自平衡靜載試驗(yàn)在臨軌樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

范欽建，魏巍，黃顧忠

(1.中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州 215131；2.蘇州首龍置業(yè)有限公司，江蘇 蘇州215000）

1 工程背景

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵周邊的高層建筑越來(lái)越多，樁基承載力亦越來(lái)越大。傳統(tǒng)工程樁檢測(cè)為堆載法、錨樁法、錨樁－堆載聯(lián)合法等。臨軌工程基本位于軌道保護(hù)范圍內(nèi)，大直徑鉆孔灌注樁靜載試驗(yàn)加載重量較大，超出軌道允許荷載，勢(shì)必將對(duì)軌道變形產(chǎn)生一定影響。而樁基自平衡測(cè)試法，可解決靜載法超大噸位及深基坑、狹窄場(chǎng)地等復(fù)雜條件下的試樁問(wèn)題，正成為臨軌建筑物樁基工程的通用檢測(cè)方法[1－2]。由于其具有省時(shí)、省力、綜合測(cè)試費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在工程中應(yīng)用亦越來(lái)越廣泛。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)條件

蘇地2016－WG－76地塊二期項(xiàng)目位于蘇州市姑蘇區(qū)，勞動(dòng)路南、彩虹路東，東側(cè)緊鄰運(yùn)營(yíng)的軌道交通2號(hào)線，中間被在建蘇州軌道交通5號(hào)線貫穿。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告可知，本工程場(chǎng)地地貌單元屬三角洲沖積、湖積平原地貌。場(chǎng)地各土層分布為：①雜填土：層厚1.40～4.40 m；②粉質(zhì)粘土：層厚0.80～3.80 m；③層粉質(zhì)粘土：層厚 1.10～4.80 m；④粉土：層厚1.50～4.70 m；⑤層粉砂夾粉土：層厚4.30～9.00 m；⑥粉質(zhì)粘土：層厚3.30～9.40 m：⑦層粉質(zhì)粘土：層厚 2.30～10.00 m；⑧粉土：層厚 1.20～5.60 m；⑨粉質(zhì)粘土：層厚2.00～7.80 m；⑩粉質(zhì)粘土夾粉土：層厚7.00～10.00 m；層粉質(zhì)粘土：層厚5.00～10.20 m。

2.2 基樁概況

本工程采用鉆孔灌注樁－筏板基礎(chǔ)，樁端后注漿，試樁直徑均為1 000 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為水下C40，樁端持力層為粉質(zhì)粘土夾粉土，試樁參數(shù)如表1所示。

3 自平衡法檢測(cè)原理及方法

3.1 測(cè)試原理

自平衡檢測(cè)法利用的是試樁自身反力平衡的原理［3］。將一種特制的加載設(shè)備——荷載箱與鋼筋籠焊接，荷載箱位移即為樁身變形，將其埋入樁的指定位置，由高壓油泵向荷載箱充油而加載。荷載箱上段樁負(fù)摩擦力加自重與下段樁正摩擦力及端阻力相平衡來(lái)維持加載。以P1－34#樁為例，根據(jù)該工程場(chǎng)地的地質(zhì)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算可得該檢測(cè)樁的自平衡點(diǎn)，即荷載箱位置位于樁端約21 m處。大直徑灌注樁自平衡檢測(cè)前，應(yīng)先進(jìn)行樁身聲波透射法完整性檢測(cè)，后進(jìn)行承載力檢測(cè)[4]。

表1 試樁參數(shù)表

3.2 試驗(yàn)方法及步驟

3.2.1 試驗(yàn)方法

（1）加、卸載分級(jí)

P1－34#樁預(yù)估最大加載值為 2×8 000 kN；P3－35#、P3－39# 樁預(yù)估最大加載值為 2×8 500 kN；P8－27#樁預(yù)估最大加載值為2×7 500 kN；各樁均分10級(jí)加載，其中第一級(jí)加載量取分級(jí)荷載的2倍，每級(jí)卸載量為加載時(shí)分級(jí)荷載的2倍。

（2）位移觀測(cè)及相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

每級(jí)荷載施加后，應(yīng)分別于5min、15min、30min、45 min、60 min各測(cè)讀一次位移，以后每隔30 min測(cè)讀一次。

位移相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：從分級(jí)荷載施加后的第30 min開始，按1.5 h連續(xù)三次每30 min的位移觀測(cè)值計(jì)算，每小時(shí)內(nèi)的位移增量不超過(guò)0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次。

3.2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

自平衡靜載試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。荷載箱主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成。頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移桿。將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，澆搗混凝土成樁。

圖1 自平衡靜載試驗(yàn)系統(tǒng)

在樁身平衡點(diǎn)位置安設(shè)荷載箱，沿垂直方向加載，檢測(cè)時(shí)，在地面上通過(guò)油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時(shí)向上、向下發(fā)生變位，促使樁側(cè)阻力及樁端阻力的發(fā)揮，位移桿一共4根，放置在聲測(cè)管中，2根卡在荷載箱頂蓋，2根底蓋，對(duì)稱布置，通過(guò)位移桿和與其相連的位移傳感器，將測(cè)得的荷載箱變形傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲得上、下兩段樁的荷載－位移、位移－時(shí)間等曲線，得到上、下兩段樁的承載力，進(jìn)而確定整樁承載力。

基準(zhǔn)樁入土深度不小于1.0 m，基準(zhǔn)梁的跨度不小于樁直徑的6倍?；鶞?zhǔn)梁用于固定位移傳感器，本次試樁選取40a工字鋼。

4 檢測(cè)情況及結(jié)果分析

（1）試驗(yàn)結(jié)果。P1－34# 樁加載至 2×8 000 kN 時(shí)，荷載箱上段位移5.63 mm，下段位移－8.63 mm；P3－35#樁加載至2×8 500 kN時(shí)，荷載箱上段位移9.41 mm， 下段位移－14.97 mm；P3－39#樁加載至2×8 500 kN時(shí)，荷載箱上段位移6.47 mm，下段位移－8.33 mm；P8－27# 樁加載至 2×7 500 kN 時(shí)，荷載箱上段位移7.28 mm，下段位移－7.30 mm。4根試驗(yàn)樁曲線類似，故選取P3－35#、P8－27#樁做詳細(xì)講解，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Q－s、s－lgt曲線如圖2～5所示。

圖2 P3-35#樁Q-s曲線

圖3 P3-35#樁s-lgt曲線

圖4 P8-27#樁Q-s曲線

圖5 P8-27#樁 s-lgt曲線

由圖2～5可知，試驗(yàn)樁在達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載量時(shí)，所有樁的樁身位移變形量均很小且達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的極限位移量，未出現(xiàn)任何破壞跡象，Q－s曲線呈緩變型、s－lgt曲線呈平直型，故取向上、向下兩個(gè)方向的最大試驗(yàn)荷載作為上、下段樁極限加載值。

（2）計(jì)算分析。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)與計(jì)算分析曲線，受檢樁極限承載力計(jì)算如式（1）所示。

式中：Qu—單樁豎向承載力極限值（kN）；Quu—上段樁的極限加載值 （kN）；Qud—下段樁的極限加載值（kN）；W—荷載箱上段樁的自重與附加重量之和（kN）；γ1—受檢樁的抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)。

檢測(cè)結(jié)果匯總見表2。

表2 受檢樁承載力

經(jīng)上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算分析可知，該工程選取的4根試驗(yàn)樁豎向抗壓極限承載力均大于單樁豎向抗壓承載力特征值的2倍，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于臨軌樁基工程，傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)勢(shì)必對(duì)軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，而自平衡檢測(cè)基本不受限制，對(duì)軌道幾乎不產(chǎn)生任何影響。其對(duì)環(huán)境的要求低、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，加載能力可根據(jù)試樁要求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，可以完成超大噸位基樁承載力檢測(cè)。目前自平衡靜載試驗(yàn)還需在以下幾方面進(jìn)行理論研究：

（1）自平衡點(diǎn)位置的確定。荷載箱位置距離平衡點(diǎn)越近，樁基承載力越可靠[5－6]，需研究自平衡點(diǎn)選取位置的影響因素。

（2）抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)。宜根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)相近條件的比對(duì)試驗(yàn)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)無(wú)可靠比對(duì)試驗(yàn)資料和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，γ1可取0.8～1.0，長(zhǎng)樁及粘性土取大值，短樁或砂土取小值。抗壓極限承載力上段樁負(fù)摩阻力小于受壓正摩阻力[7]，需重點(diǎn)研究正負(fù)摩阻力的差異。