超深地下連續(xù)墻豎向承載力檢測技術(shù)研究

于正浩,方能榕,韓 磊,陳 華,鄢全科,金國棟,潘鈞俊

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200120)

地下連續(xù)墻作為一種具有較高承載力及穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于巖土工程的各個領(lǐng)域，隨著基坑工程朝深大方向發(fā)展，地下連續(xù)墻已不再單純地用于防滲或擋土支護(hù)，亦可作為建筑物的基礎(chǔ)來承受上部結(jié)構(gòu)荷載，而對其進(jìn)行承載力檢測是保證其性能和工程安全的前提。

傳統(tǒng)的樁基承載力檢測方法主要有堆載法和錨固法。其中，堆載法所要求的堆載物重量至少為其極限承載力的1.2倍，這就必須要解決成百上千噸的荷載物來源、運輸和堆放等問題，使得檢測過程變得復(fù)雜且費時;若采用錨樁法，則檢測必須設(shè)置至少兩根錨樁提供反力及配套的反力大梁，使得檢測成本成倍增長。而對于地下連續(xù)墻，由于其自身工程技術(shù)特點(體積大、承載力高等)與建筑樁基不同，采用傳統(tǒng)的堆載法和錨固法對承載力進(jìn)行檢測存在一定困難。而自平衡法由于其獨特的原理和簡單的試驗裝置，較好地克服了傳統(tǒng)檢測方法的不足，并適用于地下連續(xù)墻承載力檢測。論文結(jié)合杭州蕭山國際機場三期項目航站樓地下空間開發(fā)工程實例，采用自平衡法對地下連續(xù)墻進(jìn)行了承載力檢測與分析，以期為自平衡法在地下連續(xù)墻檢測中的應(yīng)用提供參考[1-6]。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

航站樓地下空間開發(fā)工程(地下高鐵站)位于杭州蕭山國際機場內(nèi)，在現(xiàn)航站樓西側(cè)樓前至規(guī)劃西側(cè)垂直滑行道之間地塊內(nèi)。南側(cè)緊鄰機場保通道路，距路肩邊線約19 m，東側(cè)距現(xiàn)有航站樓最近距離約42.1 m，北側(cè)為擬建T4航站樓基坑，西北角臨近空管小區(qū)體育館，最近距離約為4.13 m；地上1層，地下兩層，站房主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu),站房頂板轉(zhuǎn)換梁上接航站樓框架柱，航站樓上部荷載通過站房框架傳至地下連續(xù)墻。車站總長度888 m，站臺標(biāo)準(zhǔn)段長度450 m，寬42.1 m，總建筑面積55 797 m2，基坑周長1 914.3 m，深度21.12～28.059 m。

1.2 場地工程地質(zhì)條件

本工程所處場地周圍重要建筑物眾多，地質(zhì)條件復(fù)雜。根據(jù)工程勘察資料，高鐵站區(qū)地基土層分層及主要力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 各土層自上而下分布特征表

根據(jù)設(shè)計單位提供的承載力要求，地下連續(xù)墻抗壓極限承載力為40 000 kN，采用(12)4圓礫層作為墻底持力層。

2 檢測裝置

自平衡法是基樁靜載試驗的一種新方法，它是將裝有千斤頂?shù)暮奢d箱放置于樁身的平衡點處，該處樁上下兩部分的承載力相等，并利用上部樁身的側(cè)摩阻力與下部樁身的側(cè)摩阻力及端阻力平衡以維持加載的試驗技術(shù)。

本項目團(tuán)隊利用墻身自身反力平衡原理設(shè)計一種地下連續(xù)墻的豎向承載力檢測裝置，其主要包括荷載箱、油壓測量儀、位移傳遞裝置、位移傳感器等。

(1)荷載箱主要由承壓頂板、承壓底板、加固構(gòu)件、千斤頂?shù)冉M成，俯視圖見圖1，并可以根據(jù)承載力試驗的墻身和荷載大小按照不同的截面尺寸和加載大小制作，這大大提高了自平衡法在地連墻豎向承載力檢測中的應(yīng)用范圍。加固構(gòu)件用來增加壓力箱整體剛度，防止吊裝過程中變形。

圖1 壓力箱俯視圖

(2)油壓測量儀內(nèi)含壓力傳感器，用來監(jiān)測加載油泵油壓，實現(xiàn)對壓力箱的分級壓力控制。

(3)位移傳遞裝置，用于將上下墻段位移傳遞到地面位移傳感器中。本裝置應(yīng)用位移管，采用內(nèi)桿外套護(hù)管的連接固定方式。

3 安裝及測試方法

(1)安裝壓力箱。地連墻鋼筋籠加工過程中將壓力箱吊至需要安裝的鋼筋籠位置，壓力箱與地下連續(xù)墻鋼筋籠進(jìn)行焊接；鋼筋籠所有主筋與壓力箱承壓板外緣圍焊，見圖2，再通過若干加強筋(L型)焊接地下連續(xù)墻主筋與壓力箱承壓板，確保起吊時壓力箱不會脫離壓力箱。

圖2 壓力箱安裝示意圖

(2)安裝油管和位移管。將油管穿過油管孔連接到千斤頂，將位移管安裝到位移管孔。位移管與壓力箱連接用液壓鉗壓緊，確保護(hù)管不滲泥漿，與鋼筋籠綁扎成整體，接伸至高出地面30 cm。連接油管需在壓力箱與鋼筋籠焊接完畢至少0.5 h后進(jìn)行，防止焊接時的高溫燙壞油管接頭內(nèi)的密封圈。油管接頭擰緊時不能用力過猛，扭矩應(yīng)控制在25～35 N·m。

(3)下放鋼筋籠及澆筑。壓力箱下放至槽口位置時，在壓力箱承壓頂板向下1 cm處將主筋切斷，避免主筋受拉力對位移數(shù)據(jù)造成影響；壓力箱下部混凝土坍落度宜大于200 mm，便于混凝土在壓力箱處上翻，具體見圖3。

圖3 鋼筋籠(壓力箱)下放側(cè)視圖(放大)

(4)地下連續(xù)墻頂部管線保護(hù)。鋼筋籠澆筑完畢到現(xiàn)場開始檢測需相應(yīng)時間的休止期，需要在樁頭做好警示標(biāo)記，防止現(xiàn)場開挖，保護(hù)油管及位移管(位移護(hù)管頂部做封頭，防止水泥漿漏入；油壓管在接口位置外套PVC管或纏膠帶)，保證管線不受破壞。

(5)位移測量。切割位移護(hù)管，保持位移桿(內(nèi)管)超出護(hù)管15 cm，架設(shè)基準(zhǔn)梁(鋼管)，安裝位移桿托盤和位移傳感器；連接油泵試加壓，采用慢速維持荷載法分級加(卸)載，并讀取位移量。為保證檢測數(shù)據(jù)真實反映單幅地下連續(xù)墻承載力，試驗檢測墻應(yīng)當(dāng)選取首開幅進(jìn)行，且在試驗前不得進(jìn)行相鄰槽段地下連續(xù)墻施工。

(6)壓漿處理。檢測完成后，壓力箱打開，為保證試墻繼續(xù)作為工程墻使用，對壓力箱進(jìn)行壓漿處理，補強墻體強度，拔出位移桿，保留護(hù)管，護(hù)管外徑≥25 mm，滿足注漿要求。通過下位移管對壓力箱進(jìn)行壓水清洗，一管中壓入清水，另一管中冒出清水后開始壓漿。泥漿水灰比0.5～0.6，壓漿量以從一根下位移管壓入，另一根下位移管冒出新鮮泥漿為準(zhǔn)。隨后封閉管頭采用壓力注漿，壓力大于2 MPa，壓漿量0.2～0.5 t(壓力、壓漿量雙重控制)。

4 試驗結(jié)果

參考《建筑樁基自平衡靜載試驗技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T403-2017)[7]提出的計算方法，試驗墻豎向抗壓極限承載力，計算公式為：

式中：Qu-試驗墻豎向承載力極限值(kN)；Quu-上段墻的極限加載值(kN)；Qud-下段墻的極限加載值(kN)；W-荷載箱上段墻的自重與附加重量之和(kN)，附加重量應(yīng)包括設(shè)計墻頂以上超灌高度的重量、空樁段泥漿或回填砂、土自重，地下水位以下應(yīng)取浮重度計算；γ1-受檢墻的抗壓摩阻力轉(zhuǎn)換系數(shù)，宜根據(jù)實際情況通過相近條件比對試驗和地區(qū)經(jīng)驗確定。當(dāng)無可靠比對試驗資料和地區(qū)經(jīng)驗時，可取0.8～1.0,深墻及黏性土取大值，淺墻或砂土取小值。

圖4 試驗墻豎向抗壓靜載試驗

試驗墻豎向抗壓靜載試驗結(jié)果如圖4所示，試驗墻的豎向抗壓極限承載力計算為：

下段墻(墻端)：加載至25 000 kN，在該級荷載作用下，墻頂總沉降量為0.67 mm<60 mm，沉降量及穩(wěn)定時間正常，Q-s曲線呈緩變形，見圖4(a)，s-lgt曲線平穩(wěn)(見圖4c)，s-lgQ曲線尾部未出現(xiàn)陡降直線段，見圖4(b)，卸載時回彈量為0.23 mm，回彈率為34.3%。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準(zhǔn)，下段墻(墻端)的豎向抗壓極限承載力測定值Qud達(dá)到25 500 kN。

上段墻：加載至25 500 kN，在該級荷載作用下，墻頂總上拔量為1.15 mm<40 mm，試驗荷載達(dá)到設(shè)計要求，試驗終止。根據(jù)極限承載力判定標(biāo)準(zhǔn)，上段墻的抗拔極限承載力測定值Quu取上一級荷載即25 500 kN。

荷載箱上段墻自重及附加重量W≈11 000 kN、深墻γ=1.0，根據(jù)公式計算，淺驗墻豎向抗壓極限承載力取值40 000 kN。而設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為40 000 kN，故試驗測定承載力符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足工程要求。

5 結(jié)論

采用自平衡法對杭州蕭山國際機場三期項目陸側(cè)高鐵站工程進(jìn)行了地下連續(xù)墻的豎向承載力檢測試驗，成功克服了傳統(tǒng)檢測方法的限制，具有安全、省時、省力、適用范圍廣和不受場地條件限制等特點。以本次試驗為例，在墻身強度達(dá)到設(shè)計要求后，試驗僅用半天便完成了各項承載力測定，為工程后續(xù)施工贏得了寶貴時間。工程以地下結(jié)構(gòu)為主，周邊臨近現(xiàn)有建筑物，試驗場地范圍有限，檢測時僅占用了地下連續(xù)墻的原位場地，克服了場地條件的限制，且不影響周圍環(huán)境。