寧波地鐵自平衡法試樁分析

陳新奎，龍巨將，孫博

（南京東大自平衡樁基檢測(cè)有限公司，南京210018）

1 引言

自平衡法是靜載試驗(yàn)的一種新方法，該法是把荷載箱和鋼筋籠焊接在一起，共同埋入地下，然后澆筑成樁。通過(guò)高壓油管將地下的荷載箱與地面的油泵連接起來(lái)，由油泵向荷載箱充油加載，相當(dāng)于在荷載箱埋設(shè)截面，同時(shí)施加了向上和向下的荷載。加載時(shí)，依靠上部樁身的摩擦力與自重之和、下部樁身的摩擦力與樁端阻力之和相平衡（即自平衡）來(lái)維持穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)向上和向下的Q-S曲線、S-lgT曲線、s-lgQ曲線進(jìn)行分析，確定試樁的承載力和沉降。自平衡測(cè)試示意圖如圖1所示。

圖1 自平衡測(cè)試示意圖

2 試樁概況

本次檢測(cè)為寧波地鐵4 號(hào)線某出入口試樁，試樁編號(hào)為GZH2-7、GZH2-8，樁長(zhǎng)分別為50.18m 和50.2m。整個(gè)樁身范圍內(nèi)，上部土層主要為淤泥、黏土等，下部土層為礫砂、全/強(qiáng)/中風(fēng)化灰?guī)r。荷載箱置于樁端以上1m 處，荷載箱固定于鋼筋籠上，如圖2 所示。

圖2 荷載箱固定位置示意圖

3 試樁檢測(cè)

本次靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法。測(cè)試按照J(rèn)T/T 738—2009《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》[1]進(jìn)行。根據(jù)規(guī)范，對(duì)樁身強(qiáng)度、每級(jí)加載/卸載量、位移觀測(cè)時(shí)間間隔、測(cè)試穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、加載終止條件等都有明確要求，在此不再贅述，詳見規(guī)范JT/T 738—2009《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》。

根據(jù)JT/T 738—2009《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》，各試樁的最終加載值可按下式確定試樁i的極限承載力：

式中，Pui為試樁i的單樁承載力極限值；Quui為試樁i上段樁的最終加載值；Qlui為試樁i下段樁的最終加載值；Wi為試樁i荷載箱上部樁自重；γi為試樁i的修正系數(shù)，根據(jù)荷載箱上部土的類型確定：黏性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；巖石γi=1，若上部有不同類型的土層，γi取加權(quán)平均值，按本工程地質(zhì)條件，γi取值為0.9。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)上段樁的最終加載值、下段樁的最終加載值，按照公式（1）計(jì)算分析，檢測(cè)樁GZH2-7、GZH2-8 的抗壓極限承載力均為摘要kN。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的Q-S曲線分析如圖3、圖4 所示。

圖3 GZH2-7 試樁現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)Q-S 曲線

圖4 GZH2-8 試樁現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)Q-S 曲線

直接根據(jù)自平衡法測(cè)試的向上、向下Q-S曲線確定試樁承載力以及沉降并部直觀，故在此介紹自平衡測(cè)試結(jié)果向傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)結(jié)果的轉(zhuǎn)換方法：根據(jù)荷載箱向上、向下位移同步（即通過(guò)位移進(jìn)行疊加荷載）的方法擬合。對(duì)自平衡法測(cè)試的受力進(jìn)行分析，可以得出以下公式：

式中，P為轉(zhuǎn)換后樁頂荷載；S為轉(zhuǎn)換后樁頂位移；Q+為荷載箱向上加載值；Q-為荷載箱向下加載值；S-為荷載箱向下位移（即下段樁向下位移）；ΔS為上段樁樁身壓縮量。

上段樁的樁身壓縮量ΔS由2 部分組成，即荷載箱上段荷載和下段荷載分別引起的上段樁的彈性壓縮變形，ΔS即為二者之和：

式中，ΔS1、ΔS2分別為上段樁身在荷載箱上段荷載、下端荷載作用下的彈性壓縮變形量；L為上段樁長(zhǎng)度；Ep為樁身彈性模量；Ap為樁身截面面積。

對(duì)于自平衡法而言，每一級(jí)加載時(shí)，由荷載箱產(chǎn)生的向上、向下的荷載是相等的，但所產(chǎn)生的位移量并不相同。因此，Q+應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對(duì)值等于S-時(shí)的上段樁荷載。

根據(jù)上述轉(zhuǎn)換公式，GZH2-7、GZH2-8 的等效轉(zhuǎn)換曲線圖如圖5 和圖6 所示。

圖5 GZH2-7 號(hào)樁等效轉(zhuǎn)換曲線圖

圖6 GZH2-8 號(hào)樁等效轉(zhuǎn)換曲線圖

通過(guò)觀察可看出，等效轉(zhuǎn)換曲線屬于緩變型Q-S曲線。值得一提的是，由于本次試驗(yàn)是為了驗(yàn)證承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，千斤頂最大加載值為設(shè)計(jì)承載力特征值的2 倍，后續(xù)并未持續(xù)加載。

5 結(jié)語(yǔ)

自平衡法測(cè)試曲線經(jīng)過(guò)等效轉(zhuǎn)換后，與傳統(tǒng)靜載測(cè)試曲線幾乎相同，JGJ/T 403—2017 《建筑基樁自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》[2]條文說(shuō)明中對(duì)比了國(guó)內(nèi)外對(duì)轉(zhuǎn)換方法的不同，且收集了大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)論述了不同土層中轉(zhuǎn)換系數(shù)γ的取值。事實(shí)證明自平衡法是十分可靠的。

自平衡法具有省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，適用于任何地形，此法亦可大范圍推廣。