龍莉波 馬躍強(qiáng) 李 成 張晨雨 朱佳君

1.上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2.上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080；3.上海理工大學(xué) 上海 200093

1 工程概況

本工程位于上海國際旅游度假區(qū)的南大門，總建筑面積94 847 m2，其中地下建筑面積49 310 m2，地上建筑面積45 537 m2；地下3 層，地上10 層，建筑高度45 m，如圖1所示。采用樁筏基礎(chǔ)，普遍開挖深度17.5 m，基坑面積1 800 m2。

圖1 項(xiàng)目整體概況

工程工期緊張，周邊保護(hù)情況復(fù)雜，場地有限，因此采用上下同步逆作法施工。正常使用階段中，上部結(jié)構(gòu)荷載由四樁承臺形式共同承擔(dān)，主樓區(qū)域單樁承載力7 000 kN。但在逆作施工階段中，上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載全部由單根鉆孔灌注樁承擔(dān)，本工程主樓區(qū)域單樁豎向極限抗壓承載力達(dá)27 000 kN。為確定單樁豎向抗壓極限承載力，判定豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求以及在設(shè)計(jì)荷載作用下樁的沉降量，同時(shí)為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，需進(jìn)行基樁檢測試驗(yàn)。

本次所進(jìn)行的靜載試驗(yàn)樁位于主樓區(qū)域，為大承載力鉆孔灌注樁（標(biāo)號SPC1），如圖2所示。樁徑1 200 mm，樁頂標(biāo)高-14.95 m，樁底標(biāo)高-79.95 m，有效樁長65 m，樁尖進(jìn)入⑨細(xì)砂層。采用樁端后注漿的施工工藝，注漿水泥量為5 t，注漿壓力為2 MPa。

圖2 測試樁位示意

基樁靜載試驗(yàn)主要有3 種加載方法：堆載法、錨樁法和自平衡法。針對檢測樁實(shí)際情況，對3 種加載方法從技術(shù)、成本、進(jìn)度方面進(jìn)行了對比，可知自平衡法檢測技術(shù)在大噸位試樁試驗(yàn)中具有不可比擬的優(yōu)勢，特別適用于類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗(yàn)。

2 自平衡法靜載試驗(yàn)

2.1 基本原理

自平衡法的工作原理是把一種特制的加載裝置——荷載箱（荷載箱埋置深度根據(jù)樁及土層預(yù)先估算）和鋼筋籠焊接在一起埋入樁內(nèi)，將荷載箱的高壓油管引到地面，然后澆筑成樁。由高壓油泵在地面向荷載箱充油加載，荷載箱將力傳遞到樁身，其上部樁身的摩擦力與下部樁的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡來維持加載。根據(jù)向上向下Q-S曲線、S-lgT曲線、S-lgQ曲線以及等效轉(zhuǎn)換曲線確定基樁承載力和相應(yīng)沉降，如圖3所示。

圖3 自平衡法靜載試驗(yàn)示意

對于上下同步逆作法工程，基坑底以上部分為鋼管與填充材料之間的摩擦力，區(qū)別于常規(guī)項(xiàng)目中混凝土樁與土之間的摩擦力。由于前者摩擦力相對較小，在計(jì)算試驗(yàn)樁極限承載力時(shí)可以忽略不計(jì)。但后者必須考慮此段摩擦力，由于其計(jì)算值和實(shí)際值存在誤差，因此較難精確計(jì)算試驗(yàn)樁極限承載力值。另外在計(jì)算時(shí)要考慮由于混凝土泛漿部分的影響。

2.2 檢測流程

2.2.1 加載設(shè)備

1）檢測樁采用1 只環(huán)形荷載箱，其加載值的率定曲線由計(jì)量部門標(biāo)定。

2）使用高壓油泵和0.4級精密壓力表進(jìn)行加壓，壓力表最大加壓值為60 MPa，其壓力表亦由計(jì)量部門標(biāo)定。

2.2.2 位移量測

檢測時(shí)每根樁采用4 只電子位移測量檢測樁位移量的變位，通過位移滑塊固定在基準(zhǔn)梁上，2 只用于量測荷載箱頂板的向上位移，2 只用于量測荷載箱底板的向下位移。

2.2.3 加載檢測

檢測按照《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738—2009）進(jìn)行，加載采用慢速維持荷載法，每級加載值為預(yù)估極限承載力的1/10，按10 級9 次加載，第1次按2 倍荷載分級加載，卸載分5 級進(jìn)行。每級加（卸）載后第1 h內(nèi)應(yīng)在第5 min、10 min、15 min、30 min、45 min、60 min測讀位移，以后每隔30 min測讀一次，達(dá)到相對穩(wěn)定后方可加（卸）下一級荷載。卸載到零后應(yīng)至少觀測2 h，測讀時(shí)間間隔同加載。整個(gè)試驗(yàn)過程順利，未出現(xiàn)異常情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

2.3 檢測結(jié)果分析

2.3.1 極限承載力

極限承載力的確定是靜載試驗(yàn)的首要目的，根據(jù)各試樁的加載極限值，可按下式確定試樁i的極限承載力：

式中：Pui——試樁i的單樁極限承載力，kN；

Quui——試樁i上段樁的加載極限值，kN；

Qlui——試樁i下段樁的加載極限值，kN；

Wi——試樁i荷載箱上部樁自重，kN，若荷載箱處于透水層，取浮自重；

γi——試樁i的抗托系數(shù)，根據(jù)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(quán)平均值（本工程取γi=0.8）。

依據(jù)現(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)繪制了自平衡法靜載試驗(yàn)曲線，如圖4所示。上段樁的加載極限值Quu=13 500 kN，下段樁的加載極限值Qlu=13 500 kN，荷載箱上部樁自重W=2 000 kN，根據(jù)公式（1）得出該檢測樁的抗壓極限承載力Pu=27 875 kN，滿足設(shè)計(jì)承載力特征值27 000 kN的要求。

2.3.2 等效轉(zhuǎn)換

為了更準(zhǔn)確地分析單樁的極限承載力，可以將自平衡法試驗(yàn)結(jié)果等效轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)Q-S曲線，利用傳統(tǒng)靜載的單樁極限承載力確定方法進(jìn)行輔析，同時(shí)，也可以很好地驗(yàn)證自平衡法的有效性。

圖4 自平衡法靜載試驗(yàn)曲線

自平衡法測試結(jié)果向傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的樁頂荷載位移曲線轉(zhuǎn)換方法根據(jù)向上、向下位移同步的原則擬合，即通過位移進(jìn)行疊加荷載的方法。根據(jù)2 種測試方法的受力分析，可以得出以下公式：

式中：P——轉(zhuǎn)換后樁頂荷載，kN；

S——轉(zhuǎn)換后樁頂位移，mm；

Q+——荷載箱向上加載值，kN；

Q-——荷載箱向下加載值，kN；

ΔS——樁身壓縮量，mm；

S-——向下位移，mm；

K——轉(zhuǎn)換系數(shù)，

樁上段的樁身壓縮量ΔS為荷載箱下段荷載及上段荷載引起的上段樁的彈性壓縮變形之和，即：

式中：ΔS1——受壓樁上段在荷載箱下段力作用下產(chǎn)生的彈性壓縮變形量，mm；

ΔS2——受壓樁上段在荷載箱上段力作用下產(chǎn)生的彈性壓縮變形量，mm。

式中：Q-——荷載箱向下荷載，kN；

Q+——對應(yīng)于自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對值等于S-時(shí)的上段樁荷載，kN；

L——上段樁長度，m；

E

P

AP——樁身截面面積，m2；

W——試樁i荷載箱上部樁自重，kN。Pu的取值對于自平衡法而言，每一加載等級由荷載箱產(chǎn)生的向上、向下的力是相等的，但所產(chǎn)生的位移量是不相等的。因此，Q+應(yīng)該是對應(yīng)于自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對值等于S-時(shí)的上段樁荷載。加載曲線如圖5所示。

圖5 SPC1樁等效樁頂加載曲線

2.3.3 檢測結(jié)果

SPC1樁抗壓極限承載力為27 875 kN，根據(jù)等效轉(zhuǎn)換樁頂加載曲線，其對應(yīng)沉降量為58.70 mm，承載力特征值為13 938 kN，滿足設(shè)計(jì)承載力特征值13 500 kN的要求。對應(yīng)沉降量為17.48 mm，滿足規(guī)范差異沉降不宜大于1/400柱距，且不宜大于20 mm的要求。

3 結(jié)語

自平衡法樁基檢測技術(shù)具有不占用施工場地、不影響施工進(jìn)度、工地安全易保障、檢測單樁承載力大、檢測成本易控制等優(yōu)點(diǎn)，而上下同步逆作法工程的樁基抗壓極限承載力一般較大，使用其他形式加載的靜載試驗(yàn)存在諸多弊端。本工程的成功實(shí)踐，說明自平衡法樁基檢測技術(shù)在上下同步逆作法工程中具有很好的推廣和應(yīng)用價(jià)值，但自平衡法在理論計(jì)算上尚有一定缺陷，荷載箱位置計(jì)算仍容易產(chǎn)生誤差。測得的樁承載力往往較實(shí)際值小，偏于保守安全，因此自平衡法仍值得進(jìn)一步地研究及深化[1-5]。