自平衡測試法在客運專線車站建設中的應用

中鐵十五局 華南公司 李亞玲

自平衡測試法在客運專線車站建設中的應用

中鐵十五局 華南公司 李亞玲

近年來，隨著高層建筑和基礎設施建設的迅猛發展，作為深基礎的一種，樁基以其獨特的優勢得到了建筑業的廣泛青睞，其使用范圍不斷擴大，使用量不斷增加。在這種情況下，找出一種能準確判斷樁基承載力、樁基沉降等相關情況的有效方法，就顯得極為重要了。自平衡測試法就是近年來被普遍應用于測試樁基承載力、樁基沉降等情況的一種有效方法。本文，筆者以廣深港客運專線福田站的項目施工為例，介紹了樁基自平衡測試法的試驗設計及結果概況。

一、自平衡測試基本原理

自平衡測試法是在樁端埋設荷載箱，沿垂直方向加載，然后根據相關數據求得樁極限加載。加載用的荷載箱由活塞、頂蓋、底蓋、箱壁以及測試傳感器等部分組成，由高壓油泵向荷載箱充油而加載。

測試開始后，荷載箱產生的荷載沿樁身分別向上、向下傳遞。此時，可以利用預先埋置在樁體內部的鋼筋應變計測得其在每級荷載作用下的應力-應變關系，從而推導出相應樁截面的應力-應變關系，亦可因此求得相應樁截面微分單元內的應變量，由此便可得知各樁截面在各級荷載作用下的樁身軸力及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規律。

荷載箱中的壓力用壓力表量測，荷載箱的向上、向下位移用位移傳感器量測。根據讀數，繪出向上的力與位移圖和向下的力與位移圖，并通過向上、向下兩條Q – s曲線及相應的s – lg t、s – lg Q曲線，判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。自平衡法測試樁基承載力的原理如圖1所示。

圖1 自平衡法測試樁基承載力原理

二、試驗設計

1.工程概況。廣深港客運專線福田站位于深圳市福田區市民中心廣場西側，地處益田路與深南大道交叉口，沿益田路呈南北向布置，為地下三層客運車站。

該車站全長1 023 m（結構外包線），共有直徑為1.2 m的抗拔樁22根、直徑為1.5 m的抗拔樁562根、直徑為2.8 m的抗拔樁110根。其中，第四施工段共有直徑1.5 m抗拔樁222根、直徑為2.8 m的抗拔樁61根，還有直徑為2.8 m的結構柱下樁82根，樁長自結構底板向下分別為38 m、33 m、27 m、21 m，鉆孔深度最深達70 m。

施工設計要求：柱下樁ZJ1 ～ 4– D進入弱風化基巖最少1 m，若進入弱風化基巖6 m后未達到設計標高，可終孔；ZJ5–D、 ZJ7 – D若進入弱風化基巖10 m后未達到設計標高，可終孔；ZJ6– D若進入弱風化基巖7 m后未達到設計標高，可終孔。

2.試樁設計及參數。根據設計要求，對第四施工段的2根長2.8 m的柱下樁、2根長2.8 m抗拔樁和1根長1.5 m抗拔樁進行自平衡測試。各試樁樁基剖面如圖2所示。

圖2 1 – 5號試樁樁基剖面

根據國家相關規范規定和設計要求，共有5根試樁參加測試，其中3 根試樁做豎向抗拔試驗，2根試樁做豎向抗壓試驗。各試樁主要參數見表1。

表1 1 – 5號試樁主要參數

3.測試儀器設備布置。試樁的加載設備主要為荷載箱和高壓油泵。荷載箱應根據樁基情況專門制作；高壓油泵的最大加壓值為60 MPa，加壓精度為每小格0.4 MPa。

試樁中位移的測量主要是通過電子位移傳感器完成。此次測試所用的傳感器量程為50 mm，通過磁性表座固定在基準鋼梁上，每樁設4個，2個用于測量樁荷載箱處的向上位移，2個用于測量樁荷載箱處的向下位移。電子位移傳感器的安裝如圖3所示。

圖3 電子位移傳感器安裝

4.測試步驟。在此次測試中，樁基承載力加載等級按照15級14次加載的方式進行，第1次按2倍荷載分級加載，每級加載值為預估極限承載力的1/15。在每級加載完成后的5、10、15、30、45、60 m in各測讀一次位移；累計1 h后每隔30 min測讀一次。樁基承載力的測試穩定標準為：在每級加載作用下30 min內向上、向下的位移量小于0.1 mm。

在此次樁基承載力測試中，終止加載條件及加載極限取值分3種情況：

總位移量≥40 mm，且本級荷載的位移量大于等于前一級荷載位移量的5倍時，加載即可終止；取比終止時小一級的荷載為加載極限值。

總位移量≥40 mm，且加上本級荷載后24 h未達穩定，加載即可終止；取比終止時小一級的荷載為加載極限值。

總位移量＜40 mm，但荷載已大于或等于設計荷載×設計規定的安全系數，加載即可終止；取此時的荷載為加載極限值。

測試完成后，繪制荷載–位移（Q – s）曲線、位移–時間（s – lg t）等曲線圖，然后進行綜合比較，確定加載極限值。

在此次樁基承載力測試中，卸載分5級進行，每級卸載量為2倍荷載分級。卸載的觀測方法與加載相同：卸載到0后，維持2 h，在第1 h每15 m in測讀一次，以后每隔30 min測讀一次。

三、試驗結果分析

根據現場試驗數據，繪制出每根試樁的Q – s曲線、s – lg t曲線。以試樁1為例，繪制出的Q – s曲線、s – lg t曲線如圖4所示。

圖4 試樁1實測樁基Q – s和s – lg t曲線

曲線圖繪制完成后，根據中華人民共和國行業標準《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）和《基樁靜載試驗自平衡法》（JT/T 738-2009）中的相關規定，對樁基承載力測試數據進行分析。樁的極限抗壓承載力由式Pu＝（Quu－W）/r＋Quu確定，式中，Pu為單樁豎向抗壓極限承載力，Quu為荷載箱上部樁的實測極限承載力，W為荷載箱上部樁自重，γ為荷載箱上部樁側摩擦力修正系數；極限抗拔承載力取Pui＝Quui。分析結果見表2、表3。

表2 抗壓樁自平衡規程分析結果

Qhr為荷載箱下部樁的實測極限承載力；l為荷載箱上部樁段長度。

表3 抗拔樁自平衡規程分析結果

由表2、表3可知，抗壓樁和抗拔樁性能均符合國家規定，滿足實際施工要求。