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自平衡法靜載測(cè)試原理：將一種特制的加載裝置——自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內(nèi)相應(yīng)的位置。休止期后，由加載泵在地面向荷載箱加壓，使荷載箱產(chǎn)生上下兩個(gè)方向的力，對(duì)上下段樁分別進(jìn)行加載。
自平衡法靜載測(cè)試更能直觀地反映出沖孔工藝對(duì)樁身側(cè)阻力的影響
歐感技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量的自平衡法承載力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不同成孔工藝對(duì)樁側(cè)阻力發(fā)揮存在很大的影響，其中沖擊鉆成孔方式中泥皮效應(yīng)對(duì)側(cè)阻力發(fā)揮影響最為明顯。當(dāng)荷載箱埋設(shè)位置在樁端附近時(shí)，荷載箱上下段樁所測(cè)試的分別是樁側(cè)承載力和樁端承載力，也意味著在自平衡測(cè)試過(guò)程中，更能直觀反應(yīng)泥皮效應(yīng)對(duì)側(cè)阻力發(fā)揮的影響。而傳統(tǒng)法靜載試驗(yàn)往往是因?yàn)檎麡妒芰Γ[蔽了該問(wèn)題的存在或被延遲發(fā)現(xiàn)。
根據(jù)歐感技術(shù)團(tuán)隊(duì)近5年沖擊鉆成孔方式的自平衡試樁測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該種成孔方式中有近30%的樁基由于泥皮效應(yīng)的存在影響了側(cè)阻的正常發(fā)揮，承載力測(cè)試達(dá)不到設(shè)計(jì)值，鑒于這種測(cè)試結(jié)果我們做了如下例證說(shuō)明情況。
浙江省某交通項(xiàng)目
樁號(hào)12-1#，樁徑1.5m，樁長(zhǎng)：35.7米，沖擊鉆成孔，荷載箱埋設(shè)樁端上2米，單樁豎向極限承載力：12400KN,荷載箱加載噸位：6200KN；實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中荷載值加載到3100KN，上段樁樁身向上整體滑動(dòng)，上位移平均位移：35.75mm，下位移平均位移：3.48mm，如下表1附具體測(cè)試位移數(shù)據(jù)，附具體曲線圖。
表1：自平衡匯總表
山東省某交通項(xiàng)目
樁號(hào)右幅10-2#，樁徑1.5m，樁長(zhǎng)：29.8米，沖擊鉆成孔，荷載箱埋設(shè)樁端上3米，單樁豎向極限承載力：13000KN,荷載箱加載噸位：6500KN；實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中荷載值加載到3900KN，上段樁樁身向上整體滑動(dòng)，上位移平均位移：41.75mm，下位移平均位移：1.16mm，如下表2附具體測(cè)試位移數(shù)據(jù)，附具體曲線圖。
表2：自平衡匯總表
湖北武漢某港口碼頭項(xiàng)目
樁號(hào) E1-65#，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)：30.4米，沖擊鉆成孔，荷載箱埋設(shè)樁端上2米，單樁豎向極限承載力：9334KN,荷載箱加載噸位：4700KN；實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中荷載值加載到4230KN，上段樁樁身向上整體滑動(dòng)，上位移平均位移：42.78mm，下位移平均位移：5.20mm，如下表3附具體測(cè)試位移數(shù)據(jù)，附具體曲線圖。
表3：自平衡匯總表
在傳統(tǒng)堆載法測(cè)試中，當(dāng)側(cè)阻發(fā)揮到一定階段后，端阻會(huì)繼續(xù)發(fā)揮，樁身即使受泥皮的影響，通常也會(huì)被延遲發(fā)現(xiàn)，且不能區(qū)分側(cè)阻和端阻在整樁承載力的占比關(guān)系。相比而言，自平衡法靜載試驗(yàn)?zāi)芨庇^獲取側(cè)阻、端阻發(fā)揮情況，且能在一定程度上反應(yīng)側(cè)阻、端阻占樁身承載力占比關(guān)系，能更有針對(duì)性地優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工方案；包括：
鑒于測(cè)試側(cè)阻力發(fā)揮情況設(shè)計(jì)單位進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整，優(yōu)化樁身設(shè)計(jì)；
鑒于測(cè)試側(cè)阻力發(fā)揮情況施工單位進(jìn)行針對(duì)性施工工藝優(yōu)化，如：泥漿系數(shù)控制，把泥皮效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，二次清孔參數(shù)調(diào)整，把沉渣控制在合理范圍內(nèi)；
鑒于測(cè)試側(cè)阻力發(fā)揮情況監(jiān)理單位可根據(jù)試樁施工工藝參數(shù)監(jiān)督把關(guān)工程樁的施工工藝參數(shù)，提高施工質(zhì)量。
沖擊鉆成孔工藝影響樁基承載力原因分析
沖擊鉆施工工藝和成孔設(shè)備會(huì)有如下問(wèn)題：
泥皮：泥皮是泥漿護(hù)壁成樁后在樁周圍形成的一層薄層體，一般厚度從幾毫米到幾厘米不等。樁側(cè)泥皮性狀明顯不同于樁間土性狀，與樁間原狀土相比泥皮具有更高的含水量、大的孔隙比、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度、低摩擦力等特點(diǎn)。其成分及結(jié)構(gòu)不同于樁間土，導(dǎo)致其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系也不同于樁間土，泥皮上強(qiáng)度低于樁間土而且易于軟化，軟化后殘余強(qiáng)度低于樁間土。因此樁側(cè)泥皮的存在改變了樁土相互作用性狀,使樁和土之間的法向應(yīng)力減小,并且泥皮的潤(rùn)滑作用使樁土之間的極限剪應(yīng)力減小，降低了單樁承載力。
泥皮效應(yīng)：α=考慮泥皮作用界面系數(shù)/不考慮泥皮作用界面系數(shù)（α=考慮泥皮樁周土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與系數(shù)/不考慮泥皮樁周土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與系數(shù)），根據(jù)大量承載力測(cè)試結(jié)果表明：泥皮效應(yīng)α=0.8時(shí),樁基極限承載力損失約在5%-25%,當(dāng)α=0.6時(shí),樁基極限承載力損失約在5%-50%。
泥皮高度：由于受施工工藝、方法以及現(xiàn)場(chǎng)條件影響,泥皮并不全部分布于整個(gè)樁壁四周,而是存在于部分區(qū)域，泥皮分布高度越高,荷載發(fā)力點(diǎn)的沉降曲線越陡,隨著泥皮從底部到上部高度逐漸增加，初期極限承載力的變化非常大，然后慢慢趨于緩和，在泥皮高度達(dá)到樁身90%和100%兩種情況下，極限承載力基本沒(méi)有變化。根據(jù)樁身承載力測(cè)試情況分析：有泥皮存在的部位,樁身軸力傳遞速率明顯加快；泥皮分布距離樁頂越近,樁身軸力傳遞速率越快；泥皮距離樁底越近,泥皮分布高度對(duì)軸力的影響越大，樁側(cè)摩阻力就越容易達(dá)到極限摩阻力。
對(duì)沖擊鉆工藝中采用自平衡法檢測(cè)的建議
針對(duì)上述泥皮效應(yīng)的影響，針對(duì)實(shí)心錘沖擊鉆成孔方式實(shí)施自平衡的樁基按照如下建議：
土層包含細(xì)砂、粉砂、粗砂、卵石等易塌孔土質(zhì)建議使用護(hù)筒，以防止采用高泥漿密度措施防止塌孔；
建議使用空心錘沖擊鉆：
其鉆孔原理與實(shí)心錘沖擊鉆孔原理相同，只因其鉆錘是空心的，在上下往復(fù)沖擊時(shí)，其錐尖刮刀將孔底沖碎，而且已沖碎的鉆渣可以從錐底進(jìn)入空心椎管內(nèi)，沖擊一定時(shí)間后，將鉆錐提出，倒掉錐內(nèi)的鉆渣，再將鉆錐放入井底繼續(xù)沖擊鉆進(jìn)，該種設(shè)備由于不需要懸浮沉渣，泥漿僅僅起護(hù)壁作用，泥漿比重易于控制。
圖1 空心錘沖擊鉆
清孔宜按下列規(guī)定進(jìn)行：
①不易塌孔的鉆孔，可采用空氣吸泥清孔；
②穩(wěn)定性差的孔壁應(yīng)用抽渣筒排渣，不建議使用高泥漿配比循環(huán)排渣；
③二次清孔后泥漿比重符合：灌注混凝土前，泥漿相對(duì)密度應(yīng)小于1.25；含砂率不得大于8%；粘度不得大于28s。
鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指標(biāo)應(yīng)符合下列規(guī)定：對(duì)端承型樁，不應(yīng)大于50mm。
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