自平衡法抗拔靜載試驗(yàn)在地基基礎(chǔ)工程的應(yīng)用分析

張杰

摘要：本文首先闡述了自平衡法靜載試驗(yàn)的基本原理和基本的方法，然后在寧波市軌道交通4號(hào)線土建工程TJ4006標(biāo)（白鶴站）地基基樁進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，通過實(shí)際的案例試驗(yàn)分析得出：該方法具備試驗(yàn)時(shí)間短、場(chǎng)地適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此，自平衡法抗靜載試驗(yàn)?zāi)軌蛟诘鼗鶚俄?xiàng)目中推廣使用。

關(guān)鍵詞：自平衡法；抗靜載試驗(yàn)；地基基樁；應(yīng)用分析

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地下軌道交通建設(shè)也邁上了新的臺(tái)階。地下軌道交通施工的安全質(zhì)量問題是需要考慮的首要因素，特別是樁基的安全問題，其安全與否直接影響到工程整體的施工安全性。傳統(tǒng)的樁基檢測(cè)方法是建立在反力架提供反力實(shí)施的，但是在搭建反力架的時(shí)候需要用混凝土和鋼筋的焊接，這通常會(huì)消耗大量的時(shí)間。基于此，樁基靜載抗拔試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У慕鉀Q上述問題，成為了一種最為可靠、直觀的樁基質(zhì)量檢測(cè)方法。基于此本文通過把自平衡抗靜載試驗(yàn)運(yùn)用在地鐵基樁建設(shè)上，較傳統(tǒng)方法有了較大的提升，本文將進(jìn)行總結(jié)與分析。

一、自平衡法抗拔靜載試驗(yàn)

（一）自平衡法試驗(yàn)原理

自平衡法試驗(yàn)的基本原理是把荷載箱和鋼筋籠焊接在一起，然后將二者一同埋在樁基的內(nèi)部，最終澆筑成為樁基，上述的荷載箱是一種特別制作的加載裝置。放置在地面上的高壓油泵為載荷箱提供油載，通過荷載箱把力傳送至全部樁身，然后通過自平衡維持加載來平衡樁身上端的摩擦力與樁身下部的摩擦力以及端阻力。最終參照Q-s曲線、s-lgt曲線、s-lgQ曲線和相關(guān)的等效轉(zhuǎn)換曲線來得出基樁的承載力大小與沉降的結(jié)論。

（二）檢測(cè)儀器設(shè)備

自平衡法試驗(yàn)裝置主要包括兩大系統(tǒng)：加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。加載系統(tǒng)包括高壓油泵、特制荷載箱以及高壓油管。荷載箱是自平衡法的核心部分，在設(shè)計(jì)時(shí)，荷載箱形狀、 布局形式為以后注漿預(yù)留了實(shí)施空間，其直徑和加載面積則考慮可兼顧加載液壓的中低壓力和樁體試驗(yàn)的高承載能力。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用電腦讀數(shù)和人工記錄的方式同步進(jìn)行。

（三） 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)加載采用慢速載荷維持法進(jìn)行加載分10級(jí)加載，每級(jí)加載為預(yù)估極限承載力的1/10，首級(jí)取分級(jí)荷載的2倍，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，再施加下一級(jí)荷載。試驗(yàn)卸載分五級(jí)，每級(jí)卸載為加載級(jí)別的2倍，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，再卸下一級(jí)荷載[1]。

二、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施方法

（一）荷載箱實(shí)施技術(shù)

荷載箱是一種特殊的裝置，其主要的作用集中體現(xiàn)在激發(fā)反作用力，同時(shí)也是自平衡法當(dāng)中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，在試驗(yàn)中技術(shù)復(fù)雜程度也最高。具體的實(shí)施過程可以描述為：第一步需要使得受力和空間兩種特性同時(shí)滿足；第二步是在實(shí)際的焊接過程中保證水平度不能超過3%，從而有效的保證其填埋特性；第三步是保證其基樁的軸線位置和移動(dòng)方向夾角不超過5度，底部的沉渣的厚度不能超過5厘米，與此同時(shí)，基樁的位移絲和移桿需要合理的進(jìn)行保護(hù)，不能進(jìn)行破壞；第四步是使得載荷箱的受壓水平始終處在20MPa范圍之內(nèi)。

（二） 慢速維持荷載技術(shù)

在進(jìn)行加載試驗(yàn)的時(shí)候，需要在第一個(gè)小時(shí)內(nèi)連接監(jiān)測(cè)位移，也就是說在每隔五分鐘的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行位移的測(cè)量，一個(gè)小時(shí)之后只需要間隔三十分鐘進(jìn)行位移檢測(cè)就可以，一直到相對(duì)穩(wěn)定之后就可以加載下一級(jí)的載荷。如果進(jìn)行卸載的時(shí)候，數(shù)值到零之后還必須繼續(xù)檢測(cè)兩個(gè)小時(shí)以上，把相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在檢測(cè)電腦當(dāng)中去，最終實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的讀取，那么在電腦上顯示出相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)曲線。

對(duì)于單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，加載終止條件和相應(yīng)的最終加載值按如下規(guī)定：在某級(jí)荷載作用下，向上位移量大于前一級(jí)荷載位移量的5倍，終止加載。取其終止時(shí)荷載小一級(jí)的荷載為最終加載值；在某級(jí)荷載作用下，向上位移量大于前一級(jí)荷載位移量的2倍，且經(jīng)24h尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，終止加載[2]。

（三） 樁底處理技術(shù)

在進(jìn)行加載測(cè)試試驗(yàn)的過程中，通常來說基樁底部防止的是加載箱，這樣就能夠提供來自基樁底部的試驗(yàn)反力。在對(duì)加載箱進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要先依照相關(guān)的設(shè)計(jì)資料對(duì)基樁的承載力進(jìn)行計(jì)算，如果其能夠支撐承載力，那么此時(shí)就不需要對(duì)基樁底部進(jìn)行加固處理，如果不能支撐承載力，那么此時(shí)就需要對(duì)基樁進(jìn)行加固處理。上述中的加固處理方法可以概括為以下四種，第一種方式是在基樁底部預(yù)先鋪設(shè)漿管，然后在進(jìn)行壓漿處理；第二種方式是使施工的基樁長(zhǎng)度超過設(shè)計(jì)時(shí)候的長(zhǎng)度，從而滿足荷載箱的具體放置位置；第三種方式是對(duì)其頭部進(jìn)行放大處理，以此來增加基樁的阻力；第四種方式是在基樁的底部填埋巖土，上述的四種方式都是解決問題的關(guān)鍵措施，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中可以僅僅采用一種方式來完成，也可以采用多種不同的方式來進(jìn)行完成。

三、自平衡法抗拔樁試驗(yàn)工程實(shí)例

本工程采用GPS-10型循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝，試驗(yàn)中測(cè)試基樁有KBZ-7、KBZ-30兩個(gè)基樁。其規(guī)格分別為KBZ-7基樁樁徑為800mm、樁頂標(biāo)高為-14.500m、基樁長(zhǎng)度為50m、樁端持力層⑧3b層礫砂、要求單樁最大抗拔加載值3335kN、荷載箱加載值2×3350kN、荷載箱距樁底向上12m、地質(zhì)參考孔號(hào)S17CZ3；KBZ-30基樁樁徑800mm、樁頂標(biāo)高為-14.184m、基樁長(zhǎng)度為50m、樁端持力層⑧1層粉砂、要求單樁最大抗拔加載值3335kN、荷載箱加載值2×3350kN、荷載箱距樁底向上12m、地質(zhì)參考孔號(hào)S17XZ22。

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)按照規(guī)范進(jìn)行，每級(jí)加載值為預(yù)估極限承載力的1/10。按10級(jí)9次加載，第一次按兩倍荷載分級(jí)加載，卸載分5級(jí)進(jìn)行。

當(dāng)加載至第10級(jí)荷載（2×3350kN）預(yù)估值時(shí)，向上位移6.14mm，向下位移9.18mm，因此時(shí)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載值，故終止加載，開始卸載。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線圖，KBZ-7試樁極限抗拔承載力Quu取第10級(jí)加載值3350kN。試樁在加、卸載時(shí)荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級(jí)荷載在維持過程中的變化幅度沒有超過分級(jí)荷載的±10%。

當(dāng)加載至第10級(jí)荷載（2×3350kN）預(yù)估值時(shí)，向上位移7.63mm，向下位移8.34mm，因此時(shí)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載值，故終止加載，開始卸載。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線圖，KBZ-30試樁極限抗拔承載力Quu取第10級(jí)加載值3350kN。試樁在加、卸載時(shí)荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級(jí)荷載在維持過程中的變化幅度沒有超過分級(jí)荷載的±10%。

由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的Q-s曲線、s-lgt曲線和s-lgQ曲線，根據(jù)《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》（JT/T 738-2009）規(guī)范分析，各試樁單樁抗拔極限承載力分別為KBZ-7：極限抗拔承載力Quu為3350kN、上拔量為6.14mm；KBZ-30：極限抗拔承載力Quu為3350kN、上拔量為7.63mm。基于此，KBZ-7、KBZ-30二根試樁實(shí)測(cè)單樁抗拔極限承載力均為3350kN，均滿足設(shè)計(jì)要求單樁極限抗拔承載力3335kN。

四、 結(jié)語：

自平衡法的有許多的優(yōu)點(diǎn)，其不再依靠反力架，這樣一不但節(jié)約了時(shí)間成本，而且極大的降低了安全隱患，同時(shí)又避免在狹窄施工區(qū)域施工的狀況發(fā)生。但是我國(guó)采用自平衡靜載試驗(yàn)技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用還不多，特別是在基樁的抗壓力測(cè)試的過程中，其所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)一直得不到大家的信服。但是大量的試驗(yàn)證明了自平衡靜載試驗(yàn)法在基樁受力不均衡條件下發(fā)揮了較大的作用，因此本文分析了自平衡法抗拔靜載試驗(yàn)的實(shí)際工程應(yīng)用，希望在今后能夠被較大范圍的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]DBJ15-60-2008 建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范[S].

[2]JTT738-2009 基樁靜載試驗(yàn)自平衡法[S].