李玉峰

貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司 貴州 貴陽(yáng) 550006

引言

在臨軌工程中，基本在軌道保護(hù)的范圍中，采用傳統(tǒng)方法來(lái)對(duì)工程樁實(shí)施檢測(cè)，往往存在諸多的弊端，檢測(cè)的效果也存在不足，而對(duì)樁基通過(guò)自平衡的測(cè)試法，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)靜載法的超大噸位、深基坑和狹窄的場(chǎng)地等一些復(fù)雜條件中試樁問(wèn)題有效解決，且還具有省時(shí)省力和費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，因此得到臨軌工程的廣泛應(yīng)用，而自平衡靜載試驗(yàn)在臨軌樁基檢測(cè)中如何應(yīng)用，就是文章主要研究的內(nèi)容。

1 工程概況

在某城市內(nèi)地塊的二期項(xiàng)目中，它位于城區(qū)內(nèi)，且東側(cè)和運(yùn)營(yíng)中軌道交通的2號(hào)線(xiàn)緊鄰，中間又被在建軌道交通的5號(hào)線(xiàn)所貫穿。按照工程地的質(zhì)勘察報(bào)告得知，此工程場(chǎng)地內(nèi)各個(gè)土層的分布表現(xiàn)主要為：層厚為1.4～4.4m的雜填土；層厚為0.8～3.8m的粉質(zhì)黏土；層厚為1.1～4.8 m的層粉質(zhì)類(lèi)黏土；層厚為1.5～4.7m的粉土；層厚為4.3～9 m的層粉砂夾類(lèi)粉土；層厚為3.3～9.4m的粉質(zhì)黏土；層厚為2.3～10m的層粉質(zhì)類(lèi)黏土；層厚為1.2～5.6m的粉土；層厚為2～7.8m的粉質(zhì)粘土；層厚為7～10m粉質(zhì)的黏土夾類(lèi)粉土；層厚為5～10.2m的層粉質(zhì)類(lèi)黏土。此工程內(nèi)，采用的是鉆孔的灌注樁和筏板的基礎(chǔ)，在樁端后進(jìn)行注漿，其試樁都是1000mm的直徑，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是水下的C40，其樁端的持力層是粉質(zhì)的黏土夾類(lèi)粉土[1]。

2 對(duì)試驗(yàn)樁的施工

按照自平衡的靜載試驗(yàn)測(cè)樁法需要，對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行施工中需要把握好諸多注意事項(xiàng)：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的圖紙開(kāi)展施工，在鉆孔時(shí)對(duì)鉆壓掌握好，避免出現(xiàn)偏孔或者斜孔等情況，還要注意孔內(nèi)的水頭變化，避免泥漿反竄而發(fā)生塌孔，在終孔時(shí)要注意做好清孔處理；完成試樁的鉆孔后，要對(duì)其垂直度通過(guò)可靠檢測(cè)設(shè)備實(shí)施準(zhǔn)確檢測(cè)；對(duì)位移桿的外護(hù)管通過(guò)套管接頭實(shí)施搭接處理，且和鋼筋籠實(shí)現(xiàn)整體性的焊接，保證護(hù)管不會(huì)出現(xiàn)滲泥漿的情況；在荷載箱的埋置前，要對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑、油管和鋼管的長(zhǎng)度進(jìn)行檢查；把荷載箱在平整地進(jìn)行放置，通過(guò)吊車(chē)把上節(jié)的鋼筋籠吊起并和荷載箱的上板進(jìn)行一體化的焊接，且進(jìn)行喇叭筋的焊接，后將荷載箱的底板和下節(jié)的鋼筋籠進(jìn)行連接，對(duì)下喇叭筋焊接，再通過(guò)吊車(chē)把測(cè)試設(shè)備和鋼筋籠向樁底放入；在鋼筋籠和荷載箱都放入到孔內(nèi)后，實(shí)施二次清孔工作；在檢查無(wú)誤之后開(kāi)始對(duì)混凝土澆筑，在混凝土和荷載箱接近時(shí)，對(duì)拔導(dǎo)管的速度要放慢狀態(tài)，在荷載箱的上部位置混凝土超過(guò)2.5m高度時(shí)，導(dǎo)管的底端才能夠拔過(guò)其荷載箱，對(duì)混凝土連續(xù)澆注到設(shè)計(jì)的樁頂位置，要求荷載箱的下部位置混凝土的坍落度要超過(guò)200mm的值；在施工期間要注意對(duì)油管、荷載箱和鋼管封頭進(jìn)行保護(hù)[2]。

3 自平衡靜載試驗(yàn)的原理和方法

3.1 自平衡靜載試驗(yàn)的原理

在自平衡的靜載試驗(yàn)檢測(cè)中，主要利用試樁自身的反力平衡原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。把一種特制荷載箱加載設(shè)備和鋼筋籠實(shí)施焊接，此荷載箱的位移就是樁身的變形，把它其埋到樁指定的部位，通過(guò)高壓油泵對(duì)荷載箱進(jìn)行充油而實(shí)現(xiàn)加載。此荷載箱的上段樁區(qū)域負(fù)摩擦力與自重同下段樁的正摩擦力和端阻力實(shí)現(xiàn)平衡，來(lái)對(duì)加載維持。將P1-34#的樁為例進(jìn)行分析，按照此工程場(chǎng)地地質(zhì)的參數(shù)情況，通過(guò)計(jì)算可以得知此檢測(cè)樁自平衡點(diǎn)位置，也就是荷載箱在樁端約有21m位置處。在大直徑的灌注樁實(shí)施自平衡的檢測(cè)前，要先對(duì)樁身實(shí)施聲波的透射法對(duì)其完整性進(jìn)行檢測(cè)，后再對(duì)承載力實(shí)施檢測(cè)處理。

3.2 自平衡靜載試驗(yàn)的方法

在加載和卸載的分級(jí)方面，其P1-34#樁的預(yù)估最大化加載值是2×8000 kN的值；其P3-35#和P3-39#樁的預(yù)估最大化加載值是2×8500kN的值；其P8-27#樁的預(yù)估最大化加載值是2×7500kN的值；各個(gè)樁均分作10級(jí)進(jìn)行加載，且第一級(jí)的加載量取作2倍的分級(jí)荷載，每級(jí)的卸載量是加載時(shí)2倍的分級(jí)荷載[3]。

在每級(jí)荷載完成施加后，分別在5分鐘、15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘各對(duì)一次位移進(jìn)行測(cè)讀，后每隔有30分作開(kāi)展一次測(cè)讀。在位移相對(duì)的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)方面，自分級(jí)荷載的施加后第30分鐘開(kāi)始，依據(jù)1.5小時(shí)連續(xù)三次且每30分鐘位移的觀測(cè)值實(shí)施計(jì)算，要求每小時(shí)內(nèi)位移的增量不能比0.1mm大，且要連續(xù)兩次出現(xiàn)。

在加載的終止條件方面，在總位移量等于或者超過(guò)40mm的值，本級(jí)的荷載下沉量等于或者超過(guò)前一級(jí)的荷載5倍下沉量時(shí)，對(duì)加載就可以終止了，且取自比終止的荷載要小一級(jí)荷載當(dāng)作極限的荷載；在總位移量等于或者超過(guò)40mm的值，本級(jí)的荷載和后24h加上未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，就可以對(duì)加載終止了，且取自比終止的荷載要小一級(jí)荷載當(dāng)作極限的荷載；在總下沉量比40mm小，但其荷載已超過(guò)設(shè)計(jì)荷載和設(shè)計(jì)規(guī)定安全的系數(shù)乘積時(shí)，就可以對(duì)加載終止，且取此時(shí)荷載當(dāng)作極限的荷載。

3.3 自平衡靜載試驗(yàn)的系統(tǒng)

在自平衡靜載試驗(yàn)的系統(tǒng)中，其荷載箱由活塞、底蓋、頂蓋和箱璧等四部分構(gòu)成，且頂蓋和底蓋外徑比樁的外徑略小，在頂蓋和底蓋上進(jìn)行位移桿的布置。把荷載箱和鋼筋籠進(jìn)行一體化焊接并放入到樁體，后對(duì)混凝土澆搗成樁。

對(duì)樁身的平衡點(diǎn)相應(yīng)位置進(jìn)行荷載箱設(shè)置，沿著垂直的方向?qū)嵤┘虞d處理，在檢測(cè)時(shí)于地面上以油泵實(shí)施加壓，在壓力不斷增加時(shí)，此荷載箱會(huì)同時(shí)朝上和朝下呈現(xiàn)變位的情況，進(jìn)而促使樁側(cè)的阻力和樁端的阻力發(fā)揮作用。此位移桿共有4根，把它們?cè)诼暅y(cè)管內(nèi)放置，且將2根卡于荷載箱的頂蓋，還有2根在底蓋位置，實(shí)現(xiàn)它們的對(duì)稱(chēng)性布置，使用位移桿與其連接的位移式傳感器，把所測(cè)得荷載箱的變形向數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，從而獲取上下兩段樁關(guān)于荷載位移以及位移時(shí)間的曲線(xiàn)圖，并獲取上下兩段樁承載力，對(duì)整樁的承載力實(shí)施確定?；鶞?zhǔn)樁的入土深度要超過(guò)1m，其基準(zhǔn)梁跨度要大于6倍樁的直徑。此基準(zhǔn)梁主要對(duì)位移式傳感器進(jìn)行固定，則本次的試樁選擇40a型號(hào)工字鋼使用。

4 檢測(cè)的情況和結(jié)果的分析

4.1 試驗(yàn)的結(jié)果

對(duì)P1-34#樁進(jìn)行到2×8000kN的加載時(shí)，此荷載箱的上段發(fā)生5.64mm的位移，下段發(fā)生-8.64mm的位移；對(duì)P3-35#樁進(jìn)行到2×8500kN的加載時(shí)，此荷載箱的上段發(fā)生9.42mm的位移，下段發(fā)生-14.98mm的位移；對(duì)P3-39#樁進(jìn)行到2×8500kN的加載時(shí)，此荷載箱的上段發(fā)生6.48mm的位移，下段發(fā)生-8.33mm的位移；對(duì)P8-27#樁進(jìn)行到2×7500kN加載時(shí)，此荷載箱的上段發(fā)生7.29mm的位移，下段發(fā)生-7.30mm的位移。此4根的試驗(yàn)樁具有類(lèi)似的曲線(xiàn)，選擇P3-35#和P8-27#樁實(shí)施詳細(xì)的講解，按照實(shí)際情況能夠得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)s-lgt和Q-s的曲線(xiàn)。

根據(jù)P3-35#和P8-27#樁現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)s-lgt和Q-s的曲線(xiàn)情況，在試驗(yàn)樁達(dá)到了設(shè)計(jì)最大的加載量要求時(shí)，其所有樁樁身的位移具有很小的變形量，且都能夠達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，比規(guī)范要求中極限的位移量還要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，且沒(méi)有發(fā)生任何的破壞情況，其Q-s的曲線(xiàn)呈現(xiàn)緩變型，而s-Igt的曲線(xiàn)呈現(xiàn)平直型，因此取向上和向下兩方向最大的試驗(yàn)荷載當(dāng)作上下段樁中極限的加載值使用。

4.2 計(jì)算分析

按照檢測(cè)的數(shù)據(jù)、實(shí)際測(cè)量和計(jì)算分析的曲線(xiàn)，對(duì)受檢樁其極限的承載力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的公式如下式。

在上式內(nèi)，Qu表示單樁豎向的承載力其極限值，單位為kN；Quu表示上段樁極限的加載值，其單位為kN；Qud表示下段樁極限的加載值，單位為kN；W是荷載箱其上段樁自重和附加重量的和，單位為kN；γ1表示受檢樁抗壓的摩阻力為其轉(zhuǎn)換的系數(shù)。

通過(guò)上述的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算分析得知，此工程所選取4根數(shù)量的試驗(yàn)樁其豎向抗壓具有極限的承載力都比單樁豎向具有抗壓的承載力2倍特征值要高，符合設(shè)計(jì)的要求標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在臨軌樁基的工程中，傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)往往會(huì)對(duì)軌道的結(jié)構(gòu)造成變形影響，但自平衡的靜態(tài)試驗(yàn)檢測(cè)一般不會(huì)受到限制，幾乎不會(huì)對(duì)軌道產(chǎn)生任何的影響；且對(duì)環(huán)境具有較低的要求，對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性也十分強(qiáng)，它加載的能力能夠按照試樁要求實(shí)施專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)超大噸位的基樁其承載力的有效檢測(cè)。