淺析自平衡法靜載試驗(yàn)在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用

周喜東

中鐵津橋工程檢測(cè)有限公司 吉林 長(zhǎng)春 130031

1 自平衡靜載試驗(yàn)原理

基樁自平衡靜載試驗(yàn)，是利用樁身自重、樁側(cè)阻力及樁端阻力相互提供反力的試驗(yàn)方法。其主要裝置是一種特制的荷載箱（見(jiàn)圖1)，它與鋼筋籠連接并安置于樁身平衡點(diǎn)處，將荷載箱的加壓管、位移桿和護(hù)管從樁體引到地面，澆灌混凝土成樁。試驗(yàn)時(shí)，由加壓泵在地面通過(guò)預(yù)先埋設(shè)的加壓管，對(duì)荷載箱加載，使得荷載箱產(chǎn)生向上、向下兩個(gè)方向的力與位移，力傳遞到樁身，荷載箱處的位移通過(guò)位移桿傳遞到地面上的位移測(cè)量裝置，由此可同時(shí)測(cè)得上段樁、下段樁各自的極限承載力，將上段樁的極限承載力經(jīng)過(guò)計(jì)算后與下段樁的極限承載力相加，可得出樁的極限承載力。

圖1 荷載箱及荷載箱工作原理

自平衡測(cè)試中最為重要的環(huán)節(jié)是如何確定荷載箱的埋設(shè)位置（平衡點(diǎn)）[1]。目前，平衡點(diǎn)主要根據(jù)試樁處的地質(zhì)條件及各土層的極限側(cè)摩阻力來(lái)確定，即上段樁樁身自重+極限樁側(cè)摩阻力與下段樁極限側(cè)摩阻力+下段樁極限端阻力基本相等的位置（地下水位較高應(yīng)考慮浮重）。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

本工程地鐵項(xiàng)目車(chē)站為地下島式車(chē)站，車(chē)站全長(zhǎng)238.7m，車(chē)站主體覆土高度3.2m-4.8m左右。其中現(xiàn)澆段位于車(chē)站兩端，總長(zhǎng)度為56.1m，現(xiàn)澆段車(chē)站主體寬度19.9m-23.1m。局部蓋挖段位于十字交叉路口位置，蓋挖段長(zhǎng)度為23.6m，蓋挖段車(chē)站主體寬度19.9m。預(yù)制裝配段位于車(chē)站中部，總長(zhǎng)度為158m。預(yù)制裝配段車(chē)站主體寬度為20.5m，高度為17.45m，環(huán)寬2m，沿車(chē)站縱向共布置79環(huán)。其中標(biāo)準(zhǔn)環(huán)為71環(huán)，附屬環(huán)為8環(huán)。車(chē)站附屬部分包括4個(gè)出入口，2組風(fēng)亭及1個(gè)消防專(zhuān)用出入口，消防專(zhuān)用出入口與1號(hào)風(fēng)亭合建，附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法施工。蓋挖底板下設(shè)置3根φ800鋼管柱作為蓋板支撐柱，柱下基礎(chǔ)樁為φ2000鉆孔灌注樁，鋼管柱長(zhǎng)度17.41m，插入柱下樁4.0m，基礎(chǔ)樁長(zhǎng)度22.0m。

單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)通常采用堆載或反力樁提供支座反力，一般等基坑土方開(kāi)挖至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后，方可進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)工作。對(duì)于本工程地鐵項(xiàng)目的試驗(yàn)樁而言，一是周?chē)ㄖh(huán)繞、緊鄰交通干道，基坑開(kāi)挖困難，存在安全隱患、影響施工進(jìn)度；二是試驗(yàn)要求噸位較大，需大量的配重，由于施工場(chǎng)地狹窄，不滿(mǎn)足配重的運(yùn)輸、吊裝及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，安全性也得不到保障；三是試驗(yàn)檢測(cè)成本較高。經(jīng)參建各方綜合分析，決定對(duì)本次檢測(cè)的2根試驗(yàn)樁，采用自平衡法靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，確定單樁豎向抗壓極限承載力，驗(yàn)證受檢樁的單樁豎向抗壓極限承載力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.2 試驗(yàn)樁情況說(shuō)明

試驗(yàn)樁為柱下基礎(chǔ)樁，無(wú)需施做鋼管柱，柱下基礎(chǔ)樁至地表部分均為空樁，空樁深度18.9m，空樁部分回填中粗砂。荷載箱設(shè)計(jì)最大加載能力為2×18400kN，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料及試驗(yàn)樁參數(shù)，確定荷載箱埋設(shè)在距樁底4.5m處。試驗(yàn)樁相關(guān)設(shè)計(jì)情況及荷載箱參數(shù)（見(jiàn)表1、表2）。

表1 試驗(yàn)樁情況統(tǒng)計(jì)表

表2 荷載箱參數(shù)表

2.3 試驗(yàn)樁施工流程

荷載箱導(dǎo)流體預(yù)澆注混凝土→荷載箱與鋼筋籠焊接→油管及位移檢測(cè)管線(xiàn)布置→清孔→下鋼筋籠→樁頭管線(xiàn)保護(hù)→澆筑混凝土。

2.4 主要儀器和設(shè)備

加載設(shè)備：由荷載箱、加載水泵、高壓油管、壓力傳感器組成。

位移測(cè)量裝置：選用位移傳感器，量程50mm（可調(diào)），每樁6只（2只測(cè)量樁身荷載箱處的向上位移，2只測(cè)量樁身荷載箱處的向下位移，2只測(cè)量樁頂位移），通過(guò)磁性表座架設(shè)在基準(zhǔn)梁上。

數(shù)據(jù)采集儀：應(yīng)具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、記錄和實(shí)時(shí)上傳功能。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.5.1 加、卸載方式

自平衡靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法。加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，逐級(jí)等量加載，試驗(yàn)樁最大試驗(yàn)荷載取2×17400kN，加載分級(jí)為10級(jí)，第一級(jí)加載量取分級(jí)荷載的2倍，為2×3480kN，此后按2×1740kN逐級(jí)加載；卸載分5級(jí)，按2×3480kN逐級(jí)卸載至零。

加、卸載時(shí)，應(yīng)使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無(wú)沖擊，且每級(jí)荷載在維持過(guò)程中的變化幅度不得超過(guò)分級(jí)荷載的±10%。

2.5.2 位移觀(guān)測(cè)

（1）加載：每級(jí)荷載施加后，分別按第5min、15min、30min、45min、60min測(cè)讀位移，以后每隔30min測(cè)讀一次位移。當(dāng)位移變化速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。

（2）卸載：每級(jí)荷載維持1h，分別按第15min、30min、60min測(cè)讀位移量后，即可卸下一級(jí)荷載；卸載至零后，應(yīng)測(cè)讀殘余位移，維持時(shí)間不得小于3h，測(cè)讀時(shí)間分別為第15min、30min，以后每隔30min測(cè)讀一次殘余位移量。

（3）位移相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：從分級(jí)荷載施加后的第30min開(kāi)始，按1.5h連續(xù)三次每30min的位移觀(guān)測(cè)值計(jì)算，每小時(shí)內(nèi)的位移增量不超過(guò)0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次[2]。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及分析

以L(fǎng)ZZ1-1#試驗(yàn)樁為例，加載至最大試驗(yàn)荷載17400kN時(shí)，上、下段樁的Q-s曲線(xiàn)呈緩變型，s-lgt曲線(xiàn)呈平直型，尾部無(wú)明顯下彎，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求最大加載值且荷載箱上段或下段位移達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，終止加載。取當(dāng)前荷載17400kN為極限加載值。

上段樁累計(jì)位移為1.95mm，卸載后剩余位移為1.08mm，回彈率為44.62%；下段樁累計(jì)位移為3.06mm，卸載后剩余位移為2.20mm，回彈率為28.10%。

經(jīng)計(jì)算得出，LZZ1-1#試驗(yàn)樁單樁豎向抗壓極限承載力為35818kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

自平衡靜載試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)、-lgt曲線(xiàn)（見(jiàn)圖2)

圖2 自平衡靜載試驗(yàn)曲線(xiàn)（Q-s曲線(xiàn)、s-lgt曲線(xiàn)）

3 自平衡靜載試驗(yàn)與靜載試驗(yàn)實(shí)例數(shù)據(jù)成果比對(duì)

某工程3根試驗(yàn)樁需進(jìn)行單樁豎向抗壓極限承載力檢測(cè)，SZ-2#采用堆載法靜載試驗(yàn)；SZ-1#、SZ-3#采用自平衡法靜載試驗(yàn)，設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)成果（見(jiàn)表3)，自平衡法靜載試驗(yàn)Q-s曲線(xiàn)、s-lgt曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3)

表3 試驗(yàn)樁情況統(tǒng)計(jì)表

3.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

SZ-2#：加載至最大試驗(yàn)荷載23000kN，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量，且位移達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，終止試驗(yàn)。總沉降量13mm。單樁豎向抗壓承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

SZ-1#：最大試驗(yàn)荷載加載至12650kN，荷載已達(dá)荷載箱極限荷載，終止試驗(yàn)。取本級(jí)荷載12650kN為極限加載值。沉降量：上位移3.73mm；下位移4.29mm。經(jīng)計(jì)算分析，單樁豎向抗壓極限承載力為25833kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

SZ-1# 自平衡法靜載試驗(yàn)

SZ-3#：最大試驗(yàn)荷載加載至12650kN，荷載已達(dá)荷載箱極限荷載，終止試驗(yàn)。取本級(jí)荷載12650kN為極限加載值。沉降量：上位移5.71mm；下位移5.51mm。經(jīng)計(jì)算分析，單樁豎向抗壓極限承載力為25833kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

SZ-3# 自平衡法靜載試驗(yàn)

4 基樁承載力自平衡法與傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)相比具有的優(yōu)、缺點(diǎn)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樁的檢測(cè)和試驗(yàn)分析，采用自平衡法靜載試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)基樁承載力檢測(cè)的方法更安全、省時(shí)、省力。該檢測(cè)方法結(jié)果比較準(zhǔn)確，安全系數(shù)又高，而且不受場(chǎng)地條件的限制，可以滿(mǎn)足工程上的需要，對(duì)加強(qiáng)樁基工程質(zhì)量管理起重要作用。