寧波地鐵自平衡法試樁分析

陳新奎，龍巨將，孫博

（南京東大自平衡樁基檢測有限公司，南京210018）

1 引言

自平衡法是靜載試驗的一種新方法，該法是把荷載箱和鋼筋籠焊接在一起，共同埋入地下，然后澆筑成樁。通過高壓油管將地下的荷載箱與地面的油泵連接起來，由油泵向荷載箱充油加載，相當于在荷載箱埋設截面，同時施加了向上和向下的荷載。加載時，依靠上部樁身的摩擦力與自重之和、下部樁身的摩擦力與樁端阻力之和相平衡（即自平衡）來維持穩定。通過對向上和向下的Q-S曲線、S-lgT曲線、s-lgQ曲線進行分析，確定試樁的承載力和沉降。自平衡測試示意圖如圖1所示。

圖1 自平衡測試示意圖

2 試樁概況

本次檢測為寧波地鐵4 號線某出入口試樁，試樁編號為GZH2-7、GZH2-8，樁長分別為50.18m 和50.2m。整個樁身范圍內，上部土層主要為淤泥、黏土等，下部土層為礫砂、全/強/中風化灰巖。荷載箱置于樁端以上1m 處，荷載箱固定于鋼筋籠上，如圖2 所示。

圖2 荷載箱固定位置示意圖

3 試樁檢測

本次靜載試驗采用慢速維持荷載法。測試按照JT/T 738—2009《基樁靜載試驗自平衡法》[1]進行。根據規范，對樁身強度、每級加載/卸載量、位移觀測時間間隔、測試穩定標準、加載終止條件等都有明確要求，在此不再贅述，詳見規范JT/T 738—2009《基樁靜載試驗自平衡法》。

根據JT/T 738—2009《基樁靜載試驗自平衡法》，各試樁的最終加載值可按下式確定試樁i的極限承載力：

式中，Pui為試樁i的單樁承載力極限值；Quui為試樁i上段樁的最終加載值；Qlui為試樁i下段樁的最終加載值；Wi為試樁i荷載箱上部樁自重；γi為試樁i的修正系數，根據荷載箱上部土的類型確定：黏性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；巖石γi=1，若上部有不同類型的土層，γi取加權平均值，按本工程地質條件，γi取值為0.9。

4 檢測數據分析

根據現場實測上段樁的最終加載值、下段樁的最終加載值，按照公式（1）計算分析，檢測樁GZH2-7、GZH2-8 的抗壓極限承載力均為摘要kN。根據現場實測數據繪制的Q-S曲線分析如圖3、圖4 所示。

圖3 GZH2-7 試樁現場實測Q-S 曲線

圖4 GZH2-8 試樁現場實測Q-S 曲線

直接根據自平衡法測試的向上、向下Q-S曲線確定試樁承載力以及沉降并部直觀，故在此介紹自平衡測試結果向傳統靜載試驗結果的轉換方法：根據荷載箱向上、向下位移同步（即通過位移進行疊加荷載）的方法擬合。對自平衡法測試的受力進行分析，可以得出以下公式：

式中，P為轉換后樁頂荷載；S為轉換后樁頂位移；Q+為荷載箱向上加載值；Q-為荷載箱向下加載值；S-為荷載箱向下位移（即下段樁向下位移）；ΔS為上段樁樁身壓縮量。

上段樁的樁身壓縮量ΔS由2 部分組成，即荷載箱上段荷載和下段荷載分別引起的上段樁的彈性壓縮變形，ΔS即為二者之和：

式中，ΔS1、ΔS2分別為上段樁身在荷載箱上段荷載、下端荷載作用下的彈性壓縮變形量；L為上段樁長度；Ep為樁身彈性模量；Ap為樁身截面面積。

對于自平衡法而言，每一級加載時，由荷載箱產生的向上、向下的荷載是相等的，但所產生的位移量并不相同。因此，Q+應該是對應于自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對值等于S-時的上段樁荷載。

根據上述轉換公式，GZH2-7、GZH2-8 的等效轉換曲線圖如圖5 和圖6 所示。

圖5 GZH2-7 號樁等效轉換曲線圖

圖6 GZH2-8 號樁等效轉換曲線圖

通過觀察可看出，等效轉換曲線屬于緩變型Q-S曲線。值得一提的是，由于本次試驗是為了驗證承載力能否達到設計要求，千斤頂最大加載值為設計承載力特征值的2 倍，后續并未持續加載。

5 結語

自平衡法測試曲線經過等效轉換后，與傳統靜載測試曲線幾乎相同，JGJ/T 403—2017 《建筑基樁自平衡靜載試驗技術規程》[2]條文說明中對比了國內外對轉換方法的不同，且收集了大量實測數據論述了不同土層中轉換系數γ的取值。事實證明自平衡法是十分可靠的。

自平衡法具有省時省力等優點，適用于任何地形，此法亦可大范圍推廣。