桩基自平衡试验在地铁盖挖车站中的应用

刘忠华 宋瑞雪

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要：以长春地铁6号线工程南湖中街站、南部新城西站4根试验桩为例，基于试验桩自平衡试验，得到单桩竖向抗压极限承载力数据，可为类似地质中桩基设计提供参考。

关键词：自平衡、抗压极限承载力、柱下桩。

引言

长春市城市轨道交通6号线南湖中街站、南部新城西站盖挖段盖挖底板下设置φ800钢管柱作为盖板支撑柱，柱下基础桩为φ2000钻孔灌注桩。钢管柱长度17.41m，插入柱下桩4m，基础桩长度22m。为了验证单桩竖向抗压极限承载力是否满足设计要求，工程桩施工开始前，我单位在每个车站内，临近工程桩位置，分别施做了2根试验桩，进行自平衡静载试验检测。

1. 自平衡法试验原理

在目前桩基检测领域，确定单桩极限承载力方面，静载试验是目前最为准确、可靠的检验方法，但其受吨位限制、场地限制、时间限制、安全性限制，存在很大的局限性。自平衡法是将一种特制的加载装置—自平衡荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将荷载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。休止期后，由加压泵在地面向荷载箱加压，使荷载箱产生上下两个方向的力，并传递到桩身，将二个静载试验通过科学合理的分析，拟合成为一个完整的试验结果，利用桩体自成反力测试承载力。

2. 检测方法及仪器设备

   1. 仪器设备

（1）本试验采用的加载设备由荷载箱、加载油泵、压力传感器等组成。

（2）位移测量装置选用位移传感器，每桩6只，通过磁性表座固定在基准钢梁上，2只用于量测桩身荷载箱处的向上位移，2只用于量测桩身荷载箱处的向下位移，2只用于量测桩顶位移。

（3）数据自动采集仪可采集压力和位移数据，并可对加载系统进行控制。

检测系统示意图

荷载箱型号及适用范围：

组合式适用于大承载力、大桩径（D1200mm及以上），安放位置为桩身自平衡点；环形适用于承载力较大、直径D800-D1200mm，安放位置为桩身自平衡点；整体式适用于各级承载力+深层平板、直径D500及以上人工挖孔桩，安放位置桩底。针对本项目特点荷载箱选择组合式。

组合式、环形、整体式

1. 2. 检测方法

本次试验采用慢速维持荷载法，荷载箱埋设于距桩底4.5m处的桩身混凝土中，通过水泵驱动荷载箱加载，压力与沉降变形由静载荷测试仪进行控制与记录。

（1）加、卸载方法

加载分级进行，采用逐级等量加载，每级荷载为最大加载值的1/10，其中，第一级加载量取分级荷载的2倍，以后按分级值加载。卸载分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，且逐级等量卸载。

（2）沉降观测

1）每级荷载施加后，分别按第5min、15min、30min、45min、60min测读位移，以后每隔30min测读一次位移。

2）当位移变化速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。

3）卸载时，每级荷载维持1h，分别按第15min、30min、60min测读位移量后，即可卸下一级荷载；卸载至零后，测读残余位移，维持时间不小于3h，测读时间分别为第15min、30min，以后每隔30min测读一次残余位移量。

（3）终止加载条件

荷载箱上段或下段位移出现下列情况之一时，即可终止加载：

1）已达到设计要求的最大加载量且荷载箱上段或下段位移达到相对稳定标准。

2）当荷载-位移曲线呈缓变型时，向上位移总量可加载至40mm～60mm；向下位移总量可加载至60mm～80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至总位移量超过80mm。

3）荷载已达荷载箱加载极限，或荷载箱上、下段位移已超过荷载箱行程，即可终止加载。

（4）单桩竖向抗压极限承载力的确定

根据《建筑基桩自平衡静载试验技术规程》（JGJ/T403-2017），单桩竖向抗压极限承载力按下列公式计算：

Qu单桩竖向抗压承载力极限值(kN)；Quu上段桩的极限加载值(kN)；Qud下段桩的极加载值(kN)；W荷载箱上段桩的自重与附加重量之和（kN）；r受检桩的抗压摩阻力转换系数，宜根据实际情况通过相近条件的比对试验和地区经验确定。当无可靠比对试验资料和地区经验时，可取0.8～1.0，长桩及黏性土取大值，短桩或砂土取小值。

（5）静载位移曲线等效转换方法

自平衡静载试验测得向上（Quu—Su）、向下（Qud—Sd）两条曲线，根据位移同步的原则拟合，转换成传统静载桩顶Q—S曲线，如下图所示。

1. 3. 检测结果及分析

经过对试验数据分析计算，最终得出结论本试验桩的单桩竖向抗压极限承载力，其特征满足设计要求。

3. 试验检测质量控制要点及措施

   1. 组合式荷载箱上下导流体预浇混凝土

将组合式荷载箱导流体朝上，放置在平整地面上，放置时保护好位移管线；

（1）首先灌注下导流体，然后灌注上部导流体；在灌注上部导流体时，先把油管从上导流体侧壁小孔拖出；

（2）将混凝土灌入导流体内，然后用振动棒充分捣实，混凝土强度不低于桩身混凝土强度，应采用商品混凝土；

（3）灌注完成10小时内，不得移动荷载箱；

（4）待一面导流体内混凝土凝固后，用吊车翻转，浇筑另一面导流体。

1. 2. 组合式荷载箱与钢筋笼焊接

将灌注好的荷载箱用吊车侧吊，将吊起后的荷载箱与钢筋笼进行焊接

（1）荷载箱上下钢筋笼主筋分别与上下面的箍筋焊接时钢筋笼与荷载箱必须保证垂直，偏心度控制在5°之内。

（2）焊接上下喇叭筋时，喇叭筋应保证与荷载箱平面夹角大于60°。数量不小于钢筋笼主筋数，间距应小于混凝土导管的口径。

（3）位移管根据孔深设计长度，顺着钢筋笼连接至地面，采用丝扣连接，拧紧时需缠生料带，连接完成后耐压强度≥2MPa。呈90°布置，分别用于测量桩体上下位移。

（4）连接油管需在荷载箱与钢筋笼焊接完毕至少半小时后进行，防止焊接时的高温烫坏油管接头内的密封圈。油管接头拧紧时不能用力过猛，扭矩应控制在25～35N·m。

1. 3. 下放钢筋笼及灌注桩身混凝土

（1）有荷载箱的钢筋笼起吊时为防止荷载箱受弯，必须用两个吊钩起吊。

（2）下放钢筋笼：下笼过程中，需要对位移管线和油管进行绑扎。当桩顶标高低于地面时，桩顶到地面需放置简易钢筋笼，用于引导保护管线。

（3）桩头管线保护：

钢筋笼下放完毕到现场开始检测有半个月以上的休止期，需要在桩头做好警示标记，保护油管及位移管（位移外护管顶部做好防护，防止水泥浆漏入），保证管线不受破坏。

结束语

自平衡法的试桩方法对以后的桩基础的检测有很大的意义，目前人们对安全要求越来越高，只有准确地测定桩基的承载能力，后才能进行下一项工作的进行。桩基础的质量好坏不仅影响着整个建筑工程的质量，还直接关系着人们的生命财产安全，可靠的测载方式可以有效地提供工作的效率，对隐蔽工程的质量起到一定的保证。

参考文献：

[1]贺志坚，自平衡法静载试验在地铁桩基检测中的应用[J].四川建材,2018,44(09):164-165+177；

[2]刘春亮，刘士伟.桩基自平衡法检测在某工程中的检测浅析[J].青岛理工大学学报,2017,38(05):24-28.；

作者简介：刘忠华，男，1994年3月出生，助理工程师，中建二局三公司基础设施分公司长春地铁6号线技术员

宋瑞雪，女，1992年12月出生，助理工程师，中建二局三公司基础设施分公司工程部劳务管理员

3