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【摘要】锚桩反力法与自平衡联合使用确定大吨位基础承载力检测方法，受力机理与传统的静载试验相一致，可以精确得到基桩极限承载力。
【关键词】锚桩反力法；自平衡试桩法；基桩承载力
1、研究背景
随着桩基础广泛应，已成为高层建筑、大型桥梁，深水码头等采用的主要基础形式。传统的桩基荷载试验方法包括堆载法和锚桩法，由于基桩承载力越来越大，构筑物的大吨位基桩经常得不到准确的承载力数据，导致基桩承载力得不到充分的发挥，造成浪费，或承载力达不到设计要求埋下安全隐患，酿成安全事故。无论采用何种桩基础，规范要求必须做一定数量的桩基静载试验，来确定单桩极限承载力。所以，人们寻找一种既方便经济又准确科学的实验方法。
自平衡试桩法也属于基桩静载试验的范畴，但是与传统的静载试验相比，它的桩身荷载传递机理，基桩受力状态和桩土相互作用都存在明显的不同。在受力机理上，自平衡上段桩与传统静载差异极大，下段桩与传统静载基本相同。虽然自平衡法比传统测试方法有优点，能弥补传统方法的不足。但是，由于自平衡法发展历史较短，技术还不够成熟和完善，在关键技术上还有待进一步研究，特别是不同地域桩侧向上摩阻力的修正系数的取值，还需要通过大量实验数据的积累。
锚桩反力法与自平衡联合使用确定大吨位基础承载力检测方法，就是综合考虑了上述情况提出的一种基桩承载力检测方法。受力机理与传统的静载试验相一致，荷载箱以上桩段桩身极限侧阻力通过锚桩反力法确定，荷载箱以下桩段桩身极限侧阻力和端阻力通过自平衡方法确定，将两段桩承载力相叠加，即可以精确得到基桩极限承载力。
2、自平衡试桩
自平衡测试方法，可解决超大吨位试桩问题，在国内应用十几年，现已有交通行业标准《基桩静载试验自平衡法》JT/T738-2009，目前该技术在全国十几个省市应用。
自平衡法试桩是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的试验方法。把一种特制的加载装置—荷载箱，预先放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和上、下顶面的位移杆引到地面平台。由高压油泵在地面平台向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上段桩桩侧阻力及自重与下段桩桩侧阻力及桩端阻力相平衡来维持加载，从而获得桩的承载力。
3、锚桩横梁法与自平衡法联合使用
在哈尔滨地区进行施工前期的静载试验一般采用锚桩横梁法提供反力系统，用“四锚一”的锚固方式，但由于反力设备的限制，黑龙江省内采用传统锚桩法最高只能试验承载力37000kN。2008年建设的松浦大桥主塔基桩，直径2.5m，桩长100m，承载力设计值达到70000kN，传统的静载试验方式已满足不了工程应用的需求。
如果在试桩施工过程中桩身埋设荷载箱，就可以通过荷载箱检测出荷载箱以下桩端及桩侧阻力，荷载箱以上的桩身承载力由锚桩横梁法测得。从而实现锚桩横梁法与自平衡法相联合的加载方法。这种方法解决了没有超大吨位反力装置的难题，同时也避免了单独采用自平衡法测得承载力时对上部桩侧阻力的修正（由于哈尔滨地区静载锚桩法与自平衡对比数据分析较少，难以给出适合于本地区的γ值）。
4、检测步骤
①通过地质报告及经验公式计算荷载箱放置位置，使荷载箱上段桩具有提供足够反力能使下段桩达到极限状态。
②根据计算的荷载箱位置，把荷载箱焊接在钢筋笼上，随钢筋笼下放到桩身某处，将桩身分为两段，然后浇筑混凝土。
③进行自平衡方法测试。在桩身混凝土达到设计强度同时满足土的休止时间的前提下，试验开始。在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，因计算的荷载箱上段桩具有提供足够反力能使下段桩达到极限状态，促使下段桩侧阻力及桩端阻力的发挥，从而测出荷载箱以下部分桩侧极限摩阻力和桩端极限阻力。位移利用焊接在荷载箱顶板和底板的位移杆传至地面，通过位移传感器读取。
④由于自平衡测试过程，桩周土被扰动，根据土的类别不同完成休止时间。同时进行锚桩横梁的设备安装，锚筋焊接。
⑤锚桩横梁反力法测试。打开荷载箱油路，使荷载箱以上桩段无桩端阻力，采用锚桩横梁反力法通过桩顶液压千斤顶加载，在试桩的直径方向对称安置4只位移传感器，沉降测定平面在桩顶200mm以下位置，测点牢固地固定于桩身，通过静载加荷系统自动加载，并同步获取Q-s等相关曲线，测出上桩段桩身极限承载力。
5、实验结果分析
①确定基桩竖向抗压极限承载力。a.根据沉降随荷载变化的特征确定，对于陡降型Q-s曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。b.对于缓变形Q-s曲线，根据沉降量确定，取s=40～60mm对应的荷载值；对大直径桩，取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。c.根据沉降随时间变化的特征确定，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。根据上述方法分别得出自平衡方法测得的下段桩极限承载力和锚桩横梁反力法测得的上段桩极限承载力。将两段桩极限承载力相加，即可以精确得到基桩极限承载力。
②确定上桩段摩阻力修正系数γ值，为工程桩验收检测提供可靠依据。试桩检测结束后，采用桩底压力注浆，使下桩段及桩段阻力提高。当注浆压力达到设计强度之后，进行第二次自平衡检测，即可测得荷载箱以上桩段的极限摩阻力。
上桩段摩阻力修正系数γ值是自平衡法测试承载力进行上桩段负摩阻力修正的重要参数，采用锚桩法与第二次自平衡法测得的上桩段摩阻力比对得出修正系数γ值，为工程桩验收检测提供可靠地计算参数，也为确定本地区侧阻力修正系数γ取值积累了重要数据。
6、社会效益、经济效益
①可检测超大吨位基桩极限承载力。本方法将锚桩横梁反力法与自平衡法的优越性得以充分利用，精确得出二段桩的极限承载力，叠加计算总极限承载力，不仅适用于桥桩检测，也可以推广应用于其他领域基桩工程检测。
②积累哈尔滨地区自平衡法上桩段侧阻力修正系数取值γ。
③提供准确的施工前期基桩极限承载力，为优化设计提供可靠依据，降低工程造价，节约资金。
④节省基桩检测费用。由于锚桩只需提供进行上段桩测试所需反力，因此锚桩比试桩长度大大缩短，节省了大量的资金。
【关键词】锚桩反力法；自平衡试桩法；基桩承载力
1、研究背景
随着桩基础广泛应，已成为高层建筑、大型桥梁，深水码头等采用的主要基础形式。传统的桩基荷载试验方法包括堆载法和锚桩法，由于基桩承载力越来越大，构筑物的大吨位基桩经常得不到准确的承载力数据，导致基桩承载力得不到充分的发挥，造成浪费，或承载力达不到设计要求埋下安全隐患，酿成安全事故。无论采用何种桩基础，规范要求必须做一定数量的桩基静载试验，来确定单桩极限承载力。所以，人们寻找一种既方便经济又准确科学的实验方法。
自平衡试桩法也属于基桩静载试验的范畴，但是与传统的静载试验相比，它的桩身荷载传递机理，基桩受力状态和桩土相互作用都存在明显的不同。在受力机理上，自平衡上段桩与传统静载差异极大，下段桩与传统静载基本相同。虽然自平衡法比传统测试方法有优点，能弥补传统方法的不足。但是，由于自平衡法发展历史较短，技术还不够成熟和完善，在关键技术上还有待进一步研究，特别是不同地域桩侧向上摩阻力的修正系数的取值，还需要通过大量实验数据的积累。
锚桩反力法与自平衡联合使用确定大吨位基础承载力检测方法，就是综合考虑了上述情况提出的一种基桩承载力检测方法。受力机理与传统的静载试验相一致，荷载箱以上桩段桩身极限侧阻力通过锚桩反力法确定，荷载箱以下桩段桩身极限侧阻力和端阻力通过自平衡方法确定，将两段桩承载力相叠加，即可以精确得到基桩极限承载力。
2、自平衡试桩
自平衡测试方法，可解决超大吨位试桩问题，在国内应用十几年，现已有交通行业标准《基桩静载试验自平衡法》JT/T738-2009，目前该技术在全国十几个省市应用。
自平衡法试桩是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件的试验方法。把一种特制的加载装置—荷载箱，预先放置在桩身指定位置，将荷载箱的高压油管和上、下顶面的位移杆引到地面平台。由高压油泵在地面平台向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上段桩桩侧阻力及自重与下段桩桩侧阻力及桩端阻力相平衡来维持加载，从而获得桩的承载力。
3、锚桩横梁法与自平衡法联合使用
在哈尔滨地区进行施工前期的静载试验一般采用锚桩横梁法提供反力系统，用“四锚一”的锚固方式，但由于反力设备的限制，黑龙江省内采用传统锚桩法最高只能试验承载力37000kN。2008年建设的松浦大桥主塔基桩，直径2.5m，桩长100m，承载力设计值达到70000kN，传统的静载试验方式已满足不了工程应用的需求。
如果在试桩施工过程中桩身埋设荷载箱，就可以通过荷载箱检测出荷载箱以下桩端及桩侧阻力，荷载箱以上的桩身承载力由锚桩横梁法测得。从而实现锚桩横梁法与自平衡法相联合的加载方法。这种方法解决了没有超大吨位反力装置的难题，同时也避免了单独采用自平衡法测得承载力时对上部桩侧阻力的修正（由于哈尔滨地区静载锚桩法与自平衡对比数据分析较少，难以给出适合于本地区的γ值）。
4、检测步骤
①通过地质报告及经验公式计算荷载箱放置位置，使荷载箱上段桩具有提供足够反力能使下段桩达到极限状态。
②根据计算的荷载箱位置，把荷载箱焊接在钢筋笼上，随钢筋笼下放到桩身某处，将桩身分为两段，然后浇筑混凝土。
③进行自平衡方法测试。在桩身混凝土达到设计强度同时满足土的休止时间的前提下，试验开始。在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，因计算的荷载箱上段桩具有提供足够反力能使下段桩达到极限状态，促使下段桩侧阻力及桩端阻力的发挥，从而测出荷载箱以下部分桩侧极限摩阻力和桩端极限阻力。位移利用焊接在荷载箱顶板和底板的位移杆传至地面，通过位移传感器读取。
④由于自平衡测试过程，桩周土被扰动，根据土的类别不同完成休止时间。同时进行锚桩横梁的设备安装，锚筋焊接。
⑤锚桩横梁反力法测试。打开荷载箱油路，使荷载箱以上桩段无桩端阻力，采用锚桩横梁反力法通过桩顶液压千斤顶加载，在试桩的直径方向对称安置4只位移传感器，沉降测定平面在桩顶200mm以下位置，测点牢固地固定于桩身，通过静载加荷系统自动加载，并同步获取Q-s等相关曲线，测出上桩段桩身极限承载力。
5、实验结果分析
①确定基桩竖向抗压极限承载力。a.根据沉降随荷载变化的特征确定，对于陡降型Q-s曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。b.对于缓变形Q-s曲线，根据沉降量确定，取s=40～60mm对应的荷载值；对大直径桩，取s=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。c.根据沉降随时间变化的特征确定，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。根据上述方法分别得出自平衡方法测得的下段桩极限承载力和锚桩横梁反力法测得的上段桩极限承载力。将两段桩极限承载力相加，即可以精确得到基桩极限承载力。
②确定上桩段摩阻力修正系数γ值，为工程桩验收检测提供可靠依据。试桩检测结束后，采用桩底压力注浆，使下桩段及桩段阻力提高。当注浆压力达到设计强度之后，进行第二次自平衡检测，即可测得荷载箱以上桩段的极限摩阻力。
上桩段摩阻力修正系数γ值是自平衡法测试承载力进行上桩段负摩阻力修正的重要参数，采用锚桩法与第二次自平衡法测得的上桩段摩阻力比对得出修正系数γ值，为工程桩验收检测提供可靠地计算参数，也为确定本地区侧阻力修正系数γ取值积累了重要数据。
6、社会效益、经济效益
①可检测超大吨位基桩极限承载力。本方法将锚桩横梁反力法与自平衡法的优越性得以充分利用，精确得出二段桩的极限承载力，叠加计算总极限承载力，不仅适用于桥桩检测，也可以推广应用于其他领域基桩工程检测。
②积累哈尔滨地区自平衡法上桩段侧阻力修正系数取值γ。
③提供准确的施工前期基桩极限承载力，为优化设计提供可靠依据，降低工程造价，节约资金。
④节省基桩检测费用。由于锚桩只需提供进行上段桩测试所需反力，因此锚桩比试桩长度大大缩短，节省了大量的资金。