自平衡靜載試驗在臨軌樁基檢測中的應用分析

李玉峰

貴州中建建筑科研設計院有限公司 貴州 貴陽 550006

引言

在臨軌工程中，基本在軌道保護的范圍中，采用傳統(tǒng)方法來對工程樁實施檢測，往往存在諸多的弊端，檢測的效果也存在不足，而對樁基通過自平衡的測試法，就能夠實現對靜載法的超大噸位、深基坑和狹窄的場地等一些復雜條件中試樁問題有效解決，且還具有省時省力和費用低的優(yōu)勢，因此得到臨軌工程的廣泛應用，而自平衡靜載試驗在臨軌樁基檢測中如何應用，就是文章主要研究的內容。

1 工程概況

在某城市內地塊的二期項目中，它位于城區(qū)內，且東側和運營中軌道交通的2號線緊鄰，中間又被在建軌道交通的5號線所貫穿。按照工程地的質勘察報告得知，此工程場地內各個土層的分布表現主要為：層厚為1.4～4.4m的雜填土；層厚為0.8～3.8m的粉質黏土；層厚為1.1～4.8 m的層粉質類黏土；層厚為1.5～4.7m的粉土；層厚為4.3～9 m的層粉砂夾類粉土；層厚為3.3～9.4m的粉質黏土；層厚為2.3～10m的層粉質類黏土；層厚為1.2～5.6m的粉土；層厚為2～7.8m的粉質粘土；層厚為7～10m粉質的黏土夾類粉土；層厚為5～10.2m的層粉質類黏土。此工程內，采用的是鉆孔的灌注樁和筏板的基礎，在樁端后進行注漿，其試樁都是1000mm的直徑，混凝土的強度等級是水下的C40，其樁端的持力層是粉質的黏土夾類粉土[1]。

2 對試驗樁的施工

按照自平衡的靜載試驗測樁法需要，對試驗樁進行施工中需要把握好諸多注意事項：嚴格按照設計的圖紙開展施工，在鉆孔時對鉆壓掌握好，避免出現偏孔或者斜孔等情況，還要注意孔內的水頭變化，避免泥漿反竄而發(fā)生塌孔，在終孔時要注意做好清孔處理；完成試樁的鉆孔后，要對其垂直度通過可靠檢測設備實施準確檢測；對位移桿的外護管通過套管接頭實施搭接處理，且和鋼筋籠實現整體性的焊接，保證護管不會出現滲泥漿的情況；在荷載箱的埋置前，要對樁長、樁徑、油管和鋼管的長度進行檢查；把荷載箱在平整地進行放置，通過吊車把上節(jié)的鋼筋籠吊起并和荷載箱的上板進行一體化的焊接，且進行喇叭筋的焊接，后將荷載箱的底板和下節(jié)的鋼筋籠進行連接，對下喇叭筋焊接，再通過吊車把測試設備和鋼筋籠向樁底放入；在鋼筋籠和荷載箱都放入到孔內后，實施二次清孔工作；在檢查無誤之后開始對混凝土澆筑，在混凝土和荷載箱接近時，對拔導管的速度要放慢狀態(tài)，在荷載箱的上部位置混凝土超過2.5m高度時，導管的底端才能夠拔過其荷載箱，對混凝土連續(xù)澆注到設計的樁頂位置，要求荷載箱的下部位置混凝土的坍落度要超過200mm的值；在施工期間要注意對油管、荷載箱和鋼管封頭進行保護[2]。

3 自平衡靜載試驗的原理和方法

3.1 自平衡靜載試驗的原理

在自平衡的靜載試驗檢測中，主要利用試樁自身的反力平衡原理來實現的。把一種特制荷載箱加載設備和鋼筋籠實施焊接，此荷載箱的位移就是樁身的變形，把它其埋到樁指定的部位，通過高壓油泵對荷載箱進行充油而實現加載。此荷載箱的上段樁區(qū)域負摩擦力與自重同下段樁的正摩擦力和端阻力實現平衡，來對加載維持。將P1-34#的樁為例進行分析，按照此工程場地地質的參數情況，通過計算可以得知此檢測樁自平衡點位置，也就是荷載箱在樁端約有21m位置處。在大直徑的灌注樁實施自平衡的檢測前，要先對樁身實施聲波的透射法對其完整性進行檢測，后再對承載力實施檢測處理。

3.2 自平衡靜載試驗的方法

在加載和卸載的分級方面，其P1-34#樁的預估最大化加載值是2×8000 kN的值；其P3-35#和P3-39#樁的預估最大化加載值是2×8500kN的值；其P8-27#樁的預估最大化加載值是2×7500kN的值；各個樁均分作10級進行加載，且第一級的加載量取作2倍的分級荷載，每級的卸載量是加載時2倍的分級荷載[3]。

在每級荷載完成施加后，分別在5分鐘、15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘各對一次位移進行測讀，后每隔有30分作開展一次測讀。在位移相對的穩(wěn)定標準方面，自分級荷載的施加后第30分鐘開始，依據1.5小時連續(xù)三次且每30分鐘位移的觀測值實施計算，要求每小時內位移的增量不能比0.1mm大，且要連續(xù)兩次出現。

在加載的終止條件方面，在總位移量等于或者超過40mm的值，本級的荷載下沉量等于或者超過前一級的荷載5倍下沉量時，對加載就可以終止了，且取自比終止的荷載要小一級荷載當作極限的荷載；在總位移量等于或者超過40mm的值，本級的荷載和后24h加上未達到穩(wěn)定狀態(tài)時，就可以對加載終止了，且取自比終止的荷載要小一級荷載當作極限的荷載；在總下沉量比40mm小，但其荷載已超過設計荷載和設計規(guī)定安全的系數乘積時，就可以對加載終止，且取此時荷載當作極限的荷載。

3.3 自平衡靜載試驗的系統(tǒng)

在自平衡靜載試驗的系統(tǒng)中，其荷載箱由活塞、底蓋、頂蓋和箱璧等四部分構成，且頂蓋和底蓋外徑比樁的外徑略小，在頂蓋和底蓋上進行位移桿的布置。把荷載箱和鋼筋籠進行一體化焊接并放入到樁體，后對混凝土澆搗成樁。

對樁身的平衡點相應位置進行荷載箱設置，沿著垂直的方向實施加載處理，在檢測時于地面上以油泵實施加壓，在壓力不斷增加時，此荷載箱會同時朝上和朝下呈現變位的情況，進而促使樁側的阻力和樁端的阻力發(fā)揮作用。此位移桿共有4根，把它們在聲測管內放置，且將2根卡于荷載箱的頂蓋，還有2根在底蓋位置，實現它們的對稱性布置，使用位移桿與其連接的位移式傳感器，把所測得荷載箱的變形向數據采集的系統(tǒng)進行傳輸，從而獲取上下兩段樁關于荷載位移以及位移時間的曲線圖，并獲取上下兩段樁承載力，對整樁的承載力實施確定。基準樁的入土深度要超過1m，其基準梁跨度要大于6倍樁的直徑。此基準梁主要對位移式傳感器進行固定，則本次的試樁選擇40a型號工字鋼使用。

4 檢測的情況和結果的分析

4.1 試驗的結果

對P1-34#樁進行到2×8000kN的加載時，此荷載箱的上段發(fā)生5.64mm的位移，下段發(fā)生-8.64mm的位移；對P3-35#樁進行到2×8500kN的加載時，此荷載箱的上段發(fā)生9.42mm的位移，下段發(fā)生-14.98mm的位移；對P3-39#樁進行到2×8500kN的加載時，此荷載箱的上段發(fā)生6.48mm的位移，下段發(fā)生-8.33mm的位移；對P8-27#樁進行到2×7500kN加載時，此荷載箱的上段發(fā)生7.29mm的位移，下段發(fā)生-7.30mm的位移。此4根的試驗樁具有類似的曲線，選擇P3-35#和P8-27#樁實施詳細的講解，按照實際情況能夠得到現場實測的數據s-lgt和Q-s的曲線。

根據P3-35#和P8-27#樁現場實測的數據s-lgt和Q-s的曲線情況，在試驗樁達到了設計最大的加載量要求時，其所有樁樁身的位移具有很小的變形量，且都能夠達到穩(wěn)定的標準，比規(guī)范要求中極限的位移量還要遠遠小于，且沒有發(fā)生任何的破壞情況，其Q-s的曲線呈現緩變型，而s-Igt的曲線呈現平直型，因此取向上和向下兩方向最大的試驗荷載當作上下段樁中極限的加載值使用。

4.2 計算分析

按照檢測的數據、實際測量和計算分析的曲線，對受檢樁其極限的承載力進行計算，計算的公式如下式。

在上式內，Qu表示單樁豎向的承載力其極限值，單位為kN；Quu表示上段樁極限的加載值，其單位為kN；Qud表示下段樁極限的加載值，單位為kN；W是荷載箱其上段樁自重和附加重量的和，單位為kN；γ1表示受檢樁抗壓的摩阻力為其轉換的系數。

通過上述的實測數據和計算分析得知，此工程所選取4根數量的試驗樁其豎向抗壓具有極限的承載力都比單樁豎向具有抗壓的承載力2倍特征值要高，符合設計的要求標準。

5 結束語

在臨軌樁基的工程中，傳統(tǒng)的靜載試驗往往會對軌道的結構造成變形影響，但自平衡的靜態(tài)試驗檢測一般不會受到限制，幾乎不會對軌道產生任何的影響；且對環(huán)境具有較低的要求，對場地的適應性也十分強，它加載的能力能夠按照試樁要求實施專門的設計，能夠實現對超大噸位的基樁其承載力的有效檢測。