抗拔樁承載力自平衡試驗研究

文｜中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司 王恭興

1 引言

近年來，隨著各省會城市地鐵，城際鐵路建設(shè)日益增多，地鐵和城際站一般設(shè)置在地面以下，當(dāng)?shù)叵滤哂诘叵孪湫徒Y(jié)構(gòu)底板時，其需承受較大的上浮力，現(xiàn)常用抗拔樁用于地下箱型結(jié)構(gòu)抗浮。如何采用科學(xué)的計算方法計算樁的承載力及抗拔力，對其承載性能作出正確評價，選用合理的試驗方法尤為重要。傳統(tǒng)的樁基豎向抗拔靜載試驗法對于樁頂離地面有較大距離抗拔樁，因場地的限制及反力裝置安裝困難而顯得捉襟見肘，然而自平衡靜載試樁法，通過在樁身特定位置埋設(shè)荷載箱，荷載箱沿垂直方向?qū)扼w向上、向下加載，能較好的獲取樁極限抗拔承載力。本文主要詳細(xì)介紹了自平衡測試法在城際鐵路站抗拔樁中的應(yīng)用。

2 工程背景

市府站車站長度294.0m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.6m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，地下二層三跨，明挖順作法施工，采用抗拔樁用于箱型結(jié)構(gòu)抗浮。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，必須進(jìn)行現(xiàn)場基樁足尺靜載試驗，對成樁的抗拔承載能力進(jìn)行評價。

3 基樁承載力自平衡測試技術(shù)的基本原理

對107號樁采用經(jīng)驗參數(shù)法估算單樁抗拔承載力設(shè)計值和極限值，分別為2400 kN和4000 kN。采用傳統(tǒng)靜載試驗方法，需要2 根錨樁承載力不低于2000 kN的反力樁來提供反力，按樁徑1.0m 設(shè)計，計算樁長約10m，顯然采用自平衡試樁法更為經(jīng)濟(jì)。采用天然地基提供反力，地基承載力需大于500kPa，根據(jù)勘察地質(zhì)資料，現(xiàn)場的天然承載力不能滿足要求。綜合分析比較，本工程基樁適合采用自平衡靜載試驗新技術(shù)，它具備安全可靠、多根試樁可同時進(jìn)行、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點。

基樁承載力自平衡測試方法由20世紀(jì)80年代美國學(xué)者Osterberg 提出，國內(nèi)李廣信教授和史佩棟教授分別把此方法介紹到國內(nèi)和介紹了該方法在國外的發(fā)展。東南大學(xué)龔維明、戴國亮教授于1996年率先開始自平衡試驗法的實用性應(yīng)用，通過多年理論和現(xiàn)場試驗研究，最后制定了《基樁靜載試驗自平衡法》(JT/T 738-2009)規(guī)范。繼后近15年，中南大學(xué)、浙江大學(xué)等高校也開展大量的試驗和推廣工作，并取得一定的研究成果。

表1 C51、C54號試驗樁基本參數(shù)

表2 C51、C54號試驗樁地層分布表

自平衡試樁法是在樁基施工過程中將一種特制的液壓千斤頂式荷載箱和鋼筋籠焊接放在樁身特定位置，將液壓管和位移棒引出地面。試驗時，從樁頂通過高壓油管對荷載箱沿垂直方向?qū)扼w上下段加壓，壓力不斷增大，荷載箱同時向上、向下發(fā)生位移，從而調(diào)動荷載箱上段的樁側(cè)土向下和下部樁身側(cè)土、樁底土向上的阻力，兩者互相為反力。當(dāng)樁承載力達(dá)到極限狀態(tài)，根據(jù)所加荷載值及向上、向下位移的一一對應(yīng)關(guān)系，可以繪出向上、向下U-s 曲線，最終測得荷載箱上下兩段樁各自的承載力。樁的摩阻力和端阻力的發(fā)揮沒有固定的模式，自平衡試樁法為我們區(qū)分摩阻力和端阻力的發(fā)揮性狀及影響因素提供了強有力的手段。這種測樁系統(tǒng)與傳統(tǒng)單樁豎向靜載試驗系統(tǒng)相比，可以不需要用錨樁橫梁反力裝置和壓重平臺反力裝置來提供所需反力的裝備，進(jìn)而節(jié)省了裝備安裝所需時間及所產(chǎn)生的費用。

4 現(xiàn)場抗拔樁自平衡試樁法

4.1 試樁選取

綜合考慮抗拔基樁的分布情況和所處位置的地質(zhì)情況，以107號樁為試驗樁，試驗樁的基本參數(shù)如表1所示。樁位所處地層分布情況見表2所示。

4.2 抗拔樁自平衡測試設(shè)備布置

設(shè)計為嵌巖抗拔樁，因此荷載箱設(shè)置于抗拔樁樁端位置，荷載箱高度為32cm，試驗孔孔深比其樁的設(shè)計孔深深32cm，鋼筋籠與荷載箱的連接及安裝如圖1所示。

圖1 鋼筋籠與荷載箱的連接及安裝布置圖

5 試驗結(jié)果

5.1 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)繪制107號試驗基樁的荷載-上位移U- 曲線如圖2所示。上位移-時間對數(shù)-log(t)曲線如圖3所示。

圖2 107號試驗基樁的荷載-上位移(U-)曲線圖

圖3 107號試驗基樁上位移-時間對數(shù)-log(t)曲線圖

5.2 基樁抗拔極限承載力試驗結(jié)果

對107號試驗基樁的U- 曲線圖進(jìn)行分析，隨著基樁荷載由0kN 逐級加載到4800kN，基樁的上位移和荷載量基本呈線性增大關(guān)系。各級荷載作用下-log(t)曲線亦呈線性變化，曲線斜率未出現(xiàn)明顯變陡。當(dāng)樁頂加載至4800kN時，上位移=2.797mm，卸載后殘余變形為1.526mm，位移可恢復(fù)51%。

當(dāng)最大加載量達(dá)到4800kN時，107號試驗樁未發(fā)生破壞，上位移總量小于3.0mm，根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）第5.4.2條可判定107號試驗樁的豎向抗拔極限承載力不小于4800kN。

6 小結(jié)

(1)試驗樁工作狀態(tài)良好，豎向抗拔極限承載力大于4800 kN。

(2)試驗結(jié)果很好的反應(yīng)了抗拔樁的承載力，驗證了自平衡試驗法用于測試抗拔樁的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和實用性。試驗方法和結(jié)果可供同類型樁基承載力試驗參考利用。