自平衡法靜載試驗在地鐵樁基檢測中的應(yīng)用

董 浩

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵已成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ咧唬浞奖憧旖莸男阅転槿藗兂鲂刑峁┝酥匾Ｕ?，?jié)省了大量等車和乘坐時間，提高了人們工作和生活效率。在地鐵設(shè)計和后期驗收中，為了保障地鐵施工質(zhì)量和安全性，施工管理人員和技術(shù)人員需要對地鐵樁基進行數(shù)據(jù)檢測，只有檢測報告符合地鐵施工標準規(guī)范后才能進行下一步的施工操作流程，為了保證工程樁基檢測的方便快捷及檢測結(jié)果的準確、可靠，樁基抗拔靜載實驗檢測方法的選擇是非常重要的。

1 工程施工背景

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升和城市化建設(shè)步伐的不斷加快，城市建設(shè)與人們對于地鐵的需求不斷增加。如何在滿足城市建設(shè)和人們?nèi)粘９ぷ?、生活出行的基礎(chǔ)上，進一步保障施工工程質(zhì)量和安全性是現(xiàn)階段地鐵設(shè)計、建設(shè)部門急需解決的重點問題。目前，地鐵施工項目中的實驗檢測工作作為保障施工質(zhì)量的重要技術(shù)手段，在各個建筑性工程領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。當前，部分地鐵施工工程受地下空間和地表結(jié)構(gòu)的影響，在區(qū)間線路的鋪設(shè)上通常采用盾構(gòu)掘進法，而針對停車場和車站的建設(shè)則采用明挖法。地鐵工程為了保障車站主體建設(shè)結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)代地鐵工程建筑中的抗浮要求，需在設(shè)計中加強抗浮壓頂梁的設(shè)計和主體結(jié)構(gòu)底部抗拔樁的設(shè)置，以加強樁基的牢固性和穩(wěn)定性。本文以下內(nèi)容針對單樁豎向抗拔承載力檢測法和豎向抗壓靜載檢測法進行了簡要的論述和比較（見表1）。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗與單樁豎向抗拔靜載試驗的比較

單樁豎向抗拔靜載實驗檢測方法一般利用天然基地或反作用力樁提供樁基支座反力。在地鐵項目施工中，通常在基地上方進行開挖至設(shè)計標高露出樁頂時，施工檢測部門要對工程樁基進行試驗檢測工作。這樣操作不僅嚴重制約施工工期，而且影響對工程樁基施工前的質(zhì)量評估工作，缺少及時有效性。為此，相關(guān)項目的檢測單位、科研院校和現(xiàn)場試驗組就目前工程項目的單樁豎向抗拔承載力實驗檢測工作，進行多次研討分析并對施工現(xiàn)場進行實地勘測、綜合經(jīng)濟比對等整合得出，只有采用自平衡法才可以有效解決樁基豎向抗拔承載力施工現(xiàn)場條件受限問題。因此，地鐵各相關(guān)施工試驗檢測部門必須科學合理選擇樁基單樁豎向抗拔靜載實驗檢測方法，提高對自平衡靜載實驗法的正確認知，對提高地鐵設(shè)計和后期驗收質(zhì)量具有重要意義。

單樁豎向抗壓承載力檢測一般采用堆載法和錨樁法。錨樁法檢測時，除了要保障設(shè)計基坑深度（試樁接樁長度）在11m外，還需要多根錨樁作為支撐，這就給施工基樁檢測造成了大量的施工成本。通過分析施工項目的整個設(shè)計內(nèi)容，該項目具有施工周期長、施工費用高等特點。

堆載法則會需要用到大量的起吊、運輸設(shè)備，即使是現(xiàn)場施工工程量也是相對較大的，但與錨樁法相比，檢測費用只占其一半。因此，在對工程項目進行樁基靜載試驗的過程中，初步判定采用的是堆載法。綜合該施工項目注漿前后都需要進行靜載檢測的特征，施工企業(yè)為了盡可能節(jié)約項目檢測成本，結(jié)合施工原理、檢測程序的難易程度、經(jīng)濟標準和施工周期等多種因素，最終決定采用新型自平衡法對基樁承載力進行檢測。

2 自平衡法靜載試驗的試驗原理、試驗方法和檢測設(shè)備

2.1 試驗原理

自平衡法的檢測原理是將一種經(jīng)過特殊手段加工而成的自平衡荷載箱加載裝置，在進行樁基混凝土澆筑前和鋼筋籠一起埋入樁基內(nèi)相應(yīng)的位置（具體根據(jù)樁基檢測試驗需求和實驗目的而定），將荷載箱的加壓管和其他所需的檢測裝置共同從樁體移到地面上，然后進行注漿。在對項目基樁的檢測中，由加壓泵在地面向荷載箱進行加壓加載。在加壓加載的過程中，荷載箱會產(chǎn)生上下兩個方向的力，并將其傳遞到基樁上；再由基樁自身形成相應(yīng)的反作用力，這就是我們接收到的兩個靜載實驗數(shù)據(jù)。這兩個數(shù)據(jù)一個是由基樁荷載箱傳遞的上部分數(shù)據(jù)，也就是樁體的上半部分反應(yīng)過來的相應(yīng)系列參數(shù)；另外一個方向的數(shù)據(jù)則是樁體下半部分反映的相應(yīng)系列參數(shù)。樁基檢測人員可以根據(jù)這些參數(shù)（位移、應(yīng)變等）之間的關(guān)系通過計算、分析、整合，從而得到與之相關(guān)的樁基承載力等一系列的數(shù)據(jù)信息，作為后期項目施工設(shè)計、項目驗收的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 試驗方法

（1）加載法。通過上述對于自平衡法試驗原理的闡述可知，通過以流動的液體作為加載媒介，向埋在樁內(nèi)的荷載箱進行加壓加載，得出樁體上下部分的反力參數(shù)，即可作為自平衡法承載力對工程項目樁基檢測的數(shù)據(jù)參數(shù)使用。在對荷載箱進行加壓加載的過程中應(yīng)注意以下幾點。①進一步保障試驗數(shù)據(jù)與試驗結(jié)論的可比性，在對荷載箱進行加載的過程中，加載方法應(yīng)嚴格按照相關(guān)試驗規(guī)范標準進行。②對樁體進行試驗的過程中，要注意采用自平衡試驗系統(tǒng)對其進行監(jiān)控，并對各種試驗參數(shù)做到及時采集并記錄，保證所得數(shù)據(jù)參數(shù)的時效性和準確性。③在試驗的過程中遇到突發(fā)性狀況時，檢測人員應(yīng)及時與相應(yīng)的委托單位和設(shè)計單位進行溝通，在保證信息得到有效互通的同時，確保與試驗相關(guān)的所有實驗信息和試驗情況，使雙方都有同等的知情權(quán)，并針對試驗的進程、方法和目的達成基本共識。

（2）卸載法。卸載法是削減加注在荷載箱上的加壓加載值。通常在反力的卸載過程中，試驗人員主要分五個等級進行卸載，其中每級的卸載為加載過程級別的2倍左右。通過數(shù)據(jù)記錄分析可知：加載數(shù)據(jù)記錄主要是在每級加載后的第一小時內(nèi)的每個時間段以2倍的時間進行位移值的監(jiān)測和記錄，每隔30min監(jiān)測一次，以此來判斷穩(wěn)定狀態(tài)是否符合檢測標準。在對樁基的穩(wěn)定數(shù)據(jù)檢測標準上，進行每級加載每隔1h的向上、向下過程的位移值檢測，保障其檢測的平均數(shù)值不大于0.1mm，并連續(xù)檢測兩次。卸載記錄則是每級加壓卸載后，每隔15min檢測人員就要對其進行一次殘余沉降記錄，直到卸載清零后維持3h，再觀測殘余變形并對其進行記錄。

2.3 試驗設(shè)備

（1）荷載箱在樁體埋設(shè)的位置設(shè)置。在進行樁基位置荷載箱的埋設(shè)中要注意以下安全措施。①避免樁體因受加載應(yīng)力集中的影響遭受損害，荷載箱在埋設(shè)的過程中，設(shè)計人員要在荷載箱埋設(shè)位置的周邊進行鋼筋籠箍筋加密處理。②確保荷載箱與上下鋼筋籠鏈接的強度符合樁體檢測標準，以便后期試驗對荷載箱的數(shù)據(jù)參數(shù)采集。③在荷載箱與上下鋼筋籠的鏈接位置焊接導正筋，以便為后期導管由荷載箱通孔的穿入留有合適的位置。

（2）試驗加載系統(tǒng)。實驗裝置中的加載系統(tǒng)主要包括荷載箱、加壓管和加載泵三部分組成。①在設(shè)計荷載箱時，設(shè)計人員根據(jù)荷載箱的布局形式和形狀，綜合考慮注漿、聲測和灌注混凝土等施工任務(wù)預留檢測位置。②荷載箱的設(shè)計形狀，荷載箱斷面主要以錐形為主，對后期混凝土灌注或是注漿時產(chǎn)生的浮漿起到導流的作用，避免浮漿在荷載箱斷面形成積壓，影響試驗位移值采集的準確性，為試驗補漿后的樁體承載力和強度提供數(shù)據(jù)保障。③荷載箱加載面積和直徑的設(shè)計，考慮到樁體試驗后的高強度承載力和加載液壓的中低壓力，加載面積和直徑要根據(jù)試驗的實際環(huán)境進行合理的調(diào)整。④加強對荷載箱內(nèi)部特殊增壓技術(shù)的設(shè)計，起到降低油壓的作用，避免因加載力過高，出現(xiàn)嚴重的加載系統(tǒng)故障問題。

3 工程試驗實例分析

3.1 自平衡試樁法

以自平衡試樁法對地鐵項目工程中三根基本樁基進行強度和承受力檢測，從而檢測工程樁體的單樁豎向抗拔最大承受能力。

（1）該項目的基本試樁情況。一般規(guī)范的試樁樁徑為1 200mm，混凝土的設(shè)計強度等級為C45，樁端的持力層為中分化花崗巖，單樁豎向抗拔承載力特征范圍值在3 755.21kN，試驗中的最大加載量為2×7 600kN，荷載箱在設(shè)計上最大的加載力不得超過2×7 600kN，試驗時荷載箱會預埋在樁體底部位置。

（2）試驗檢測方法和步驟。在樁體強度滿足設(shè)計標準和設(shè)計要求的情況下，該項目的樁體構(gòu)建和試驗間隙時間不得少于28d。在測量荷載箱的反力加載和卸載分級與位移值時，檢測人員要以靜載試驗樁體檢測規(guī)范要求進行劃分。每級的荷載箱加載為單樁最大承載力的1/10，第一級按成倍荷載分級進行加載，試驗方法步驟相同，卸載分級是加載至其兩倍，分五級進行。如荷載箱以每級加載后的第一小時內(nèi)觀察第5min、15min、30min、45min、60min，之后每隔30min進行一次觀察并進行數(shù)據(jù)參數(shù)記錄，對其穩(wěn)定狀態(tài)進行記錄，連接計算機控制監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測讀取和數(shù)據(jù)信息的采集和有效存儲，以便作為后期設(shè)計和驗收依據(jù)。應(yīng)注意的是，在每級的加載中每隔1h向上、向下的位移量不能大于0.1mm，連續(xù)出現(xiàn)兩次為基本穩(wěn)定檢測標準，只有符合標準檢測要求才能進行下一級的荷載。

（3）試驗結(jié)果。以G48樁基為例，荷載分級以最大荷載量2×7 600kN為基準共分為十個等級進行加載，第一次的加載值為2×1 520kN，之后每次加載值為2×760kN。荷載箱的加載值達到2×7 600kN時以計算機數(shù)據(jù)參數(shù)現(xiàn)實向上位移U-δ曲線表示、向下位移Q-S曲線均呈緩交型，S-lgt和S-lgQ曲線呈平直狀態(tài)分布趨勢，而且位移數(shù)值偏小。結(jié)合計算機自動化信息采集數(shù)據(jù)分析，其他兩根樁基的試驗結(jié)果與G48樁體相似，故在此不再進行論述。

當荷載箱的標準數(shù)值達到最大加載值2×7 600kN時，樁體的下半部分樁體位置的荷載箱向下位移總數(shù)值能到達37.68mm，卸載后荷載箱剩余沉淀位移數(shù)值達到32.83mm，回彈率能夠達到12.87%，與之相對應(yīng)的荷載箱則會上移5.45mm，卸載后剩余位移為3.41mm，回彈率37.43%。

由以上靜態(tài)試驗結(jié)果可知，試驗樁基為單樁豎向抗拔承載力檢測，所以，單樁的承載能力較強，滿足現(xiàn)階段對于地鐵設(shè)計單樁抗拔承載力的要求。

（4）單樁豎向抗拔靜載實驗檢測試驗分析。不同的施工項目作業(yè)環(huán)境，單樁豎向抗拔承載力采用不同的檢測方法和試驗分析，結(jié)合實際操作過程和實際施工條件合理選擇檢測方法。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對樁體的各種實驗檢測方法分析得出，自平衡試驗地鐵樁基檢測法是最符合樁體安全性和承受能力的檢測方法，不僅適用于單樁豎向抗拔靜載實驗檢測，也適用于單樁豎向抗壓靜載實驗檢測，準確度和精準性都很高。分析和采集樁體荷載箱反力數(shù)據(jù)參數(shù)，可以為后期工程項目的設(shè)計和工程樁體的驗收提供可靠的數(shù)據(jù)保障和參考依據(jù)。