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桩基静载试验的几种反力装置与应用

摘要：简要介绍了桩基静载试验中常用的几种反力装置，并讨论了这几种反力装置的优缺点及应用情况。
1 引 言
基桩工程质量的好坏主要取决于2个因素，即承载能力与桩身质量，而承载力是二者中的主要因素。单桩承载力的准确测试对于各类建筑物基础设计乃至上部结构的设计都起着举足轻重的作用。长期以来，国内外确定单桩承载力的方法很多，总的可分为两大类：第一类是对工程现场试桩进行静载荷试验和动力检测；第二类是通过其它手段，分别得出桩端阻力和桩身的侧阻力后计算求得。基桩检测的主要目的之一是确定单桩承载力，而单桩竖向静载荷试验是公认的检测单桩竖向承载力最直观、最可靠的方法。

单桩竖向静载试验就是以一固定时间段的沉降量作为稳定标准，通过施加不同大小的荷载，测读桩身的沉降量，从而得出荷载与沉降量的关系曲线 ，通过试验数据的判读来确定桩的承载力大小。

2 几种常用反力装置

静载试验中，作用于桩上的荷载一般由反力装置提供。反力装置的易用程度直接影响着试验的过程和结果，常用的有堆载反力梁装置和锚桩反力梁装置。

堆载反力梁装置就是在桩顶使用钢梁设置一承重平台，上堆重物，依靠放在桩头上的千斤顶将平台逐步顶起，从而将力施加到桩身。反力装置的主梁可以选用型钢，也可用自行加工的箱梁，平台形状可以根据需要设置为方型或矩形，堆载用的重物可以选用砂袋、混凝土预制块、钢锭、甚至就地取土装袋，也有用水箱的。

锚桩反力梁装置在具体的应用中又可根据反力锚的不同分为两种：将反力架与锚桩连接在一起提供反力的,俗称锚桩反力梁装置；将几只螺旋钻钻入地下使用地
锚提供反力，俗称锚杆反力梁装置。

锚桩反力梁装置就是将被测桩周围对称的几根锚桩用锚筋与反力架连接起来，依靠桩顶的千斤顶将反力架顶起，由被连接的锚桩提供反力，提供反力的大小由锚桩数量，反力架强度和被连接锚桩的抗拔力决定。锚桩反力梁装置一般不会受现场条件和加载吨位数的限制，当条件允许，采用工程桩作锚桩是最经济的，但在试验过程中需要观测锚桩的上拔量，以免拔断，造成工程损失。

小吨位基桩和复合地基试验，小巧易用的地锚就显示出了工程上的便捷性。地锚根据螺旋钻受力方向的不同可分为斜拉式（也即伞式）和竖直式，斜拉式中的螺旋钻受土的竖向阻力和水平阻力，竖直式中的螺旋钻只受土的竖向阻力。地锚提供反力的大小由螺旋钻叶片大小和地层土质有关。虽然有不少单位使用地锚进行复合地基试验，但由于试验过程中，地锚会对复合地基土产生扰动，这一点需要引起足够重视。

另外还有一些反力装置比如锚桩与堆重平台联合装置，以及利用现有建筑物或特殊地形提供反力的。

图 2 锚桩反力梁装置

钢梁 锚筋 千斤顶 地基 试桩 锚桩

图1 堆载反力梁装置

重物 承重平台 千斤顶 试桩 地 基 支撑墩

3 两种反力装置的应用实例

广州市某医院21000kN工程桩静载试验采用堆载反力梁装置，上部堆重物使用混凝土预制块（每块500kN），整个安装过程历时2天。为防止反力梁装置安装过程中由于承重平台支墩下面的土体受力过大而提前破坏，安装前特地在支墩下面的土体上浇筑了一块长18m，宽4m，厚20㎝的混凝土垫层。试验过程中，当加载到第9级18900kN时，试桩沉降量突然加大，并且混凝土垫层周围土体有破坏迹象，为防止平台突然倾斜，试验随即终止。其试验结果Q－s曲线如图5。

江西南昌某工程10000kN工程桩静载试验，同样采用堆载反力梁装置，使用12米×12米平台，上部堆载重物使用袋装砂石，人工堆放，整个安装过程耗时5天。其试验结果Q－S曲线如图6。

武汉某商住楼工程10300kN试桩静载试验，使用锚桩反力梁装置，由四个锚桩提供反力，锚筋使用罗纹钢焊接在副梁的连接盘上，主梁采用自制的箱型桁架，整个安装过程历时1天。其试验结果Q－s曲线图7。

4 两种反力装置的优缺点

堆载反力梁装置使用比较广泛，其承重平台搭建简单，适合于不同荷载量试验，及于不配筋或少配筋的桩，可对工程桩进行随机抽样检测。在千斤顶配合下，该装置可以将力比较均匀而缓慢地施加到桩上，能明显改善电动油泵加载中的过冲现象，从而使荷载量的大小比较容易控制。由于开始试验前，堆重物的重量由支撑墩传递到地面，使桩周土受到了一定的影响，有报道称，当荷载大于20000kN时，影响深度将达到45m深。而且大吨位试验时，若用袋装砂石或场地土等作为堆重物，由于上部荷载较大，造成安装时间较长，而且需要进行技术处理，以防鼓凸倒塌。在广东地区，许多单位使用混凝土预制块堆重，大大减少了安装时间，但需运输车辆及吊车配合，试验成本较高；使用水箱配重，试验结束后，由于要放水，会影响试验场地的整洁。

由于受现场条件和加载吨位限制，许多试验者转而使用锚桩提供反力，特别对于
小吨位的试验，地锚更受欢迎。锚桩反力梁装置在上海和北京地区使用较广，通过邻近工程桩或预设锚桩提供反力，安装快捷，特别对于大吨位试桩，节约成本明显。但这种装置安装时荷载对中不易控制，试验的开始阶段容易产生过冲，当使用工程桩做锚桩时，会对工程桩的承载力产生一定的影响，如果为试验桩设置专用的锚桩，则会大大增加相关成本。锚桩在试验过程中受到上拔力的作用，其桩周土的扰动同样会影响到试桩，《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）提出的试桩与锚桩之间的中心位置应≥4d且≮2.0米就是为了减小这种影响（d — 试桩或锚桩的设计直径）。对于桩身承载力较大的钻孔灌注桩锚桩反力梁装置无法进行随机抽样检测。

小吨位（1000kN以内）试验，地锚反力装置比较适用。这种装置小巧轻便、安装简单、成本较低，但同样也存在荷载不易对中，油压会产生过冲的问题，且在试验过程中一旦拔出地锚，试验将无法继续下去。5 现场试验中反力装置易出现的问题

不论堆载反力梁装置还是锚桩反力梁装置，其安装都存在一个对中问题，如果反力作用点偏离了桩头的中心位置，轻者使试验数据失真，重者会使试桩遭到破坏。广东某市工地人行拱桥1#试桩采用堆载反力梁装置，由于堆载的上部荷载偏心，至使观测沉降的两只百分表中的一只百分表一直观测到的是上拔数据，从而试验数据严重失真。河南某单位扩建楼试验桩采用锚桩反力梁装置，使用量程为30㎜的百分表监测锚桩的上拔量，由于安装不对中，试验过程发现，四根锚桩中的一根受力较大，当另三根锚桩的上拔量为3㎜时，受力较大的锚桩已达到9㎜。

提供的作用力应作用在桩顶的正中心，是静载测试中反力装置安装所要遵循的一条原则就。堆载反力梁装置应注意二个一致，即平台的中心与桩头的中心一致，重物的中心与平台的中心一致。锚桩反力梁装置，要特别注意锚桩或地锚的对称性，只有对称地排布锚桩或地锚才能尽可能地使反力作用在桩顶的中心，也才能保证锚桩或地锚出力一致，不至于出现工程事故。

锚桩反力梁装置在试验过程中特别是加载的前几级容易出现油压过冲现象，如果处理不好，严重的时候一次可以过冲一到二级荷载，过冲一般只是影响到试桩的沉降量，控制得好对最终数据的影响较小。河南安阳电厂扩建工程，复合地基处理使用粉喷桩，设计承载力200kN，单桩静载试验分10级，最大加载量400kN，首次按两倍分级加载，即80kN。试验开始后，加载发生过冲，第一级加到了120kN，后来调整了油泵站的供油量，才较好地解决了这个问题。

试验过程中，由于设计、选材或焊接等原因会出现锚筋被拉断或焊接点开裂等现象，此时可先卸下荷载，重新焊接锚筋，或根据需要重新加强锚筋。锚筋处理完毕并待焊筋冷却后应先加载到卸载前的荷载量，稳定一段时间后再继续进行测试。

不论堆载反力梁装置的安装还是锚桩反力梁装置的安装，其所应提供的反力不应小于预估最大试验荷载的1.2～1.5倍。试验过程中，当估计到反力装置提供的反力不够时，对于堆载反力梁装置，要提前进行上部压荷重的增补；对于锚桩反力梁装置，可在横梁上对称放置或悬挂一定重物。

6 结束语

反力装置的选取应该根据工程试验的实际情况，如桩型、现场条件、试验成本等因素综合选择。工欲善其事，必先利其器，有了好的试验手段，再辅以好的试验设备，才能达到事半功倍的效果。

参考文献:

[1] 中华人民共和国建设部，《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94），北京：中国建筑工业出版社，1995

[2] 沈保汉，《桩基础测试、勘察、设计和施工技术讲座》，内部培训资料，1990