桩顶加载自平衡法介绍
原著：作者 Rozbeh B. Moghaddam, RBM Consulting Group;
刊登于杂志Deep Foundation, 11/12月2021版
翻译： 杭州欧感科技有限公司 童星月
概要综述
本文介绍了一种新型自平衡法-桩顶加载自平衡法，简述了这种新方法的实地模拟试验过程，分析了新型自平衡法对比于传统自平衡法的优势，提出桩顶加载自平衡法对于无论是业主，施工单位还是检测单位，都会更加有利，将会是桩深基础行业的一项重要创新。
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示意图
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No.1
桩基自平衡法创新
与静载法相比，传统的自平衡法提供了更好的桩基承载力评估，特别是在钻孔灌注桩基上。但是，仍然存在挑战，包括荷载箱埋在桩基础里面，可能造成施工困难。
本文介绍了一种新的自平衡法，加载装置放在桩头。这种布置可以让基础施工按标准实行，无需特殊布置来绕过埋在桩基里面的荷载箱装置。在描述传统的自平衡法过程及其相关的施工挑战后，本文将评述新的桩顶加载自平衡法系统（TLBT），包括检测设备，组装，加载机构，力到桩基的传递。
传统的自平衡法有个局限性就是上段桩的负载方向跟实际桩基的负载方向不同，所以上段桩的弹性压缩值会比从桩顶施加负载的压缩值小。在做等效转换时，可以通过在桩基测量的位移中添加弹性压缩来克服这种局限性。
No.2
桩顶加载自平衡检测法
示意图
桩顶加载自平衡法（简称TLBT）是通过放在桩顶的加载装置来向桩基实施双向荷载的方法。TLBT法里可重复利用的加载装置，通过一个R装置将力施加到桩基。R装置由2片叠加的铁板组成，放在岩土阻力平衡点或者桩底，通过一些垂直部件连接到加载装置上。
在R装置里，上钢板（SBP）传递力到上段桩，下钢板（BBP）传递力到下段桩和桩底。一个液压千斤顶放在桩顶，装在上加载装置（TLA）和下加载装置（BLA）之间。加载装置连接到带有护套的垂直部件上--称之为桩身移动钢筋（SMB）和桩底移动钢筋(BMB)，然后再连接到R装置。当千斤顶在桩顶加压撑开的时候，R装置的两块板也被分开，桩基就被双向加载。
桩顶加载自平衡法的布置克服了采用传统自平衡法的一些施工挑战。首先，新方法中没有预埋油管，这就减小了因为漏油而导致失败的风险。其次，万一荷载箱装置有问题，在桩顶就能查出问题所在，这也就减小了试验失败的风险。第三，对于施工来说可能是最重要的，R装置留有中间孔用于混凝土导管，这样就避免了灌混凝土的影响，同时也降低了在桩底或者桩底附近形成软基或者混凝土完整性问题的风险。
垂直部件（SMB和BMB）的尺寸，强度和数量，由试验类型来决定。这些部件通过六角螺母连接到R装置的上下钢板，可以让移动钢筋在试验结束后复原。上加载装置（TLA）和下加载装置（BLA）也是可重复利用的，唯一的一次性部件是R装置。因此桩顶加载自平衡法可以减少使用成本，但更重要的是可以让更多试验在项目现场完成。当项目是借助于负载和摩阻系数来设计时，这可以帮助优化设计和/或更高的摩阻系数。
垂R装置安装在钢筋笼上，跟安装荷载箱的步骤类似。主要区别就是液压千斤顶和相关的仪器不装在R装置上。当R装置放在合适的标高后，钢筋笼就焊在紧贴在混凝土断开面的上方和下方钢板的边上。
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No.3
原规模桩顶加载自平衡法模拟测试
为了证明这个概念，在2020年夏季，进行了原规模的桩顶加载自平衡法模拟试验的设计，计划，安装和检测。试验桩桩径1220mm，桩深12m，在R装置上方安装了振弦式钢筋计，上下钢板和桩底安装了位移杆。
基于位于试验桩附近的柱状图，100英尺（30米），地质土层为深棕色非常僵硬的可塑性粘土（CH），延伸到43英尺（13米）的深度地面平均水含量为25％，平均可塑性指数为43％，平均不排水抗剪强度为2kSF（96kPa）。 可塑性粘土（CH）的上部分堆积了非常坚硬的棕褐色到灰色可塑性粘土（CH），平均含水量为22％，平均可塑性指数为46％，平均标准渗透试验（SPT）计数为61次每英尺。 低于85英尺（26米）深度是硬灰色页岩。 根据钻孔报告的土壤性质和强度值，岩土摩阻平衡点计算为大约桩端上5英尺（1.5米），R装置就安装在这个位置。
安装好R装置后，把桩身移动钢筋（SMB）和桩底移动钢筋(BMB)套在PVC管里面安装好，然后下笼，灌混凝土。混凝土用混凝土导管通过R装置的中心孔灌注，出浆口大约在桩底上30.5cm。混凝土休止期过后，桩顶搭建组装好上加载装置，液压千斤顶，荷载单元和下加载装置。
桩顶加载自平衡法一个主要的，比较实际的优势就是在安装中，带检测装置的完整的钢筋笼可以提前准备好，到工地上直接下笼，不需要任何现场准备。
桩顶加载法的规范是ASTM D8169，预埋R装置，而不是传统自平衡的荷载箱。加载21轮，卸载5轮。最大双向加载吨位是440吨。
从蝶形图表和基础弹性压缩计算，需做等效转换来检测桩基荷载-位移关系。此外，在桩顶加载自平衡法试验时视觉观察荷载-应变的反应，对荷载值和每层钢筋计的应力做对比图表。从等效转换和荷载-应力的图表来看，从R装置传递到上下段桩的均布荷载很明显。
No.4
结论
在桩顶加载自平衡法试验中，所有加载都是通过桩顶可重复利用的加载装置来完成。另外，这种布置可以让钻孔基础施工按常规标准实行，无需特殊布置来绕过埋在桩基里面的荷载箱装置。R装置带有中心孔用于混凝土导管穿过，不需做施工修改。而且在桩顶上，荷载箱如有任何损坏都可以维修，最小化因设备问题而需要放弃试验的风险。因此，这种新方法提供了一种可施工性和降低了因设备部件问题导致失败的风险。
像任何新的开发和技术一样，必须解决几种挑战和限制，要解决这些限制并克服这些挑战，就需要完成更多的测试。然而，初次测试结果表明桩顶加载自平衡法对深基础行业非常有利。 这种方法也有利于项目业主，因为开支小，可以完成更多的测试。对专业承包商也有益，因为这个系统不需要改变桩基安装的手段和方法。此外，整套含试验装置的钢筋笼可以由特种承包商采购和制作，因此，在测试之前不需要额外的组装。最后，这种双向荷载测试方法对基础工程界非常有益，因为实际试验装置的行程不受限制，从而允许使用更高的吨位。
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