自平衡法靜載試驗在地鐵樁基檢測中的應用

董 浩

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，地鐵已成為人們日常出行的重要交通工具之一，其方便快捷的性能為人們出行提供了重要保障，節省了大量等車和乘坐時間，提高了人們工作和生活效率。在地鐵設計和后期驗收中，為了保障地鐵施工質量和安全性，施工管理人員和技術人員需要對地鐵樁基進行數據檢測，只有檢測報告符合地鐵施工標準規范后才能進行下一步的施工操作流程，為了保證工程樁基檢測的方便快捷及檢測結果的準確、可靠，樁基抗拔靜載實驗檢測方法的選擇是非常重要的。

1 工程施工背景

隨著人們生活質量的不斷提升和城市化建設步伐的不斷加快，城市建設與人們對于地鐵的需求不斷增加。如何在滿足城市建設和人們日常工作、生活出行的基礎上，進一步保障施工工程質量和安全性是現階段地鐵設計、建設部門急需解決的重點問題。目前，地鐵施工項目中的實驗檢測工作作為保障施工質量的重要技術手段，在各個建筑性工程領域中被廣泛應用。當前，部分地鐵施工工程受地下空間和地表結構的影響，在區間線路的鋪設上通常采用盾構掘進法，而針對停車場和車站的建設則采用明挖法。地鐵工程為了保障車站主體建設結構滿足現代地鐵工程建筑中的抗浮要求，需在設計中加強抗浮壓頂梁的設計和主體結構底部抗拔樁的設置，以加強樁基的牢固性和穩定性。本文以下內容針對單樁豎向抗拔承載力檢測法和豎向抗壓靜載檢測法進行了簡要的論述和比較（見表1）。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗與單樁豎向抗拔靜載試驗的比較

單樁豎向抗拔靜載實驗檢測方法一般利用天然基地或反作用力樁提供樁基支座反力。在地鐵項目施工中，通常在基地上方進行開挖至設計標高露出樁頂時，施工檢測部門要對工程樁基進行試驗檢測工作。這樣操作不僅嚴重制約施工工期，而且影響對工程樁基施工前的質量評估工作，缺少及時有效性。為此，相關項目的檢測單位、科研院校和現場試驗組就目前工程項目的單樁豎向抗拔承載力實驗檢測工作，進行多次研討分析并對施工現場進行實地勘測、綜合經濟比對等整合得出，只有采用自平衡法才可以有效解決樁基豎向抗拔承載力施工現場條件受限問題。因此，地鐵各相關施工試驗檢測部門必須科學合理選擇樁基單樁豎向抗拔靜載實驗檢測方法，提高對自平衡靜載實驗法的正確認知，對提高地鐵設計和后期驗收質量具有重要意義。

單樁豎向抗壓承載力檢測一般采用堆載法和錨樁法。錨樁法檢測時，除了要保障設計基坑深度（試樁接樁長度）在11m外，還需要多根錨樁作為支撐，這就給施工基樁檢測造成了大量的施工成本。通過分析施工項目的整個設計內容，該項目具有施工周期長、施工費用高等特點。

堆載法則會需要用到大量的起吊、運輸設備，即使是現場施工工程量也是相對較大的，但與錨樁法相比，檢測費用只占其一半。因此，在對工程項目進行樁基靜載試驗的過程中，初步判定采用的是堆載法。綜合該施工項目注漿前后都需要進行靜載檢測的特征，施工企業為了盡可能節約項目檢測成本，結合施工原理、檢測程序的難易程度、經濟標準和施工周期等多種因素，最終決定采用新型自平衡法對基樁承載力進行檢測。

2 自平衡法靜載試驗的試驗原理、試驗方法和檢測設備

2.1 試驗原理

自平衡法的檢測原理是將一種經過特殊手段加工而成的自平衡荷載箱加載裝置，在進行樁基混凝土澆筑前和鋼筋籠一起埋入樁基內相應的位置（具體根據樁基檢測試驗需求和實驗目的而定），將荷載箱的加壓管和其他所需的檢測裝置共同從樁體移到地面上，然后進行注漿。在對項目基樁的檢測中，由加壓泵在地面向荷載箱進行加壓加載。在加壓加載的過程中，荷載箱會產生上下兩個方向的力，并將其傳遞到基樁上；再由基樁自身形成相應的反作用力，這就是我們接收到的兩個靜載實驗數據。這兩個數據一個是由基樁荷載箱傳遞的上部分數據，也就是樁體的上半部分反應過來的相應系列參數；另外一個方向的數據則是樁體下半部分反映的相應系列參數。樁基檢測人員可以根據這些參數（位移、應變等）之間的關系通過計算、分析、整合，從而得到與之相關的樁基承載力等一系列的數據信息，作為后期項目施工設計、項目驗收的數據依據。

2.2 試驗方法

（1）加載法。通過上述對于自平衡法試驗原理的闡述可知，通過以流動的液體作為加載媒介，向埋在樁內的荷載箱進行加壓加載，得出樁體上下部分的反力參數，即可作為自平衡法承載力對工程項目樁基檢測的數據參數使用。在對荷載箱進行加壓加載的過程中應注意以下幾點。①進一步保障試驗數據與試驗結論的可比性，在對荷載箱進行加載的過程中，加載方法應嚴格按照相關試驗規范標準進行。②對樁體進行試驗的過程中，要注意采用自平衡試驗系統對其進行監控，并對各種試驗參數做到及時采集并記錄，保證所得數據參數的時效性和準確性。③在試驗的過程中遇到突發性狀況時，檢測人員應及時與相應的委托單位和設計單位進行溝通，在保證信息得到有效互通的同時，確保與試驗相關的所有實驗信息和試驗情況，使雙方都有同等的知情權，并針對試驗的進程、方法和目的達成基本共識。

（2）卸載法。卸載法是削減加注在荷載箱上的加壓加載值。通常在反力的卸載過程中，試驗人員主要分五個等級進行卸載，其中每級的卸載為加載過程級別的2倍左右。通過數據記錄分析可知：加載數據記錄主要是在每級加載后的第一小時內的每個時間段以2倍的時間進行位移值的監測和記錄，每隔30min監測一次，以此來判斷穩定狀態是否符合檢測標準。在對樁基的穩定數據檢測標準上，進行每級加載每隔1h的向上、向下過程的位移值檢測，保障其檢測的平均數值不大于0.1mm，并連續檢測兩次。卸載記錄則是每級加壓卸載后，每隔15min檢測人員就要對其進行一次殘余沉降記錄，直到卸載清零后維持3h，再觀測殘余變形并對其進行記錄。

2.3 試驗設備

（1）荷載箱在樁體埋設的位置設置。在進行樁基位置荷載箱的埋設中要注意以下安全措施。①避免樁體因受加載應力集中的影響遭受損害，荷載箱在埋設的過程中，設計人員要在荷載箱埋設位置的周邊進行鋼筋籠箍筋加密處理。②確保荷載箱與上下鋼筋籠鏈接的強度符合樁體檢測標準，以便后期試驗對荷載箱的數據參數采集。③在荷載箱與上下鋼筋籠的鏈接位置焊接導正筋，以便為后期導管由荷載箱通孔的穿入留有合適的位置。

（2）試驗加載系統。實驗裝置中的加載系統主要包括荷載箱、加壓管和加載泵三部分組成。①在設計荷載箱時，設計人員根據荷載箱的布局形式和形狀，綜合考慮注漿、聲測和灌注混凝土等施工任務預留檢測位置。②荷載箱的設計形狀，荷載箱斷面主要以錐形為主，對后期混凝土灌注或是注漿時產生的浮漿起到導流的作用，避免浮漿在荷載箱斷面形成積壓，影響試驗位移值采集的準確性，為試驗補漿后的樁體承載力和強度提供數據保障。③荷載箱加載面積和直徑的設計，考慮到樁體試驗后的高強度承載力和加載液壓的中低壓力，加載面積和直徑要根據試驗的實際環境進行合理的調整。④加強對荷載箱內部特殊增壓技術的設計，起到降低油壓的作用，避免因加載力過高，出現嚴重的加載系統故障問題。

3 工程試驗實例分析

3.1 自平衡試樁法

以自平衡試樁法對地鐵項目工程中三根基本樁基進行強度和承受力檢測，從而檢測工程樁體的單樁豎向抗拔最大承受能力。

（1）該項目的基本試樁情況。一般規范的試樁樁徑為1 200mm，混凝土的設計強度等級為C45，樁端的持力層為中分化花崗巖，單樁豎向抗拔承載力特征范圍值在3 755.21kN，試驗中的最大加載量為2×7 600kN，荷載箱在設計上最大的加載力不得超過2×7 600kN，試驗時荷載箱會預埋在樁體底部位置。

（2）試驗檢測方法和步驟。在樁體強度滿足設計標準和設計要求的情況下，該項目的樁體構建和試驗間隙時間不得少于28d。在測量荷載箱的反力加載和卸載分級與位移值時，檢測人員要以靜載試驗樁體檢測規范要求進行劃分。每級的荷載箱加載為單樁最大承載力的1/10，第一級按成倍荷載分級進行加載，試驗方法步驟相同，卸載分級是加載至其兩倍，分五級進行。如荷載箱以每級加載后的第一小時內觀察第5min、15min、30min、45min、60min，之后每隔30min進行一次觀察并進行數據參數記錄，對其穩定狀態進行記錄，連接計算機控制監測系統對數據進行監測讀取和數據信息的采集和有效存儲，以便作為后期設計和驗收依據。應注意的是，在每級的加載中每隔1h向上、向下的位移量不能大于0.1mm，連續出現兩次為基本穩定檢測標準，只有符合標準檢測要求才能進行下一級的荷載。

（3）試驗結果。以G48樁基為例，荷載分級以最大荷載量2×7 600kN為基準共分為十個等級進行加載，第一次的加載值為2×1 520kN，之后每次加載值為2×760kN。荷載箱的加載值達到2×7 600kN時以計算機數據參數現實向上位移U-δ曲線表示、向下位移Q-S曲線均呈緩交型，S-lgt和S-lgQ曲線呈平直狀態分布趨勢，而且位移數值偏小。結合計算機自動化信息采集數據分析，其他兩根樁基的試驗結果與G48樁體相似，故在此不再進行論述。

當荷載箱的標準數值達到最大加載值2×7 600kN時，樁體的下半部分樁體位置的荷載箱向下位移總數值能到達37.68mm，卸載后荷載箱剩余沉淀位移數值達到32.83mm，回彈率能夠達到12.87%，與之相對應的荷載箱則會上移5.45mm，卸載后剩余位移為3.41mm，回彈率37.43%。

由以上靜態試驗結果可知，試驗樁基為單樁豎向抗拔承載力檢測，所以，單樁的承載能力較強，滿足現階段對于地鐵設計單樁抗拔承載力的要求。

（4）單樁豎向抗拔靜載實驗檢測試驗分析。不同的施工項目作業環境，單樁豎向抗拔承載力采用不同的檢測方法和試驗分析，結合實際操作過程和實際施工條件合理選擇檢測方法。

4 結語

綜上所述，通過對樁體的各種實驗檢測方法分析得出，自平衡試驗地鐵樁基檢測法是最符合樁體安全性和承受能力的檢測方法，不僅適用于單樁豎向抗拔靜載實驗檢測，也適用于單樁豎向抗壓靜載實驗檢測，準確度和精準性都很高。分析和采集樁體荷載箱反力數據參數，可以為后期工程項目的設計和工程樁體的驗收提供可靠的數據保障和參考依據。