某地鐵車站深基坑抗拔樁抗拔承載力試驗淺析

高峰 辛亮

摘 要：文章以實際工程為例，該地鐵車站地下水位較高，在基坑開挖前需對基坑底部的抗拔樁進行抗拔承載力進行試驗，因基坑未開挖，采用將基坑底部的抗拔樁接長至基坑頂面，在考慮接長樁自重荷載及側摩阻力的情況下，對試驗抗拔樁進行抗拔承載力試驗，試驗結果顯示樁基抗拔承載力滿足設計要求。

關鍵詞：深開挖 抗拔樁 承載力

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市地下軌道交通的建設高速增長。在地鐵建設過程中，要關注地下高水位帶來的抗浮問題，這在地鐵車站的建設過程中尤為重要。從目前公開的資料來看，對深基坑底部抗拔樁承載力現場試驗較少，特別是在地下水位較高的地區。文章通過對某地鐵車站深基坑抗拔承載力的現場試驗，進行工程試樁，為設計調整提供依據。

1.工程概況

某地鐵車站為約254m（長）×38～30.4m（寬）的地下車站，車站主體結構基坑標準段開挖深度為26.5m，端頭基坑開挖深度為30.0m，此車站臨海，其中心距海邊僅160m，場區位于填海區，地面高程小于4m，地下水位較高，勘察期水位埋深達到了0.7～5.3m，標高為1.78～3.29m。其地下水主要為第四系孔隙水，由于受到地表水補給的關系，基坑開挖的砂類土中存在一定的承壓水層，車站范圍內存在地面沉降等不良地質作用。

基坑圍護結構內側共設置107根φ1000mm鋼筋混凝土抗拔樁，其中43根兼做格構柱基礎樁的抗拔樁，各抗拔樁樁長均為20m。為確保成樁質量，驗證基樁抗拔力是否滿足設計要求，在大面積施工前進行試樁。選擇在基坑的小里程端頭進行工程試樁，樁端在地面以下27m，樁長20m，此次抗拔力檢測屬于工程開始前的驗證試驗，基坑尚未開挖。

抗拔樁試樁工程材料及參數與施工圖設計一致，本次試樁采用旋挖鉆施工工藝，混凝土強度等級為C40，主筋采用HRB400鋼筋（Ф22mm、36根），箍筋采用HPB300鋼筋。

其工程地質概況主要如下：

（1）人工填土層（Q4ml）層厚1.0～10.9m，平均層厚3.46m。

（2）第四系全新統海陸相交互沉積層（Q4mc）：（1）淤泥（Q 4mc）、（1）1-2淤泥質粉質黏土，黏土（Q4mc）、（1）2-2粉質黏土、黏土（Q4mc）、（1）2-3粉質黏土、黏土（Q 4mc）、（2）1-1粉砂（Q4mc）、（2）1-2粉砂（Q4mc）、（2）3-2中砂（Q4mc）、（2）3 - 3中砂（Q 4 m c）、（2）3-4中砂（Q4mc）、（2）4-4粗砂（Q4mc）。

2.試驗方法

2.1方法選擇

目前用來對基樁進行抗拔承載力測試的主要有自平衡法和反力法。自平衡法工藝先進，節約場地，但是對荷載箱及現場要求嚴格設備屬于一次性投入，不可重復利用單根試樁檢測費較高。反力法對現場要求不高，且反力支墩、加壓裝置可在別的站點試樁檢測時重復利用，檢測費用較低，最終試驗方法選定為反力法。

抗拔樁設計樁長為基底以下20m，基坑未開挖前無法對其進行試驗，故將原設計20m實樁加長至47m到基坑頂面。47m長樁由27m長的加長樁和20m長的工程樁組成。其中，20m工程樁設計單樁承載力特征值1210kN，27m長加長樁混凝土自重530kN，根據各地層性質計算27m長加長樁摩阻力1316kN。

對3根47m長的抗拔樁試樁進行單樁豎向抗拔靜荷載試驗，樁號分別為8-3#、9-3#、17-3#，設計抗拔承載力為1210kN，故試驗荷載為1210kN×2+530kN+1316kN = 4266kN。試驗結果可用于判斷3根工程樁的抗拔樁承載力是否符合設計要求。

為避免樁身鋼筋斷裂終止試驗，47m長樁需采用36 C22的主筋。在鋼筋籠綁扎時，盡量使靠近反力支墩兩邊的鋼筋較密，需至少保證抗拔試驗時主梁（主梁寬度50cm）兩側能各有16根鋼筋。樁設計參數見表1。2.2加載裝置

本次試驗按《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）的有關規定進行。加載裝置采用4臺200t千斤頂，4臺千斤頂分別放在貝雷梁的下面，千斤頂作用力與主梁，通過兩頭頂升的方式對樁施加上拔荷載。在樁的正上方，主梁的上面放置鋼架枕頭，樁身的鋼筋利用錨固裝置或焊接方式通過精軋螺紋鋼與鋼架枕頭連接。千斤頂對貝雷梁兩端施加頂力，通過貝雷梁中部連接的精軋螺紋鋼對該樁施加上拔荷載。垂直抗拔靜反力裝置如圖1所示。

圖1中：1-焊接；2-測試樁；3-反力支墩；4-主梁；5-墊塊。

2.3測量設備

抗拔荷載值通過油泵的壓力表進行控制，在樁頂兩側對稱安置4塊百分表，在規定時間內測定樁體上拔量。

2.4加載方式

加載裝置采用油壓千斤頂，4個千斤頂分別放在反力支墩的上面、主梁的下面，千斤頂頂主梁，運用“抬”的形式對樁施加上拔荷載。在樁的正上方，主梁的上面放置鋼架枕頭，樁身的鋼筋利用錨固裝置或焊接方式通過螺桿與鋼架枕頭連接。千斤頂頂鋼架枕頭，通過連接的螺桿對樁施加上拔荷載。

檢測每一級的荷載增量按試驗荷載4266kN的10%確定，僅第一級荷載量是分級荷載的2倍，加荷順序為：0→854→1281→1708→21 35→2562→2985→3416→3943→4266（kN），共分10級；卸荷量每級為分級荷載的2倍，卸荷順序為：4266→3416→2562→1708→854→0（kN），共分5級。

2.5測讀時間

（1）加載：每次加載后測讀時間為：第5min、15min、30min、45min、60min測讀樁上拔量，以后每隔30min測讀一次，

（2）受檢樁上拔量相對穩定標準：每1h內的樁頂上拔量≤0.1mm，并連續出現兩次（由1.5h內的上拔量觀測值計算）。

（3）當樁頂上拔量速率達到相對穩定標準的時候，此時需要再施加一下級荷載。

（4）卸載：每級荷載維持1h，按第5min、15min、30min、60min測讀樁頂上拔量，當卸載至零的時候，此時對樁頂殘余上拔量進行測度，維持時間要保持在3h，需注意的是，測讀時間按順序為第5min、15min、30min，以后每隔30min測讀一次。

（5）試驗過程中應仔細觀察樁身混凝土開裂情況。

2.6被迫終止加載

（1）要是出現加載系統漏油、反力支墩下沉等情況，無法施加荷載。

（2）已達了加載反力裝置的最大試驗荷載。

2.7終止加載條件

（1）在某級荷載作用下，樁頂上拔量大于前一級荷載作用下上拔量的5倍，且累計上拔量大于15mm。

（2）當達不到極限荷載，已達到最大試驗荷載，頂上拔量速率達到相對穩定標準。

（3）按鋼筋抗拉強度控制，樁頂上拔荷載達到鋼筋強度標準值的0.9倍。

（4）按樁頂上拔量控制，當累計樁頂上拔量大于100mm。

3.試驗結果

（1）8-3#樁試驗結果

根據8-3#樁測試結果可知，當試驗加載至4266kN時，上拔量為11.72mm，卸載回彈量為0.95mm。在整個加載過程中，隆起量變化均勻，沒有明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲，未出現《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）第14.3.5條和第14.3.6條第1、3、4款情況。

（2）9-3#樁試驗結果

根據9 -3 #樁試驗結果可知，試驗加載至4266kN時，上拔量為11.12mm，卸載回彈量為2.54mm在整個加載過程中，隆起量變化均勻，無明顯變陡，沒有明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲，未出現《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）第14.3.5條和第14.3.6條第1、3、4款情況。

（3）17-3#樁試驗結果

根據17-3#樁試驗結果可知，試驗加載至4266kN時，上拔量為8.14mm，卸載回彈量為0.82mm。在整個加載過程中，隆起量變化均勻，無明顯變陡，沒有明顯變陡或曲線尾部明顯彎曲，未出現《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）第14.3.5條和第14.3.6條第1、3、4款情況。

4.結束語

綜上所述，本次對某地鐵車站深基坑底部抗拔樁抗拔承載力試驗，將基坑底部的抗拔樁接長至基坑頂面，完成深基坑開挖前抗拔樁抗拔承載力試驗，確保工程樁的正常進行。試驗結果表明，3根試樁根據《建筑地基檢測技術規范》（JGJ 340-2015）第14.4.2條第4款規定，樁體豎向抗拔極限承載力大于及等于最大試驗荷載值。

參考文獻：

[1]JGJ 340-2015，建筑地基檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版，2015.

[2]郝.深基坑開挖時抗拔樁承載力及變形特性研究[J].地下空間與工程學報， 2018， 14 （S2）： 673-678.