自平衡測(cè)試法在客運(yùn)專線車站建設(shè)中的應(yīng)用

中鐵十五局 華南公司 李亞玲

自平衡測(cè)試法在客運(yùn)專線車站建設(shè)中的應(yīng)用

中鐵十五局 華南公司 李亞玲

近年來(lái)，隨著高層建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，作為深基礎(chǔ)的一種，樁基以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了建筑業(yè)的廣泛青睞，其使用范圍不斷擴(kuò)大，使用量不斷增加。在這種情況下，找出一種能準(zhǔn)確判斷樁基承載力、樁基沉降等相關(guān)情況的有效方法，就顯得極為重要了。自平衡測(cè)試法就是近年來(lái)被普遍應(yīng)用于測(cè)試樁基承載力、樁基沉降等情況的一種有效方法。本文，筆者以廣深港客運(yùn)專線福田站的項(xiàng)目施工為例，介紹了樁基自平衡測(cè)試法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果概況。

一、自平衡測(cè)試基本原理

自平衡測(cè)試法是在樁端埋設(shè)荷載箱，沿垂直方向加載，然后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)求得樁極限加載。加載用的荷載箱由活塞、頂蓋、底蓋、箱壁以及測(cè)試傳感器等部分組成，由高壓油泵向荷載箱充油而加載。

測(cè)試開始后，荷載箱產(chǎn)生的荷載沿樁身分別向上、向下傳遞。此時(shí)，可以利用預(yù)先埋置在樁體內(nèi)部的鋼筋應(yīng)變計(jì)測(cè)得其在每級(jí)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，從而推導(dǎo)出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，亦可因此求得相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量，由此便可得知各樁截面在各級(jí)荷載作用下的樁身軸力及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。

荷載箱中的壓力用壓力表量測(cè)，荷載箱的向上、向下位移用位移傳感器量測(cè)。根據(jù)讀數(shù)，繪出向上的力與位移圖和向下的力與位移圖，并通過(guò)向上、向下兩條Q – s曲線及相應(yīng)的s – lg t、s – lg Q曲線，判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。自平衡法測(cè)試樁基承載力的原理如圖1所示。

圖1 自平衡法測(cè)試樁基承載力原理

二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.工程概況。廣深港客運(yùn)專線福田站位于深圳市福田區(qū)市民中心廣場(chǎng)西側(cè)，地處益田路與深南大道交叉口，沿益田路呈南北向布置，為地下三層客運(yùn)車站。

該車站全長(zhǎng)1 023 m（結(jié)構(gòu)外包線），共有直徑為1.2 m的抗拔樁22根、直徑為1.5 m的抗拔樁562根、直徑為2.8 m的抗拔樁110根。其中，第四施工段共有直徑1.5 m抗拔樁222根、直徑為2.8 m的抗拔樁61根，還有直徑為2.8 m的結(jié)構(gòu)柱下樁82根，樁長(zhǎng)自結(jié)構(gòu)底板向下分別為38 m、33 m、27 m、21 m，鉆孔深度最深達(dá)70 m。

施工設(shè)計(jì)要求：柱下樁ZJ1 ～ 4– D進(jìn)入弱風(fēng)化基巖最少1 m，若進(jìn)入弱風(fēng)化基巖6 m后未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，可終孔；ZJ5–D、 ZJ7 – D若進(jìn)入弱風(fēng)化基巖10 m后未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，可終孔；ZJ6– D若進(jìn)入弱風(fēng)化基巖7 m后未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，可終孔。

2.試樁設(shè)計(jì)及參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)第四施工段的2根長(zhǎng)2.8 m的柱下樁、2根長(zhǎng)2.8 m抗拔樁和1根長(zhǎng)1.5 m抗拔樁進(jìn)行自平衡測(cè)試。各試樁樁基剖面如圖2所示。

圖2 1 – 5號(hào)試樁樁基剖面

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，共有5根試樁參加測(cè)試，其中3 根試樁做豎向抗拔試驗(yàn)，2根試樁做豎向抗壓試驗(yàn)。各試樁主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 1 – 5號(hào)試樁主要參數(shù)

3.測(cè)試儀器設(shè)備布置。試樁的加載設(shè)備主要為荷載箱和高壓油泵。荷載箱應(yīng)根據(jù)樁基情況專門制作；高壓油泵的最大加壓值為60 MPa，加壓精度為每小格0.4 MPa。

試樁中位移的測(cè)量主要是通過(guò)電子位移傳感器完成。此次測(cè)試所用的傳感器量程為50 mm，通過(guò)磁性表座固定在基準(zhǔn)鋼梁上，每樁設(shè)4個(gè)，2個(gè)用于測(cè)量樁荷載箱處的向上位移，2個(gè)用于測(cè)量樁荷載箱處的向下位移。電子位移傳感器的安裝如圖3所示。

圖3 電子位移傳感器安裝

4.測(cè)試步驟。在此次測(cè)試中，樁基承載力加載等級(jí)按照15級(jí)14次加載的方式進(jìn)行，第1次按2倍荷載分級(jí)加載，每級(jí)加載值為預(yù)估極限承載力的1/15。在每級(jí)加載完成后的5、10、15、30、45、60 m in各測(cè)讀一次位移；累計(jì)1 h后每隔30 min測(cè)讀一次。樁基承載力的測(cè)試穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：在每級(jí)加載作用下30 min內(nèi)向上、向下的位移量小于0.1 mm。

在此次樁基承載力測(cè)試中，終止加載條件及加載極限取值分3種情況：

總位移量≥40 mm，且本級(jí)荷載的位移量大于等于前一級(jí)荷載位移量的5倍時(shí)，加載即可終止；取比終止時(shí)小一級(jí)的荷載為加載極限值。

總位移量≥40 mm，且加上本級(jí)荷載后24 h未達(dá)穩(wěn)定，加載即可終止；取比終止時(shí)小一級(jí)的荷載為加載極限值。

總位移量＜40 mm，但荷載已大于或等于設(shè)計(jì)荷載×設(shè)計(jì)規(guī)定的安全系數(shù)，加載即可終止；取此時(shí)的荷載為加載極限值。

測(cè)試完成后，繪制荷載–位移（Q – s）曲線、位移–時(shí)間（s – lg t）等曲線圖，然后進(jìn)行綜合比較，確定加載極限值。

在此次樁基承載力測(cè)試中，卸載分5級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量為2倍荷載分級(jí)。卸載的觀測(cè)方法與加載相同：卸載到0后，維持2 h，在第1 h每15 m in測(cè)讀一次，以后每隔30 min測(cè)讀一次。

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出每根試樁的Q – s曲線、s – lg t曲線。以試樁1為例，繪制出的Q – s曲線、s – lg t曲線如圖4所示。

圖4 試樁1實(shí)測(cè)樁基Q – s和s – lg t曲線

曲線圖繪制完成后，根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）和《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738-2009）中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)樁基承載力測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。樁的極限抗壓承載力由式Pu＝（Quu－W）/r＋Quu確定，式中，Pu為單樁豎向抗壓極限承載力，Quu為荷載箱上部樁的實(shí)測(cè)極限承載力，W為荷載箱上部樁自重，γ為荷載箱上部樁側(cè)摩擦力修正系數(shù)；極限抗拔承載力取Pui＝Quui。分析結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 抗壓樁自平衡規(guī)程分析結(jié)果

Qhr為荷載箱下部樁的實(shí)測(cè)極限承載力；l為荷載箱上部樁段長(zhǎng)度。

表3 抗拔樁自平衡規(guī)程分析結(jié)果

由表2、表3可知，抗壓樁和抗拔樁性能均符合國(guó)家規(guī)定，滿足實(shí)際施工要求。