1. 基樁自平衡法靜載試驗簡介

基樁自平衡法在國外稱o-cell法，該方法利用樁土體系自身提供反力以確定單樁承載力和樁周土層的側摩阻力、樁端阻力，是接近于豎向抗壓（拔）樁實際工作狀態的試驗方法。其原理是在樁身或樁端埋置荷載箱，抗壓試驗時，利用上部樁自重、上部樁樁側摩阻力來代替堆載法中重物或錨樁法中錨樁以提供反力；在抗拔試驗時，利用下部樁樁側摩阻力及端承力來代替傳統抗拔靜載試驗中的地基或錨樁以提供反力，從而達到試驗基樁承載力的目的。試驗時，從樁頂通過輸油管對荷載箱內腔施加壓力，箱蓋與箱底被推開，同時向上部樁及下部樁施加大小相等、方向相反的力，促使樁周土的摩阻力與端阻力發揮作用，樁土體系破壞或滿足工程的實際要求時停止試驗。自平衡試樁法試樁時的工作狀態與樁實際工作時的狀態有所不同，是接近于實際工作狀態的一種近似方法。

自平衡法測樁示意圖見圖1

測試原理示意圖見圖2      

2. 基樁自平衡法在國內外的應用現狀

基樁自平衡法（o-cell法）最早由美國西北大學學者Osterberg于1985年-1987年間，在分析、總結前人經驗的基礎上，對該測試技術進行了系統的研究、開發，并于1989年在橋梁剛樁中（水中試樁）成功進行了首次商業應用，后來逐漸被美國工程界廣泛接受，獲得越來越多的應用并且制定了相關的技術規程，至今已在美、英、日本、加拿大、新加坡、菲律賓及我國香港等10余個國家和地區得到推廣應用。目前國外試樁的承載力已達到150MN。

國內最早于1993年開始關注該方法，前期有清華大學李廣信教授[2]、浙江省建筑科學研究院史佩棟教授[3]等進行了宣貫和推廣。1996年，東南大學土木工程學院在理論研究的基礎上，首先將該法應用于實際工程。目前，我國的北京、江蘇、甘肅、江西、廣東、廣西、福建、浙江、安徽、山東等地已開始大量將該法應用于工程實踐。江蘇省最早于1999年發布關于該法的國內第一個地方標準，隨后廣西、安徽、江西等地地方標準相繼頒布，還有一些省份的地方標準正在編制中，早期發布的部分標準也已進行了修改、更新和頒布。交通領域應用此法較多，交通部于2009年即頒布行業標準JT/T 738-2009[4]，國內對潤揚長江公路大橋的靜載試驗荷載已達到120MN[5]。

自平衡試樁法應用領域廣泛，適用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、巖層中的中大直徑灌注樁的承載力測試，也可應用與混凝土管樁、鋼管樁的承載力測試；可用于基樁豎向抗壓靜載試驗，也可用于基樁豎向抗拔靜載試驗；適用于試驗樁極限承載力的測試試驗，也適用于工程樁驗收試驗；特別適用于傳統靜載試樁難以實施的水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場地試樁及特大噸位試樁等。

3. 基樁自平衡法靜載試驗的優缺點及定位

相對于傳統靜載和抗拔，自平衡法存在如下優點：

1、裝置簡單，場地要求低，不需運入鋼架，不需構筑大型的反力架；試驗安全可靠，且節省費用、工期；

2、可同時對多根樁進行檢測，節省工期；

3、可省去傳統抗拔試驗所需的場地道路平整、支撐樁施打、樁帽制作等工作；節省費用；可省去傳統抗拔試驗所需的場地道路平整換填、樁帽制作等工作，節省費用；

4、工程樁采用該法進行抗拔檢測時，因荷載箱埋置在樁端，試驗時樁身受壓，可以避免傳統抗拔試驗中樁身受拉而產生的裂縫，樁身耐久性不受影響；

5、在水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、基坑邊試樁、狹窄場地試樁、特大噸位試樁等情況下，傳統靜載方法很難實施，該法則不受限制。

相對于傳統靜載和抗拔，自平衡法存在如下缺點：

1、自平衡試樁法將荷載箱放置于樁身或樁底，加載點位于樁身或樁底，而傳統靜載法加載點位于樁頂部，故自平衡法試樁時樁身應力分布及樁側土層應力分布與樁實際工作狀態時不同，致使樁承載力和樁身位移關系的確定存在一定的偏差。圖3和圖4是筆者在某工程中對兩根抗拔樁分別采用自平衡法和傳統抗拔法所測的樁身軸力分布曲線（均未達到極限狀態前的），由此可較為明顯的看出兩者之間的區別。但隨著樁身位移不斷加大，接近樁土破壞的極限狀態時，兩種測試方法得到的樁極限承載力是接近的，此結論在國內很多的對比試驗中得到驗證。上部樁側摩阻力發揮的方向問題目前均采用抗拔系數來考慮此影響。

圖3  某抗拔樁樁身軸力分布曲線圖（自平衡法）

圖4  某抗拔樁樁身軸力分布曲線圖（傳統抗拔法）

2、當荷載箱埋置在樁身時，樁身鋼筋需要截斷，形成“斷樁”，從而影響樁的抗拔和抗彎性能。圖5是筆者在埋設荷載箱時的照片，其上可以明顯看出上下鋼筋籠在荷載箱處是斷開的。目前實踐中均是通過試驗后對此位置壓力灌漿來解決，壓力灌漿不僅可以填充試驗后縫隙，而且可以沿樁周上下滲透，提高該處承載力。下文對此問題有更進一步解釋。

3、工程實踐中，很難準確選擇一個“平衡點”使上下部樁同時達到極限狀態，那么加載時如果上部樁或下部樁先破壞，就要停止加載，以破壞前的一級荷載作為上部和下部的極限承載力，此時疊加得到的承載力結果偏安全。實踐中需依靠準確的勘探資料和參數取值，并結合越來越多工程數據積累來提高計算的準確度。另外也可采用上部樁堆放荷載或加固下部樁以使試驗進行下去的措施。

基于以上優缺點的分析，關于自平衡法的定位，筆者有如下觀點： 

1、基樁自平衡法靜載試驗是取得樁身極限承載力的有效方法之一

現在已知許多原位測試方法（靜力觸探、標準貫入試驗、動力法測樁等）都和樁靜荷載試驗的應力狀態不相同, 卻都是在利用其所建立的相關統計關系來估算或確定樁的垂直承載力， 重點在于試驗的目的是什么，有的方法用于初步設計, 有的用于工程樁驗收，有的對位移控制嚴格，有的對位移要求不嚴格，如前文所述，自平衡測樁法在測取樁身極限承載力時是保守的，且可以無限接近真實值，但實測的荷載－位移曲線不能代替傳統靜載試驗。在實際應用中應根據試驗目的考慮是否采用此法。

2、基樁自平衡法靜載試驗是傳統靜載試驗的補充

在基樁傳統靜載試驗受試驗環境限制難以實施的情況下，比如水上試樁、坡地試樁、基坑底試樁、狹窄場地試樁及特大噸位試樁，該法可作為一種替代方法用于取得樁的極限承載力，以滿足工程實際需要，其實測的樁身位移可作為參考使用。

3、基樁自平衡法可以滿足一些特殊工程應用

基樁自平衡法可用來測試深部土層的承載力和摩阻力。如某工程擬采用筏板基礎，以強風化炭質泥巖作為基底持力層，為了準確獲得“強風化炭質泥巖”的承載力及變形參數，需要進行原位的深層平板載荷試驗，但該項目仍處于前期設計階段，進行傳統深層平板載荷試驗需要開挖12m深的試坑進行試驗，且需考慮支護問題，安全性、經濟性均不可行，筆者所在單位提出使用自平衡試樁法進行深層平板載荷試驗，很好得解決了該問題。

4、基樁自平衡法是較好的一種抗拔樁試驗方法

基樁自平衡法不僅容易實現，而且避免了傳統抗拔試驗法所導致的樁身開裂和省去場地處理、埋設試驗螺桿等前期準備工作。

二、 規程主要內容介紹

本技術規程主要包括總則、術語和符號、基本規定、測試設備及安裝要求，現場試驗及數據處理五部分內容及5個附錄。附錄分別為附錄A：基樁自平衡法靜載試驗相關配圖，附錄B：基樁自平衡法靜載試驗常用表格，附錄C：樁身內力測試方法，附錄D：抗壓樁荷載箱埋設位置的確定，附錄E：試驗后注漿工藝。

本規程主編單位為廣州市建筑科學研究院有限公司，參編單位為：廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司、廣東省建筑科學研究院、廣州市建設工程質量監督站、廣東省地質科學研究所、深圳市建設工程質量檢測中心、廣州市荔灣區建設工程質量監督站、廣州市白云區建設工程質量安全監督站、東莞市建設工程質量監督站、廣州市天河區建設工程質量監督檢測室、廣東天信電力工程檢測有限公司、深圳市建筑科學研究院股份有限公司、南昌永祺科技發展有限公司。

下面結合自平衡法靜載試驗過程中的常見問題來對本規程內容進行介紹（下文中斜體字部分為規范條文）。

1. 對自平衡法應用范圍的規定

結合以上自平衡法優缺點的介紹，本規程對自平衡法的應用范圍進行了一定限制，具體為：

1.0.2 本規程適用于試驗樁承載力試驗和傳統靜載試驗受場地限制或噸位限制難以實施時的工程樁承載力檢測。

本條主要指出兩點，其一是基樁自平衡法可用于試驗樁承載力試驗，也可用于受一定環境條件限制和試驗噸位限制的工程樁承載力檢測，基樁自平衡法是傳統靜載法的必要補充；其二是自平衡法主要用于基樁承載力測試，位移的測試結果可用于參考，但因為采用該法試驗時，樁身受力狀態與實際工作時的受力狀態不同，故得到的位移會與實際工作狀態時的位移有一定偏差。

3.0.2  采用自平衡法進行試驗樁靜載試驗時，應同時進行樁身內力測試，內力測試可依據本規程附錄C進行。采用自平衡法進行工程樁靜載試驗，且荷載箱預埋置于樁身時，應對上部樁進行抗彎和抗拔驗算，確認上部樁承載力滿足設計要求后方可實施。

 本條規定主要針對上述自平衡法的缺點進行規定。

本條規定對試驗樁進行單樁豎向承載力（抗壓或抗拔）試驗時應進行樁身內力測試的目的在于盡量減少誤差，同時積累實測數據。根據試驗得到樁身實際應力分布及樁極限側摩阻力、端阻力值，可以較精確的反推得到樁實際工作受力狀態下的極限承載力。工程樁驗收試驗時對試驗結果的要求較簡單，故本條未要求對工程樁亦進行樁身內力測試，但有條件時宜進行內力測試。

本條規定應對“縮短”后的樁，即上部樁進行抗彎和抗拔驗算，確認對工程安全無影響時工程樁方可采用自平衡法。在實際應用中，荷載箱安放位置一般位于樁“反彎點”之下，故對樁抗彎性能影響不大，縮短后的受檢樁能滿足樁的抗拔要求方可采用此法。

2. 對荷載箱的規定

自平衡法試驗中荷載箱是最重要的元件，如何保證荷載箱的質量？荷載箱應控制那些指標？荷載箱如何標定？如何保證荷載箱在標定、運輸、埋設、測試過程中不被損壞？本規程在第4章中均給出了規定。

4.1.1  試驗加載采用專用的荷載箱，荷載箱預估最大加載值應根據最大試驗荷載、荷載箱埋設位置和工程地質條件確定。荷載箱缸體行程不宜小于120mm。

本條對荷載箱的最大加載值、缸體行程給出規定。自平衡法靜載試驗存在兩個試驗荷載，一個是與傳統靜載試驗一致的最大試驗荷載，一般由設計單位給定；另一個是荷載箱預估最大加載值，其取值應根據最大試驗荷載、荷載箱埋設位置、地質條件確定，加載分級按照此值確定。

4.1.2  荷載箱預估最大加載值對應的油壓值不應超過50MPa，出廠前必須試壓，試壓值不得小于預估最大加載值的1.1倍，且必須維持2h以上，試壓時荷載箱缸體行程應大于50mm。

本條規定荷載箱加載至最大值時對應的油壓值不應超過50MPa，一方面考慮到油壓過高時油路及荷載箱容易出現漏油，同時考慮到對荷載箱上下混凝土的局壓不應太高。本條規定試壓值不得小于預估最大加載值的1.1倍，且需穩壓2h。試壓時荷載箱缸體應伸出50mm以上也是為了保證荷載箱的質量，防止一些荷載箱在行程小時壓力可以保持很高，但行程大時質量卻得不到保證，而荷載箱在使用時是壓力越高對應行程相對越大。

4.1.3  荷載箱應經法定計量單位整體標定，并出具正式標定證書。標定證書上應注明荷載箱最大加載能力、尺寸、行程等參數及待應用的工程名稱。

荷載箱通常由多個千斤頂串聯或并聯組裝而成，本條規定應將荷載箱作為一個整體進行標定而不是對單個千斤頂分別進行標定。荷載箱整體標定可以檢驗整個油路的密封性能，通過多次反復加壓，完全排除荷載箱油路內的空氣，增加標定結果的準確性，同時可以排除荷載箱組裝過程中對油路產生的損壞的可能。

4.1.7  荷載箱在運輸或工地內中轉時應注意正確吊裝，荷載箱安裝前應檢查油嘴、油管、油封等的完好性。

3. 荷載箱的埋設位置

4.2.1  荷載箱的埋設位置應符合以下規定：

1  當極限端阻力小于極限側阻力時，按本規程附錄D的規定確定埋設位置，使上部樁、下部樁的承載力相當；

2  當極限端阻力大于極限側阻力時，將荷載箱置于樁底端，可在樁頂外加一定量的配重，配重應按本規程附錄D的規定確定；

3  對抗壓樁，當樁底存在擴大頭時，荷載箱宜埋設于擴大頭之上；

4  對抗拔樁，荷載箱應放置在樁底端，當樁底巖土層承載力小于試驗所需反力時，應對樁底進行處理；

5  有特殊需要時，試驗樁可采用雙荷載箱或多荷載箱，埋設位置根據具體需要確定。

荷載箱的埋設位置主要根據勘察資料上給出的巖土層以及各巖土層的參數來確定，故試驗前一定要采用可靠的勘察資料。鉆探孔的位置距離樁中心一般不宜大于5m，對于巖土層面起伏較大或者灰巖地區，5m水平距離內的地質情況都會變化很大，這時就要采用試驗樁處的鉆孔資料以保證勘察資料的準確性。

對抗拔樁，當樁底需要處理時，一般可在成孔時施工額外的延長段，利用該延長段側摩阻力和端阻力共同提供反力。

4. 荷載箱埋設時應注意的一些細節

4.2.2  荷載箱和鋼筋籠的連接應符合以下規定：

1  荷載箱中心與鋼筋籠中心重合，荷載箱位移變化方向與樁身軸線夾角應≤5o；

2  上部樁、下部樁的鋼筋籠在荷載箱附近處應有加強措施，一般包括箍筋加密、設置喇叭筋等措施，喇叭筋的一端與主筋焊接，一端焊在環形荷載箱蓋板內圓邊緣處，其數量和直徑同主筋。喇叭筋與荷載箱平面的夾角應大于60°；

3  上部樁鋼筋籠與下部樁鋼筋籠之間的連接強度不應大于荷載箱預估最大加載值的1/10。

4.2.3  位移桿（絲）和護管應符合以下規定：

1  位移桿（絲）應有護管進行保護，護管不得漏漿；

2  位移桿（絲）與引測部位及位移桿（絲）中間的接頭應連接可靠，不得在試驗前或試驗過程中脫開；

3  位移桿應具有一定的剛度，宜采用直徑25mm～30mm的鋼管；位移絲引測時應使用足夠的配重使位移絲繃緊；

4  等待試驗期間應對外露油管、位移桿（絲）進行妥善保護，不得損壞，護管頂部應封堵；

5  對樁頂外露的位移桿（絲）應做好標識，區分上位移與下位移；

6 在保證精度的前提下，也可采用其他形式的位移測量系統。

4.2.4  成孔及澆灌混凝土除應滿足相關規范要求外，還應符合以下規定：

1  抗壓樁和抗拔樁的孔底沉渣厚度均不應大于150mm；

2  應緩慢、準確下放導管，不得使預裝試驗裝置移位；

3  應確保荷載箱上部和下部混凝土澆灌密實。

5. 自平衡法測試時加載如何控制

4.3.5  應同時對上部樁向上位移、下部樁（或樁端持力層）向下位移及樁頂位移三組位移數據進行測量，每組應布置不少于2個測點，且各測點應對稱布置。

試驗主要控制上位移和下位移，樁頂位移的測量起輔助判斷作用，理論上，樁頂位移因不含上部樁的壓縮量，會略小于上部樁向上位移，如兩者之間相差較大，應分析出現此問題的原因。

5.1.1  試驗加卸載方式應符合下列規定：

2 加載應采用慢速或快速維持荷載法分級加載，加載應逐級等量加載，第一級荷載可取分級荷載的2倍；

3 分級荷載宜為荷載箱預估最大加載值的1/10~1/15；

5.1.4  抗壓樁試驗出現下列情況之一時，即可終止加載。

1 某級荷載作用下，上部樁或下部樁位移量為前一級荷載作用下位移量的5倍，且總位移量超過40mm-60mm（試驗樁取大值，工程樁取小值）；

2 當上部樁或下部樁的荷載－位移曲線為緩變型時，上部樁或下部樁的總位移量達到60mm-80mm；

3 某級荷載作用下，上部樁或下部樁的位移量大于前一級荷載作用下位移量的2倍，且經24h尚未達到相對穩定標準；

4 當上部樁出現上述三種情況之一，而下部樁未出現時，可考慮在樁頂增加配重后繼續加載至下部樁出現上述三種情況之一或達到最大試驗荷載；

5 已達到最大試驗荷載且上部樁和下部樁位移均達到相對穩定（收斂）標準。

5.1.5  抗拔樁試驗出現下列情況之一時，即可終止加載。

1 某級荷載作用下，上部樁的位移增量為前一級荷載作用下位移增量的5倍且總位移量超過40mm-60mm（試驗樁取大值，工程樁取小值）；

2 當上部樁荷載－位移曲線為緩變型時，上部樁的總位移量達到60mm -80mm；

3 荷載箱行程達到最大值；

4 已達到最大試驗荷載值且上部樁位移達到相對穩定標準。

抗壓試驗時因需將上部樁承載力和下部樁承載力疊加，故試驗過程中應分別控制上部樁位移和下部樁位移情況。對抗壓樁試驗，當上部樁位移和下部樁位移均達到穩定標準或收斂標準時方可加下一級荷載；對抗拔樁試驗，因為只需判斷上部樁承載力，故只需控制上部樁位移是否達到穩定或收斂，但持力層位移也必須測量，因為要隨時判斷荷載箱行程是否超限。

6. 自平衡法測試后單樁極限承載力如何確定

三、 自平衡法在工程樁中應用時常見問題探討

在自平衡法的應用過程中，特別是在工程樁中的應用，相關單位經常會有一些疑問，現就筆者的理解，對一些主要疑問解釋如下。

1、工程樁埋設荷載箱后是否會對后續工程樁使用產生影響

當試驗用荷載箱埋置在樁身時，樁身鋼筋需要在荷載箱位置斷開，試驗后樁身會產生一條水平縫隙，這些會不會對工程樁產生影響呢？針對此問題，現分別從樁的抗壓性能和抗拔性能方面來加以說明。

1）荷載箱埋設在樁身中下部，在實際使用過程中此處的樁身軸力為樁頂軸力的一半以下，相應對樁身強度要求會減少一半；荷載箱試驗后張開位置仍有活塞相連，可以傳遞抗壓荷載；同時試驗后對張開空隙位置進行壓力灌漿一方面可以填充縫隙，對缸體形成保護層，提高耐久性，另一方面可以沿樁周上下滲透，提高該處承載力。故試驗不會對工程樁的抗壓能力產生影響。

2）由于鋼筋在荷載箱處斷開，故會對工程樁的極限抗拔承載力產生影響，試驗前應找設計單位確認僅考慮荷載箱上部樁的抗拔承載力是否能滿足設計要求的抗拔力，如可以滿足則不會對工程安全產生影響，如不可以滿足，則不能采用自平衡法。

2、自平衡法檢測時無法滿足抽檢隨機性問題

采用自平衡法進行承載力檢測時，由于在樁施工時就要埋設荷載箱，故需要事先指定檢測樁，無法滿足通常檢測時隨機抽檢的要求，此問題與基樁聲波透射法預埋聲波管類似。針對此問題，現分析如下：

1）抽檢隨機性的目的是為了防止施工過程中專門針對受檢樁采用特殊工藝或改變設計參數而使結果不具有代表性。針對通常采用的旋挖樁和沖孔樁，只要施工時由監理單位旁站，確保樁長、樁徑按設計要求，并且采用同一施工工藝，可以認為具有代表性。

2）由于自平衡法不受場地限制，對基坑邊和內支撐下的基樁均可檢測，受檢樁位由設計單位根據地質條件和重要性確定，更具有代表性。

3）對樁身完整性有缺陷的樁通常采用靜載法驗證，但一般采用自平衡法的工程無法進行靜載試驗，如出現此問題，直接對缺陷處進行加固處理，保證樁身完整性滿足要求。再結合自平衡法驗證側摩阻力取值的可靠性，從而可以很好得評估整個工程基樁的可靠性。

3、關于擴大抽檢

在檢測的可靠性和直觀性上來講，自平衡法是僅次于傳統靜載的檢測方法，但會高于抽芯法檢測。由于自平衡法需要在基樁內預埋荷載箱，如有同條件未施作的樁，則可以用自平衡法進行擴大抽檢，但往往會出現檢測時全部工程樁已施工完，無條件采用自平衡法進行擴大抽檢，這時應優先采用常規靜載法。如因場地限制或噸位限制，常規靜載法無法實施，則可用鉆芯法檢測端承力或重新施打模擬樁進行側摩阻力測試。

4、試驗后荷載箱張開處回灌漿液的檢測問題

荷載箱張開處是完整的一個截面張開，此區域是測量控制下產生的，這個傳統加固注漿是不同的，傳統加固注漿需要切割，清洗斷面，容易發生加固不密實，而自平衡法回灌部位確定、規則，而且漿液從一個護管中進去，從另一個護管中出來，質量很容易保證，只要控制漿液的強度即可，一般無需后續檢測，如要檢測，可通過在樁中心抽芯，檢測荷載箱張開處回灌水泥漿后的樁身完整性。

四、 結論

自平衡法已在全國獲得非常多的應用，交通部以及多個地區已頒布自平衡法的檢測規程，但在廣東省目前應用較少，本規程的實施將會極大得促進自平衡法在廣東省的應用，考慮到此法在廣東省的應用處于起步階段，相對于其他類似規程，本規程對此法的應用范圍進行了最為嚴格的限制。

本文對基樁自平衡法靜載試驗的優缺點進行了總結，并介紹了各缺點的影響和措施，有助于對自平衡法有全面、客觀的認識，便于在工程實踐中根據試驗目的合理選擇檢測方法。

本文從方法適用范圍、荷載箱技術要求、埋設位置、埋設細節及加載控制和數據處理等幾個主要方面對廣東省《基樁自平衡法靜載試驗技術規程》（DBJ/T15-103-2014），進行了簡要介紹并對重要條文進行了解釋，有助于更快的理解和掌握本規程。

本文最后對應用中常見的一些問題進行了探討，拋磚引玉，以使此法越來越完善。

本文關鍵詞：基樁自平衡法荷載箱靜載規程