自平衡樁基承載力檢測法在地鐵工程中的應用

田清彪

摘 要：結合北京地鐵某工程對自平衡樁基檢測法在蓋挖逆做法車站中的樁基承載力進行測試，對試驗數據進行整理，并與經驗參數法計算結果進行對比分析，結果表明，測試取得較好的工程效果，可在地鐵工程中推廣應用。

關鍵詞：自平衡樁基檢測法 蓋挖逆做 地鐵車站

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0080-02

城市軌道交通線路大部分布置在城市主干道上，對地面交通影響很大，由此催生出許多施工方法以減少對周邊環境的影響。蓋挖逆做法由于其占用道路時間短、能盡快恢復交通、對周邊環境影響較小等優點，在地鐵車站建設中經常用到。蓋挖逆做法的中間柱樁基礎頂在基坑底，傳統的堆載法、錨樁法等靜載試驗難以實施，特引入了自平衡法進行樁基靜載試驗。該法在地鐵工程中應用不多，缺乏相關試驗結論。本文旨在介紹自平衡樁基檢測法，并詳細介紹試驗數據的處理方法，為類似工程積累經驗。

1 檢測原理

自平衡法的檢測原理是將一種特制的加載裝置——自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內相應的位置，將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置（位移、應變等）從樁體引到地面，然后灌注成樁。由加壓泵在地面向荷載箱加壓加載，荷載箱產生上下兩個方向的力，并傳遞到樁身。由于樁體自成反力，將得到相當于兩個靜載試驗的數據：荷載箱以上部分獲得反向加載時上部分樁體的相應反應系列參數；荷載箱以下部分獲得正向加載時下部分樁體的相應反應參數。通過對加載力與這些參數（位移、應變等）之間關系的計算和分析，可以獲得樁基承載力等一系列數據。這種方法可以用于為設計提供數據依據，也可用于工程樁承載力的檢驗。圖1為試驗示意圖。

2 概況

2.1 工程概況

本工程為北京某地鐵車站，采用蓋挖逆做法施工，試驗對象為中間柱樁基礎，該樁為鉆孔灌注樁，直徑2.0 m，樁長25 m，根據勘察資料預估有效單樁豎向承載力特征值為10800 kN。由于樁的設計等級為甲級，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94），應通過靜載試驗確定單樁豎向極限承載力。由于樁頂標高在地面以下18.3 m處，傳統的堆載法及錨樁法難以實施，固采用自平衡法進行靜載試驗。

2.2 工程地質概況

本工程場地勘探范圍內的土層分為人工堆積層（Qml）、第四紀全新世沖洪基層（Q4al+pl）、第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）三大類，并按地層巖性及其物理力學性質進一步細分，土層自上而下依次為：粉土填土層<1>、雜填土<1-1>、粉土<3>、粉質粘土<3-1>、粉細砂<4-3>、中粗砂<4-4>、圓礫<5>、中粗砂<5-1>、粉質粘土<6>、粉土<6-2>、細中砂<6-3>、圓礫卵石<7>、中粗砂<7-1>、粉細砂<7-2>、粉土<7-3>、粉質粘土<8>、粘土<8-1>、粉土<8-2>、細砂<8-3>、卵石圓礫<9>、中粗砂<9-1>、粉質粘土<10>、粉土<10-2>、粉細砂<10-3>。中間樁頂主要位于圓礫<5>、粉質粘土<6>兩層，樁底位于中粗砂<9-1>層。

3 試驗方案介紹

3.1 荷載箱位置確定

荷載箱位于平衡點處，將樁身分為上下兩段，所謂的“平衡點”即上端樁的自重及樁側摩阻力之和與下段樁的樁側摩阻力及樁端阻力之和基本相等的位置。根據試驗樁處的鉆孔柱狀圖及土層參數，可按（式1）確定荷載箱的位置。

（式1）

式中：

u——樁身周長；

li——樁周第i 層土厚度：

qsik、qpk——分別為樁周第i土層初始極限側阻力標準值、初始極限端阻力標準值；

βsi、βp——分別為后注漿側阻力、端阻力增強系數；

Ap——樁端面積；

W——荷載箱上段樁的自重；

γ——荷載箱上段樁側阻力修正系數，對于粘土、粉土γ取0.8，對于砂土取0.7。

3.2 終止加載條件和相應的極限加載值的取值

（1）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載的位移量大于或等于前一級荷載的位移量的5倍時，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（2）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載加上24 h后未達穩定，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（3）巨粒土、密實砂類土以及堅硬的黏質土中，總位移量小于40 mm，但荷載已大于或等于設計荷載乘以設計規定的安全系數，加載即可終止。取此時的荷載為極限加載值。（4）施工過程中的檢驗性試驗，一般加載應繼續到樁兩倍的設計荷載為止。如果樁的總位移量不超過40 mm，以及最后一級加載引起的位移不超過前一級加載引起的位移的5倍，則該樁可予以檢驗。（5）極限荷載難以確定時，應繪制荷載-位移曲線（Q-S曲線）、位移-時間曲線（s-t曲線）確定，必要時還應繪制S-lgt曲線、S-lgtQ曲線（單對數法）、S-（1-Q/Qmax）曲線（百分率法）等綜合比較，確定比較合理的極限荷載取值。

3.3 承載力的確定

（1）單樁豎向極限承載力

實測得到荷載箱上段樁的極限承載力Qu上和荷載箱下段樁的極限承載力Qu下，按照（式2）可得到單樁豎向抗壓極限承載力：

（2）單樁豎向極限承載力標準值

4 試驗結果

兩根試驗樁編號為SZ1、SZ2，根據試驗結果，繪制出SZ1、SZ2的Q-S曲線如圖2、圖3所示。

按照自平衡試驗等效轉換法，講試驗獲得的向上、向下兩條Q-S曲線等效轉換為相應傳統靜載試驗的一條P-S曲線，以確定樁頂位移。轉換法公式如式（6）所示。

（式6）

式中：Qu——基樁承載力；

G——上段樁身自重；

、——樁端阻力、樁側阻力極限值。

經過等效轉換后，SZ1號試驗樁等效荷載為22595 kN，樁頂等效位移為22.60 mm；SZ1號試驗樁等效荷載為23209 kN，樁頂等效位移為26.48 mm。等效轉換后的P-S曲線如圖4、圖5所示。

6 結語

本文詳細介紹了自平衡法樁基檢測法在地鐵蓋挖逆做法車站工程中的應用，并介紹了自平衡法樁基檢測法的原理及數據處理方法。由于靜載試驗是對樁基承載力的檢測，未做破壞性試驗，所以未得出樁基的極限承載力，但從靜載試驗P-S曲線可推測出，在滿足設計文件要求的樁基承載力特征值10800 kN的前提下，樁基的承載力還有上升的空間。以后類似工程樁基的設計可參考本工程試驗結果，適當減小樁徑或樁長。

參考文獻

[1] 基樁靜載試驗 自平衡法.（JT/T 738-2009）[S].

[2] 建筑樁基技術規范.（JGJ94-2008）[S].endprint

摘 要：結合北京地鐵某工程對自平衡樁基檢測法在蓋挖逆做法車站中的樁基承載力進行測試，對試驗數據進行整理，并與經驗參數法計算結果進行對比分析，結果表明，測試取得較好的工程效果，可在地鐵工程中推廣應用。

關鍵詞：自平衡樁基檢測法 蓋挖逆做 地鐵車站

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0080-02

城市軌道交通線路大部分布置在城市主干道上，對地面交通影響很大，由此催生出許多施工方法以減少對周邊環境的影響。蓋挖逆做法由于其占用道路時間短、能盡快恢復交通、對周邊環境影響較小等優點，在地鐵車站建設中經常用到。蓋挖逆做法的中間柱樁基礎頂在基坑底，傳統的堆載法、錨樁法等靜載試驗難以實施，特引入了自平衡法進行樁基靜載試驗。該法在地鐵工程中應用不多，缺乏相關試驗結論。本文旨在介紹自平衡樁基檢測法，并詳細介紹試驗數據的處理方法，為類似工程積累經驗。

1 檢測原理

自平衡法的檢測原理是將一種特制的加載裝置——自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內相應的位置，將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置（位移、應變等）從樁體引到地面，然后灌注成樁。由加壓泵在地面向荷載箱加壓加載，荷載箱產生上下兩個方向的力，并傳遞到樁身。由于樁體自成反力，將得到相當于兩個靜載試驗的數據：荷載箱以上部分獲得反向加載時上部分樁體的相應反應系列參數；荷載箱以下部分獲得正向加載時下部分樁體的相應反應參數。通過對加載力與這些參數（位移、應變等）之間關系的計算和分析，可以獲得樁基承載力等一系列數據。這種方法可以用于為設計提供數據依據，也可用于工程樁承載力的檢驗。圖1為試驗示意圖。

2 概況

2.1 工程概況

本工程為北京某地鐵車站，采用蓋挖逆做法施工，試驗對象為中間柱樁基礎，該樁為鉆孔灌注樁，直徑2.0 m，樁長25 m，根據勘察資料預估有效單樁豎向承載力特征值為10800 kN。由于樁的設計等級為甲級，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94），應通過靜載試驗確定單樁豎向極限承載力。由于樁頂標高在地面以下18.3 m處，傳統的堆載法及錨樁法難以實施，固采用自平衡法進行靜載試驗。

2.2 工程地質概況

本工程場地勘探范圍內的土層分為人工堆積層（Qml）、第四紀全新世沖洪基層（Q4al+pl）、第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）三大類，并按地層巖性及其物理力學性質進一步細分，土層自上而下依次為：粉土填土層<1>、雜填土<1-1>、粉土<3>、粉質粘土<3-1>、粉細砂<4-3>、中粗砂<4-4>、圓礫<5>、中粗砂<5-1>、粉質粘土<6>、粉土<6-2>、細中砂<6-3>、圓礫卵石<7>、中粗砂<7-1>、粉細砂<7-2>、粉土<7-3>、粉質粘土<8>、粘土<8-1>、粉土<8-2>、細砂<8-3>、卵石圓礫<9>、中粗砂<9-1>、粉質粘土<10>、粉土<10-2>、粉細砂<10-3>。中間樁頂主要位于圓礫<5>、粉質粘土<6>兩層，樁底位于中粗砂<9-1>層。

3 試驗方案介紹

3.1 荷載箱位置確定

荷載箱位于平衡點處，將樁身分為上下兩段，所謂的“平衡點”即上端樁的自重及樁側摩阻力之和與下段樁的樁側摩阻力及樁端阻力之和基本相等的位置。根據試驗樁處的鉆孔柱狀圖及土層參數，可按（式1）確定荷載箱的位置。

（式1）

式中：

u——樁身周長；

li——樁周第i 層土厚度：

qsik、qpk——分別為樁周第i土層初始極限側阻力標準值、初始極限端阻力標準值；

βsi、βp——分別為后注漿側阻力、端阻力增強系數；

Ap——樁端面積；

W——荷載箱上段樁的自重；

γ——荷載箱上段樁側阻力修正系數，對于粘土、粉土γ取0.8，對于砂土取0.7。

3.2 終止加載條件和相應的極限加載值的取值

（1）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載的位移量大于或等于前一級荷載的位移量的5倍時，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（2）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載加上24 h后未達穩定，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（3）巨粒土、密實砂類土以及堅硬的黏質土中，總位移量小于40 mm，但荷載已大于或等于設計荷載乘以設計規定的安全系數，加載即可終止。取此時的荷載為極限加載值。（4）施工過程中的檢驗性試驗，一般加載應繼續到樁兩倍的設計荷載為止。如果樁的總位移量不超過40 mm，以及最后一級加載引起的位移不超過前一級加載引起的位移的5倍，則該樁可予以檢驗。（5）極限荷載難以確定時，應繪制荷載-位移曲線（Q-S曲線）、位移-時間曲線（s-t曲線）確定，必要時還應繪制S-lgt曲線、S-lgtQ曲線（單對數法）、S-（1-Q/Qmax）曲線（百分率法）等綜合比較，確定比較合理的極限荷載取值。

3.3 承載力的確定

（1）單樁豎向極限承載力

實測得到荷載箱上段樁的極限承載力Qu上和荷載箱下段樁的極限承載力Qu下，按照（式2）可得到單樁豎向抗壓極限承載力：

（2）單樁豎向極限承載力標準值

4 試驗結果

兩根試驗樁編號為SZ1、SZ2，根據試驗結果，繪制出SZ1、SZ2的Q-S曲線如圖2、圖3所示。

按照自平衡試驗等效轉換法，講試驗獲得的向上、向下兩條Q-S曲線等效轉換為相應傳統靜載試驗的一條P-S曲線，以確定樁頂位移。轉換法公式如式（6）所示。

（式6）

式中：Qu——基樁承載力；

G——上段樁身自重；

、——樁端阻力、樁側阻力極限值。

經過等效轉換后，SZ1號試驗樁等效荷載為22595 kN，樁頂等效位移為22.60 mm；SZ1號試驗樁等效荷載為23209 kN，樁頂等效位移為26.48 mm。等效轉換后的P-S曲線如圖4、圖5所示。

6 結語

本文詳細介紹了自平衡法樁基檢測法在地鐵蓋挖逆做法車站工程中的應用，并介紹了自平衡法樁基檢測法的原理及數據處理方法。由于靜載試驗是對樁基承載力的檢測，未做破壞性試驗，所以未得出樁基的極限承載力，但從靜載試驗P-S曲線可推測出，在滿足設計文件要求的樁基承載力特征值10800 kN的前提下，樁基的承載力還有上升的空間。以后類似工程樁基的設計可參考本工程試驗結果，適當減小樁徑或樁長。

參考文獻

[1] 基樁靜載試驗 自平衡法.（JT/T 738-2009）[S].

[2] 建筑樁基技術規范.（JGJ94-2008）[S].endprint

摘 要：結合北京地鐵某工程對自平衡樁基檢測法在蓋挖逆做法車站中的樁基承載力進行測試，對試驗數據進行整理，并與經驗參數法計算結果進行對比分析，結果表明，測試取得較好的工程效果，可在地鐵工程中推廣應用。

關鍵詞：自平衡樁基檢測法 蓋挖逆做 地鐵車站

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0080-02

城市軌道交通線路大部分布置在城市主干道上，對地面交通影響很大，由此催生出許多施工方法以減少對周邊環境的影響。蓋挖逆做法由于其占用道路時間短、能盡快恢復交通、對周邊環境影響較小等優點，在地鐵車站建設中經常用到。蓋挖逆做法的中間柱樁基礎頂在基坑底，傳統的堆載法、錨樁法等靜載試驗難以實施，特引入了自平衡法進行樁基靜載試驗。該法在地鐵工程中應用不多，缺乏相關試驗結論。本文旨在介紹自平衡樁基檢測法，并詳細介紹試驗數據的處理方法，為類似工程積累經驗。

1 檢測原理

自平衡法的檢測原理是將一種特制的加載裝置——自平衡荷載箱，在混凝土澆注之前和鋼筋籠一起埋入樁內相應的位置，將加載箱的加壓管以及所需的其他測試裝置（位移、應變等）從樁體引到地面，然后灌注成樁。由加壓泵在地面向荷載箱加壓加載，荷載箱產生上下兩個方向的力，并傳遞到樁身。由于樁體自成反力，將得到相當于兩個靜載試驗的數據：荷載箱以上部分獲得反向加載時上部分樁體的相應反應系列參數；荷載箱以下部分獲得正向加載時下部分樁體的相應反應參數。通過對加載力與這些參數（位移、應變等）之間關系的計算和分析，可以獲得樁基承載力等一系列數據。這種方法可以用于為設計提供數據依據，也可用于工程樁承載力的檢驗。圖1為試驗示意圖。

2 概況

2.1 工程概況

本工程為北京某地鐵車站，采用蓋挖逆做法施工，試驗對象為中間柱樁基礎，該樁為鉆孔灌注樁，直徑2.0 m，樁長25 m，根據勘察資料預估有效單樁豎向承載力特征值為10800 kN。由于樁的設計等級為甲級，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94），應通過靜載試驗確定單樁豎向極限承載力。由于樁頂標高在地面以下18.3 m處，傳統的堆載法及錨樁法難以實施，固采用自平衡法進行靜載試驗。

2.2 工程地質概況

本工程場地勘探范圍內的土層分為人工堆積層（Qml）、第四紀全新世沖洪基層（Q4al+pl）、第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）三大類，并按地層巖性及其物理力學性質進一步細分，土層自上而下依次為：粉土填土層<1>、雜填土<1-1>、粉土<3>、粉質粘土<3-1>、粉細砂<4-3>、中粗砂<4-4>、圓礫<5>、中粗砂<5-1>、粉質粘土<6>、粉土<6-2>、細中砂<6-3>、圓礫卵石<7>、中粗砂<7-1>、粉細砂<7-2>、粉土<7-3>、粉質粘土<8>、粘土<8-1>、粉土<8-2>、細砂<8-3>、卵石圓礫<9>、中粗砂<9-1>、粉質粘土<10>、粉土<10-2>、粉細砂<10-3>。中間樁頂主要位于圓礫<5>、粉質粘土<6>兩層，樁底位于中粗砂<9-1>層。

3 試驗方案介紹

3.1 荷載箱位置確定

荷載箱位于平衡點處，將樁身分為上下兩段，所謂的“平衡點”即上端樁的自重及樁側摩阻力之和與下段樁的樁側摩阻力及樁端阻力之和基本相等的位置。根據試驗樁處的鉆孔柱狀圖及土層參數，可按（式1）確定荷載箱的位置。

（式1）

式中：

u——樁身周長；

li——樁周第i 層土厚度：

qsik、qpk——分別為樁周第i土層初始極限側阻力標準值、初始極限端阻力標準值；

βsi、βp——分別為后注漿側阻力、端阻力增強系數；

Ap——樁端面積；

W——荷載箱上段樁的自重；

γ——荷載箱上段樁側阻力修正系數，對于粘土、粉土γ取0.8，對于砂土取0.7。

3.2 終止加載條件和相應的極限加載值的取值

（1）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載的位移量大于或等于前一級荷載的位移量的5倍時，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（2）總位移量大于或等于40 mm，且本級荷載加上24 h后未達穩定，加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限加載值。（3）巨粒土、密實砂類土以及堅硬的黏質土中，總位移量小于40 mm，但荷載已大于或等于設計荷載乘以設計規定的安全系數，加載即可終止。取此時的荷載為極限加載值。（4）施工過程中的檢驗性試驗，一般加載應繼續到樁兩倍的設計荷載為止。如果樁的總位移量不超過40 mm，以及最后一級加載引起的位移不超過前一級加載引起的位移的5倍，則該樁可予以檢驗。（5）極限荷載難以確定時，應繪制荷載-位移曲線（Q-S曲線）、位移-時間曲線（s-t曲線）確定，必要時還應繪制S-lgt曲線、S-lgtQ曲線（單對數法）、S-（1-Q/Qmax）曲線（百分率法）等綜合比較，確定比較合理的極限荷載取值。

3.3 承載力的確定

（1）單樁豎向極限承載力

實測得到荷載箱上段樁的極限承載力Qu上和荷載箱下段樁的極限承載力Qu下，按照（式2）可得到單樁豎向抗壓極限承載力：

（2）單樁豎向極限承載力標準值

4 試驗結果

兩根試驗樁編號為SZ1、SZ2，根據試驗結果，繪制出SZ1、SZ2的Q-S曲線如圖2、圖3所示。

按照自平衡試驗等效轉換法，講試驗獲得的向上、向下兩條Q-S曲線等效轉換為相應傳統靜載試驗的一條P-S曲線，以確定樁頂位移。轉換法公式如式（6）所示。

（式6）

式中：Qu——基樁承載力；

G——上段樁身自重；

、——樁端阻力、樁側阻力極限值。

經過等效轉換后，SZ1號試驗樁等效荷載為22595 kN，樁頂等效位移為22.60 mm；SZ1號試驗樁等效荷載為23209 kN，樁頂等效位移為26.48 mm。等效轉換后的P-S曲線如圖4、圖5所示。

6 結語

本文詳細介紹了自平衡法樁基檢測法在地鐵蓋挖逆做法車站工程中的應用，并介紹了自平衡法樁基檢測法的原理及數據處理方法。由于靜載試驗是對樁基承載力的檢測，未做破壞性試驗，所以未得出樁基的極限承載力，但從靜載試驗P-S曲線可推測出，在滿足設計文件要求的樁基承載力特征值10800 kN的前提下，樁基的承載力還有上升的空間。以后類似工程樁基的設計可參考本工程試驗結果，適當減小樁徑或樁長。

參考文獻

[1] 基樁靜載試驗 自平衡法.（JT/T 738-2009）[S].

[2] 建筑樁基技術規范.（JGJ94-2008）[S].endprint