地鐵蓋挖換乘車站樁基自平衡極限承載力檢測技術

李春奎

(中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750)

1 工程概述

長春地鐵6號線飛躍廣場站總長207 m，車站標準段寬為21.3 m，覆土高度3.7～4.5 m。車站采用明挖＋局部蓋挖法施工。中間樁基作為施工過程以及完整車站的支撐柱，主要承受車站框架結構的自重、地鐵運行及路面行車的動荷載，是地鐵車站的基礎，施工難度較大。因此，需對中間樁基承載力進行測試檢定，以驗證是否符合承載力設計值。根據有關規范標準及設計要求，本工程研究采用樁基自平衡極限承載力檢測技術進行中間樁基極限承載力檢測[1－3]。

2 檢測樁位置及檢測設備

本次檢測樁為試驗樁，不作為工程樁使用。車站中間樁基型號分26 m、24 m兩個類型，其中26 m樁基26根、24 m樁基19根，車站中間樁基型號及分布位置如圖1所示。為避免檢測過程對既有工程樁造成破壞，特單獨制作26 m、24 m檢測樁各1根用于檢測用樁。為保證檢測樁與工程樁具有相同的施工工藝及地質條件，檢測樁位置選在2種既有中間樁基的中間位置，主要檢測設備如表1所示。

圖1 檢測樁位置

表1 主要檢測設備

3 自平衡檢測系統構成及原理

樁基自平衡檢測系統構成及原理如圖2所示。

圖2 樁基自平衡檢測系統構成及原理

基樁承載力自平衡檢測法是指通過預先在樁體內部樁身平衡點處埋設一種特制的加載裝置——荷載箱(由箱壁、頂蓋、活塞、底蓋四部分構成)，并沿垂直方向加載力，同時測得荷載箱上、下兩部分相應承載力。

荷載箱底、頂蓋外徑應略小于樁的外徑，在頂、底蓋適當位置布置位移桿。

將荷載箱與鋼筋籠焊接成整體放入樁體后，即可澆筑振搗混凝土成樁。休止齡期后，在地面上通過鋼筋籠上預先埋設好的油管，利用加壓泵對荷載箱進行施壓加載，使得荷載箱產生向上、向下兩個相反方向的力，并通過傳感器傳遞至樁體。

通過樁體上檢測系統可得到2組靜載檢測數據:(1)荷載箱以上樁身部分，反向施加壓力時樁體反應數據；(2)荷載箱以下樁身部分，正向施加壓力時樁體反應數據。

對壓力與位移、應力等參數之間關系進行分析計算，即可得出樁基極限承載力等相關數據[4－6]。

4 檢測樁制備

4.1 荷載箱準備與安裝

4.1.1 荷載箱兩側導流體預澆混凝土

(1)將荷載箱任一側導流體朝向上方，放置在干凈、平坦的地面上，保證混凝土作用面平整，在放置荷載箱的同時注意保護好油管。

(2)將強度等級不低于樁身混凝土強度的預制混凝土灌入導流體內，進行振搗，保證混凝土的密實性。

(3)荷載箱內的混凝土終凝前，不得移動荷載箱，以保證混凝土質量。

(4)待荷載箱一側導流體混凝土終凝后，吊車配合人工翻轉，對另一側導流體進行混凝土澆筑。

4.1.2 荷載箱與鋼筋籠焊接

(1)在組合式荷載箱的上、下面分別焊接1組箍筋，箍筋外徑應與鋼筋籠內徑保持一致。

(2)組合式荷載箱鋼筋籠體上、下主筋分別與其上、下面環向箍筋進行焊接，且鋼筋籠與荷載箱要保證垂直，偏心度需小于等于5°。

(3)上、下喇叭筋的一端與荷載箱導管孔邊緣焊接，另一端與其對應的鋼筋籠焊接。

4.1.3 油管、位移桿、聲測管、注漿管及鋼筋籠加密布置

(1)油管。鋼筋籠下放過程中，將預先連接好的油管沿導向筋綁扎至地面。

(2)位移桿。在荷載箱上、下部分布置4根位移桿(2根向上位移、2根向下位移，圍繞荷載箱呈90°相對布置)，根據荷載箱距離地面深度，將位移桿沿鋼筋籠連接至地面，并將每節位移桿絲扣擰緊，防止脫落。油管、位移桿布置如圖3所示。

圖3 油管及位移桿布置

(3)聲測管。根據?建筑樁基檢測技術規范?要求，樁徑大于1 600 mm時聲測管不得少于4根。本次檢測基樁樁徑為2 000 mm，因此鋼筋籠上布置4根聲測管，如圖4所示。

圖4 聲測管布置

(4)注漿管。根據圖紙要求，沿鋼管柱四周共有4種不同長度類型的樁側注漿管沿鋼筋籠四周階梯狀均勻布置，每種類型4根，共計16根。樁側注漿閥設置在樁底4 m以上、樁頂4 m以下，每隔4～5 m設置1個注漿管孔；同時沿樁基鋼筋籠內四周均勻布置5根樁底注漿管，伸出樁基底90 mm。各類注漿管布置如圖5所示。

圖5 注漿管布置(單位:mm)

(5)鋼筋籠箍筋加密措施。為保證增加荷載箱上下面受壓能力，在荷載箱上、下2 m區段部分，分別對鋼筋籠橫向箍筋間距進行不大于10 cm加密處理。

4.2 鋼筋籠下放及管線保護

4.2.1 下放鋼筋籠

(1)荷載箱鋼筋籠起吊時應避免荷載箱受彎，故需采用兩個吊鉤起吊。

(2)下放鋼筋籠過程中，需對位移桿線和油管進行綁扎固定，位移桿線每隔0.5 m用扎絲綁扎固定，油管每隔1 m用扎絲綁扎固定。

(3)下放鋼筋至荷載箱位置時，需將固定荷載箱上下部分鋼筋籠的鋼筋切斷，以避免對荷載箱產生位移影響[7]。

4.2.2 吊裝鋼筋籠時管線保護

鋼筋籠在下放至空樁部分時，及時安裝焊接位移桿、聲測管及注漿管，到達地面后及時保護；聲測管和注漿管也要做好標記，注意區分[8]。

4.3 檢測樁成樁

4.3.1 灌注樁身混凝土

(1)鋼筋籠下放完成，按設計要求準備好C35混凝土，待泥漿濃度符合要求、鋼筋籠標高定位完畢后，開始澆筑混凝土。

(2)待混凝土終凝后，在樁頂上部20 m左右鉆孔，采用大粒徑石子進行回填，以避免塌孔。回填過程盡量使石子從樁孔中心位置卸落，以保護好油管和位移桿。

(3)回填完成后，及時安裝防護欄，防止因現場交叉施工損壞高出地面部分的油管、位移桿及注漿管[9－11]。

4.3.2 樁端樁側注漿

(1)通過注漿孔對檢測樁基進行注漿，采用水灰比1∶0.5的單液漿，漿液的具體指標應根據現場土的飽和度、滲透性進行試驗確定；注漿流量不宜超過75 L/min。

(2)注漿過程中需對聲測管進行保護，嚴禁水泥漿液進入聲測管。

(3)注漿作業宜于成樁2 d后開始，最晚不宜遲于成樁30 d。

4.3.3 成樁后的休止齡期

(1)成樁后混凝土強度達到設計值的80%后方可進行檢測。

(2)根據設計要求，需對中間樁基進行后注漿以保證樁基底部及周圍土體承載力，后注漿休止齡期不宜少于20 d[12]。

5 樁基自平衡檢測

5.1 檢測前準備

(1)休止齡期結束后，對回填樁頭部分進行清理，平整場地。

(2)通過聲測管采用聲波透射法對樁身完整性進行檢測，樁身不存在斷樁及影響樁基承載力的情況下可進行承載力檢測。

(3)現場需要380 V電源用于水泵逐級加壓檢測，需要220 V電源用于照明及其常規設備使用。

(4)依據規范標準對基準梁進行搭設，基準梁長度應不小于檢測樁樁徑的6倍(總長不小于2 m)，以檢測樁為中心每邊各3倍樁徑，搭設在檢測樁的正上方；基準樁應打入足夠深度，一般不小于1 m。基準梁搭設如圖6所示。

圖6 基準梁搭建

5.2 自平衡加壓測試

5.2.1 正式加載

(1)壓力加載應分級逐段進行，每段壓力增加值為最大加壓力的10%(第一段增壓量可取分段壓力的2倍)。

(2)壓力同樣應逐段卸載，每段卸壓量取分段壓力值的2倍，且逐段卸壓量應相同。

(3)壓力增卸時，壓力傳遞需連續、均勻并且無波動，每段壓力在變化過程中其范圍不超過分段壓力的±10%。

(4)每段壓力增加后，應分別按給定的時間間隔(第5、第15、第30、第45、第60分鐘)進行位移讀數，以后間隔30 min讀取1次數值。

(5)位移數值相對變化平穩。從分段壓力增加后第30分鐘起，每0.5 h進行位移觀測3次，增量值不超過0.1 mm/h。

(6)位移值變化率平穩后，再次增加下一段壓力。

(7)卸壓時，每段壓力維持1 h，之后按照第15、第30、第60分鐘進行位移讀數；直至卸壓至0后，應繼續測量讀取殘余位移值，且保持時間不得小于3 h，讀取時間應分別為第15、第30分鐘，以后每隔30 min讀取殘余位移值1次。圖7為檢測現場[13]。

圖7 檢測現場

5.2.2 終止加載

荷載箱上、下段位移值出現以下情況時，應立即終止增壓:

(1)在某段壓力作用下，荷載箱上、下部分位移變化量已超過前一段壓力作用產生位移增量的5倍，且位移值累計超過40 mm。

(2)樁身在某段壓力作用下，荷載箱上、下部分位移變化量已大于前一段壓力作用下位移增量的2倍，且24 h后仍未達到規范要求的穩定數值。

(3)樁身已達到設計要求的最大壓力值，同時荷載箱上、下部分位移變化量達到相對穩定的標準并符合規范要求。

(4)當壓力位移值曲線變化趨勢平穩時，向上位移累計可加壓至40～60 mm，向下位移累計可加壓至60～80 mm；當樁端阻力未全部體現時，加壓位移總量可超過80 mm。

(5)當荷載已達荷載箱加載極限，或荷載箱上、下段位移已超過荷載箱行程。

5.3 檢測結果

表2為檢測樁豎向抗壓極限承載力檢測結果。檢測結果表明，26 m及24 m檢測樁基的豎向抗壓極限承載能力滿足設計要求。

表2 檢測樁豎向抗壓極限承載能力檢測結果

6 結束語

本文基于長春地鐵6號線蓋挖換乘車站鋼管柱樁基檢測，研究采用樁基自平衡極限承載力檢測技術對樁基極限承載力進行檢測。結果表明，采用自平衡極限承載力檢測技術可測試大噸位樁身的極限承載軸力及位移，亦可判斷同一地質條件下樁基的承載性能；相比傳統的鉆芯法等具有破壞性的檢測方式，極大地降低了檢測成本并提高了檢測精度，使地鐵工程深孔樁基檢測更加可靠方便。