AM工法灌注樁抗拔樁在福州地鐵某車站的應用

鄭晉溪

AM工法灌注樁抗拔樁在福州地鐵某車站的應用

鄭晉溪

(福建省建筑科學研究院 福建省綠色建筑技術重點實驗室 福建福州 350025)

結(jié)合福州市地鐵某車站工程實例，通過對AM工法灌注樁豎向抗拔靜載試驗的抗拔方案設計和試驗成果整理，分析了AM工法樁的樁身抗拔承載力和試驗成果關系曲線的一些特性，結(jié)果表明：AM工法擴底灌注樁作為軟土地區(qū)大噸位抗拔樁是適用可行的，相對于等直徑樁可提高較大的抗拔力。

AM工法灌注樁;大噸位;抗拔靜載;福州地鐵

0 引言

隨著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)戰(zhàn)略目標的實施，福州迎來新一輪的快速發(fā)展，特別是“沿江向海、東擴南進西拓”發(fā)展戰(zhàn)略的實施，福州城市規(guī)模迅速擴大，住宅區(qū)逐漸向郊區(qū)轉(zhuǎn)移，人們出行的空間也越來越大。對福州來說，發(fā)展軌道交通才能有效利用城市空間，較好地解決歷史文化名城保護與城市交通發(fā)展的矛盾。目前，福州地鐵軌道交通主要修建在飽和軟土及砂土地基中[1-2]，其土質(zhì)情況為盆地海灣型，呈黑色或灰色，且質(zhì)地細膩，還具有厚度大、天然含水量高、孔隙比大、壓縮性大等特點。在土層深度10m范圍內(nèi)，主要包括淤泥和淤泥質(zhì)土，對地鐵工程的建設造成了諸多不利影響[3-6]。

因此，為了克服土層中地下水位較高、水位不穩(wěn)定等問題，同時確保地鐵車站的抗浮設計。福州地鐵某車站采用一種新技術AM工法樁[7-9]處理軟土地基[10-13]。此前有學者對其進行相關研究，得出結(jié)論為：(1)成孔質(zhì)量穩(wěn)定，施工時對周邊環(huán)境影響較小；(2)施工的樁徑、樁長幅度廣、擴底效果好。但目前尚沒有針對AM工法處理復雜軟土地基的樁身承載力和抗拔力研究，該方法是否滿足福州地區(qū)軟土地基的承載力要求有待試驗研究。

本文結(jié)合福州市軌道交通1號線工程，進行AM工法樁的單樁豎向抗拔靜載現(xiàn)場試驗，并研究AM工法擴底灌注樁在福州復雜地質(zhì)條件下的承載性能，進而探討AM工法擴底灌注樁的可靠性及適用性，為同類基樁的檢測試驗提供參考。

1 工程概況與試樁參數(shù)

該車站周邊分布農(nóng)田、魚塘等，車站周邊無現(xiàn)狀管線，地表水主要為市區(qū)內(nèi)河水及閩江。分布一條南北向的小河，小河寬度約10m～15m，水深約2m～3m，河底淤泥厚約1.5m左右。主體結(jié)構(gòu)及前后明挖區(qū)間考慮設置抗拔樁。車站工程性質(zhì)，如表1所示。

表1 擬建車站及前后明挖區(qū)間性質(zhì)一覽表

該工程及周邊各地層工程地質(zhì)特征如圖1所示。

(1)雜填土，主要由粘性土和砂等組成，均勻性一般；

(2)粉質(zhì)粘土，工程性能一般，力學強度一般，承載力一般；

(3)淤泥為軟弱土，局部夾砂較多，流塑狀，具高壓縮性，工程性能差；

(4)粉砂，局部為中砂。工程性能較好，力學強度一般，承載力一般；

(5)殘積粘性土土質(zhì)不均，工程性能一般，力學強度一般，承載力一般；

(6)全風化花崗巖工程性能較好，力學強度較高，承載力較高；

(7)散體狀強風化花崗巖；

(8)碎塊狀強風化花崗巖工程性能較好，力學強度較高，承載力較高，且下部為力學強度更好的中風化花崗巖，可作為場地內(nèi)各擬建物的基礎持力層。

工程場地各土層的物理力學指標和設計計算參數(shù)如表2所示，試樁參數(shù)如表3所示。

表2 各土層的物理力學指標和設計計算參數(shù)

表3 試樁施工參數(shù)

2 試驗前抗拔樁的參數(shù)驗算

單樁豎向抗拔靜載試驗的前期準備方案主要在于對幾個重要參數(shù)的驗算[10-13]，《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2012第8.5.8條規(guī)定：“當樁基承受拔力時，必須對樁基進行抗拔驗算”；《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014第5.1.4條規(guī)定：“預估的最大試驗荷載不得大于鋼筋的設計強度”；第5.2.2條規(guī)定：“試驗反力系統(tǒng)宜采用反力樁提供反力，反力樁可采用工程樁，反力架的承載力應具有1.2倍的安全系數(shù)，當采用天然地基提供反力時，施加于地基的壓應力不宜超過地基承載力特征值的1.5倍。”

2.1 樁身抗拔承載力驗算

AM工法樁是一種擴底樁，對擴底樁的抗拔承載力計算，《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ 94-2008第5.4.5條和第5.4.6條提出了呈非整體破壞時的抗拔承載力按以下式(1)和式(2)計算：

Nk≤Tuk/2+Gp

(1)

Tuk=∑λiqsikuili

(2)

λi—抗拔系數(shù)

對于擴底樁破壞表面周長ui及l(fā)i的取值可按表4。

表4 擴底樁破壞表面周長ui

注：li對于軟土取低值，對于卵石、礫石取高值。

該項目沒有對應土層參考，為保守起見，取值li=4d=4.8m。

以試2#樁為例，不計粘土層與淤泥層的抗拔承載力，計算該樁的抗拔極限承載力標準值為：

Tuk=不擴底段+擴底段=4 558+2 653=7 211kN

Gp=963kN

Tuk/2+Gp=7 211/2+963=4 568.5kN>3 700kN?？拱纬休d力可滿足設計要求，結(jié)構(gòu)是安全的。同理可知，試1#樁抗拔極限承載力可滿足設計要求。

計算同等條件下的等直徑樁，Tuk=6 005kN，擴底段至少提高了15.2%，達到1 206kN，可知AM工法樁擴底段的抗拔極限承載力可提高較大的抗拔力。

2.2 樁內(nèi)配筋驗算

以試2#樁為例，樁內(nèi)配筋按軸心受拉計算：As=N/fy=7 400/(400×0.9)×1 000=20 556mm2。實際配34Φ28，As=615.8×34=20 937mm2>20 556mm2，縱筋沿樁身全長配置，焊接接頭，樁頂箍筋加密，樁內(nèi)配筋滿足要求。

試1#樁實際配筋32Φ28同樣可滿足要求。

2.3 反力裝置的驗算

該工程地基下含有較厚的淤泥層，以天然地基做反力時軟弱下臥層的應力不能滿足穩(wěn)定性要求。由于鄰近工程樁剛好與試驗樁同在一條平行線上，可利用工程樁作為錨樁，工程樁的豎向抗壓極限承載力均大于10 000kN，可滿足反力要求，該項目試驗工程樁與鄰近工程樁的位置如圖2所示。

圖2 試驗工程樁與鄰近工程樁位置圖

3 現(xiàn)場檢測與結(jié)果分析

3.1 現(xiàn)場試驗概況

通過對AM工法樁的前期準備方案中主要參數(shù)的驗算，確保試驗的安全可靠；再通過聲波透射法試驗對抗拔樁的樁身完整性進行檢測確定兩根試驗樁均為I類樁。根據(jù)委托最大試驗荷載進行單樁豎向抗拔靜載試驗，按《建筑基樁檢測規(guī)范》(JGJ106—2014)中的有關規(guī)定進行試驗，在每個支座上安放1個6 300kN千斤頂，將兩個支座上2臺千斤頂并聯(lián)同步加壓，抗拔樁主筋通過連接器與箱型梁連接，終止試驗條件要求上拔量達到100mm以上或荷載值達到委托最大試驗荷載。靜載反力裝置系統(tǒng)安裝圖，如圖3所示。

圖3 試樁安裝

3.2 試驗結(jié)果整理與分析

3.2.1 U-δ關系曲線特征分析

2根試驗樁的單樁豎向抗拔荷載U 與樁頂上拔量δ 關系曲線如圖4所示，測試結(jié)果匯總，如表5所示。

試1#樁U-δ曲線

試2#樁U-δ曲線圖4 U -δ關系曲線圖

表5 靜載試驗結(jié)果

由圖4U-δ關系曲線圖和表3試驗結(jié)果匯總表可以看出，試1#、試2#樁試驗均進展順利，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。試1#抗拔樁最大試驗荷載7 000kN在荷載作用下，所繪制的U-δ曲線比較平緩，試樁未達到極限承載狀態(tài)。按規(guī)范要求取最大試驗荷載7 000kN為試樁的單樁豎向抗拔極限承載力。試2#樁抗拔樁在最大試驗荷載7 400kN荷載作用下，試樁未達到極限承載狀態(tài)。按最大試驗荷載7 400kN作為試樁的單樁豎向抗拔極限承載力。

3.2.2 δ-lgt關系曲線特征分析

試1#樁δ-lgt曲線

試2#樁δ-lgt曲線圖5 δ-lgt關系曲線圖

圖5是δ-lgt關系曲線圖。由圖5δ-lgt關系曲線圖和表3可以看出，2根試驗樁均達到委托最大試驗荷載值，其極限抗拔力對應的上拔量分別為9.05mm和10.72mm，單樁極限抗拔力取值簡單明了。樁頂上拔量均較小，擴底段的抗拔承載力未全部發(fā)揮，從工程安全角度來看，是可以滿足設計要求的。

從兩根試樁的試驗結(jié)果可知，AM工法擴底灌注樁作為軟土地區(qū)大噸位抗拔樁是適用可行的。

4 結(jié)論

AM工法作為新技術在福州地區(qū)的應用較少，本文通過對2根AM工法樁的抗拔靜載試驗，結(jié)論如下：

(1)AM工法擴底灌注樁作為軟土地區(qū)大噸位抗拔樁是適用可行的。

(2)相對于等直徑樁，AM工法樁擴底段的抗拔極限承載力可提高較大的抗拔力。

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Application of cast-in-place uplift pile of AM method in Fuzhou Metro Station

ZHENGJinxi

(Fujian Academy of Building Research，F(xiàn)ujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology，F(xiàn)uzhou 350025)

According to a project of Fuzhou Metro station,through designing the scheme of static load test by cast-in-place pile of the measure of AM,and arranging the test results,analyzing some characteristcs of the pullout capacity of the pile by the measure of AM and the curve of the test results.It can be concluded that the AM method of bottom-enlarged cast-in-place pile as large-tonnage uplift pile is suitable for the soft soil foundation.Compared with the equal diameter pile,it can also increase the pullout resistance.

Cast-in-place pile of AM; Large-tonnage; Static uplift load;Fuzhou metro

鄭晉溪(1984.11- )，男，工程師。

E-mail:1017295950@qq.com

2017-01-17

TU473.1+4

A

1004-6135(2017)04-0045-04