁、主梁挠曲方向均为梁的两端向下变形，上部散体堆积块以向外部滑移。
滑移稳定性为：K=tanφ/tanθ。
φ--试块间、试块与钢梁间内摩擦角，θ--钢梁挠曲角度。
φ角可通过试验测量，θ可通过理论计算。
3.4 千斤顶稳定性分析
整个平板架系统的荷载最终通过千斤顶传递至受检桩，为单支点受力上的梁、板系统，如支点偏心或倾斜，将严重影响平板架的整体稳定性。 1、根据规范要求，堆载量应不少于试验最大荷载的1.2倍[2]。在该要求下试验时，当试验达最大荷载时，上部荷载尚未完全发挥，平板架堆载系统尚未完全顶托起，平板架堆载系统尚处于自身变形阶段，次梁与支墩的搭接尚未完全脱离。从该角度分析堆载量大于试验最大荷载对平板架整体稳定性有利。
2、小偏心情况下对平板架整体稳定性影响较小，但如发生大偏心或千斤顶倾斜，将严重影响平板架的整体稳定性，堆载阶段可通过千斤顶承压面找平，千斤顶周身布置水平管加以控制、调整，试验阶段对千斤顶底座位移进行监测。
3、堆载前应严格控制平板架及堆载物形心，确保千斤顶位于平板架堆载系统的形心。
3.5 平板架整体稳定性评价
平板架整体稳定性可通过安全系数进行评价，分别为：
1、构件内力和抗力的安全系数。
2、构件间、试块间、构件与试块间的滑移安全稳定系数。
4 平板架沉降监测报警系统
通过上述分析，平板架整体稳定性可通过安全系数进行设计，但支墩的不均匀沉降对稳定性评价尚未解决，受地基土承载力及变形的不可预见性和复杂性，可通过对支墩沉降变形情况进行沉降监测，并设置报警值，实现动态监控试验，具体做法如下。
1、平板架就位后各支墩设置一定数量位移监测点，通过精密水准仪施测初始标高数据，并计算平板架初始平整度。
2、各位移监测点通过基准梁建设位移传感器，对堆卸载阶段及试验阶段的支墩沉降变形情况进行动探监控，当沉降位移过大及平板架平整度超警戒值，沉降观测系统报警，堆卸载或试验应及时暂停并查找原因。
5 结论
⑴平板架构件的安全性可通过理论进行验算。
⑵千斤顶底座在试验阶段，支墩在全过程进行沉降监测，并建立报警值，超过报警值后应及时暂停试验或堆卸载，并查找原因
⑶通过该评价及监测系统可全面把控基桩静载试验全过程，确保试验安全，全方面反映试验状况。
⑷平板架的安全稳定性可通过技术手段进行把控，但并不能决定试验成败，平板架支墩的稳定性对试验的安全和成败起决定性作用，应重视支墩下地基土的探明和必要处理；基桩自身缺陷特别是浅部缺陷也会极大影响试验的安全性，因此应在静载试验前对基桩进行必要的桩身完整性检测。
参考文献
[1] 《工程力學（第二版）》，同济大学出版社，2008年8月出版；
[2] 《基桩检测技术规范》（JGJ106-2014），中華人民共和国住房和城乡建设部，2014年10月1日实施.