地鐵蓋挖換乘車站樁基自平衡極限承載力檢測技術(shù)

李春奎

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750)

1 工程概述

長春地鐵6號(hào)線飛躍廣場站總長207 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬為21.3 m，覆土高度3.7～4.5 m。車站采用明挖＋局部蓋挖法施工。中間樁基作為施工過程以及完整車站的支撐柱，主要承受車站框架結(jié)構(gòu)的自重、地鐵運(yùn)行及路面行車的動(dòng)荷載，是地鐵車站的基礎(chǔ)，施工難度較大。因此，需對(duì)中間樁基承載力進(jìn)行測試檢定，以驗(yàn)證是否符合承載力設(shè)計(jì)值。根據(jù)有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，本工程研究采用樁基自平衡極限承載力檢測技術(shù)進(jìn)行中間樁基極限承載力檢測[1－3]。

2 檢測樁位置及檢測設(shè)備

本次檢測樁為試驗(yàn)樁，不作為工程樁使用。車站中間樁基型號(hào)分26 m、24 m兩個(gè)類型，其中26 m樁基26根、24 m樁基19根，車站中間樁基型號(hào)及分布位置如圖1所示。為避免檢測過程對(duì)既有工程樁造成破壞，特單獨(dú)制作26 m、24 m檢測樁各1根用于檢測用樁。為保證檢測樁與工程樁具有相同的施工工藝及地質(zhì)條件，檢測樁位置選在2種既有中間樁基的中間位置，主要檢測設(shè)備如表1所示。

圖1 檢測樁位置

表1 主要檢測設(shè)備

3 自平衡檢測系統(tǒng)構(gòu)成及原理

樁基自平衡檢測系統(tǒng)構(gòu)成及原理如圖2所示。

圖2 樁基自平衡檢測系統(tǒng)構(gòu)成及原理

基樁承載力自平衡檢測法是指通過預(yù)先在樁體內(nèi)部樁身平衡點(diǎn)處埋設(shè)一種特制的加載裝置——荷載箱(由箱壁、頂蓋、活塞、底蓋四部分構(gòu)成)，并沿垂直方向加載力，同時(shí)測得荷載箱上、下兩部分相應(yīng)承載力。

荷載箱底、頂蓋外徑應(yīng)略小于樁的外徑，在頂、底蓋適當(dāng)位置布置位移桿。

將荷載箱與鋼筋籠焊接成整體放入樁體后，即可澆筑振搗混凝土成樁。休止齡期后，在地面上通過鋼筋籠上預(yù)先埋設(shè)好的油管，利用加壓泵對(duì)荷載箱進(jìn)行施壓加載，使得荷載箱產(chǎn)生向上、向下兩個(gè)相反方向的力，并通過傳感器傳遞至樁體。

通過樁體上檢測系統(tǒng)可得到2組靜載檢測數(shù)據(jù):(1)荷載箱以上樁身部分，反向施加壓力時(shí)樁體反應(yīng)數(shù)據(jù)；(2)荷載箱以下樁身部分，正向施加壓力時(shí)樁體反應(yīng)數(shù)據(jù)。

對(duì)壓力與位移、應(yīng)力等參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行分析計(jì)算，即可得出樁基極限承載力等相關(guān)數(shù)據(jù)[4－6]。

4 檢測樁制備

4.1 荷載箱準(zhǔn)備與安裝

4.1.1 荷載箱兩側(cè)導(dǎo)流體預(yù)澆混凝土

(1)將荷載箱任一側(cè)導(dǎo)流體朝向上方，放置在干凈、平坦的地面上，保證混凝土作用面平整，在放置荷載箱的同時(shí)注意保護(hù)好油管。

(2)將強(qiáng)度等級(jí)不低于樁身混凝土強(qiáng)度的預(yù)制混凝土灌入導(dǎo)流體內(nèi)，進(jìn)行振搗，保證混凝土的密實(shí)性。

(3)荷載箱內(nèi)的混凝土終凝前，不得移動(dòng)荷載箱，以保證混凝土質(zhì)量。

(4)待荷載箱一側(cè)導(dǎo)流體混凝土終凝后，吊車配合人工翻轉(zhuǎn)，對(duì)另一側(cè)導(dǎo)流體進(jìn)行混凝土澆筑。

4.1.2 荷載箱與鋼筋籠焊接

(1)在組合式荷載箱的上、下面分別焊接1組箍筋，箍筋外徑應(yīng)與鋼筋籠內(nèi)徑保持一致。

(2)組合式荷載箱鋼筋籠體上、下主筋分別與其上、下面環(huán)向箍筋進(jìn)行焊接，且鋼筋籠與荷載箱要保證垂直，偏心度需小于等于5°。

(3)上、下喇叭筋的一端與荷載箱導(dǎo)管孔邊緣焊接，另一端與其對(duì)應(yīng)的鋼筋籠焊接。

4.1.3 油管、位移桿、聲測管、注漿管及鋼筋籠加密布置

(1)油管。鋼筋籠下放過程中，將預(yù)先連接好的油管沿導(dǎo)向筋綁扎至地面。

(2)位移桿。在荷載箱上、下部分布置4根位移桿(2根向上位移、2根向下位移，圍繞荷載箱呈90°相對(duì)布置)，根據(jù)荷載箱距離地面深度，將位移桿沿鋼筋籠連接至地面，并將每節(jié)位移桿絲扣擰緊，防止脫落。油管、位移桿布置如圖3所示。

圖3 油管及位移桿布置

(3)聲測管。根據(jù)?建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范?要求，樁徑大于1 600 mm時(shí)聲測管不得少于4根。本次檢測基樁樁徑為2 000 mm，因此鋼筋籠上布置4根聲測管，如圖4所示。

圖4 聲測管布置

(4)注漿管。根據(jù)圖紙要求，沿鋼管柱四周共有4種不同長度類型的樁側(cè)注漿管沿鋼筋籠四周階梯狀均勻布置，每種類型4根，共計(jì)16根。樁側(cè)注漿閥設(shè)置在樁底4 m以上、樁頂4 m以下，每隔4～5 m設(shè)置1個(gè)注漿管孔；同時(shí)沿樁基鋼筋籠內(nèi)四周均勻布置5根樁底注漿管，伸出樁基底90 mm。各類注漿管布置如圖5所示。

圖5 注漿管布置(單位:mm)

(5)鋼筋籠箍筋加密措施。為保證增加荷載箱上下面受壓能力，在荷載箱上、下2 m區(qū)段部分，分別對(duì)鋼筋籠橫向箍筋間距進(jìn)行不大于10 cm加密處理。

4.2 鋼筋籠下放及管線保護(hù)

4.2.1 下放鋼筋籠

(1)荷載箱鋼筋籠起吊時(shí)應(yīng)避免荷載箱受彎，故需采用兩個(gè)吊鉤起吊。

(2)下放鋼筋籠過程中，需對(duì)位移桿線和油管進(jìn)行綁扎固定，位移桿線每隔0.5 m用扎絲綁扎固定，油管每隔1 m用扎絲綁扎固定。

(3)下放鋼筋至荷載箱位置時(shí)，需將固定荷載箱上下部分鋼筋籠的鋼筋切斷，以避免對(duì)荷載箱產(chǎn)生位移影響[7]。

4.2.2 吊裝鋼筋籠時(shí)管線保護(hù)

鋼筋籠在下放至空樁部分時(shí)，及時(shí)安裝焊接位移桿、聲測管及注漿管，到達(dá)地面后及時(shí)保護(hù)；聲測管和注漿管也要做好標(biāo)記，注意區(qū)分[8]。

4.3 檢測樁成樁

4.3.1 灌注樁身混凝土

(1)鋼筋籠下放完成，按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)備好C35混凝土，待泥漿濃度符合要求、鋼筋籠標(biāo)高定位完畢后，開始澆筑混凝土。

(2)待混凝土終凝后，在樁頂上部20 m左右鉆孔，采用大粒徑石子進(jìn)行回填，以避免塌孔。回填過程盡量使石子從樁孔中心位置卸落，以保護(hù)好油管和位移桿。

(3)回填完成后，及時(shí)安裝防護(hù)欄，防止因現(xiàn)場交叉施工損壞高出地面部分的油管、位移桿及注漿管[9－11]。

4.3.2 樁端樁側(cè)注漿

(1)通過注漿孔對(duì)檢測樁基進(jìn)行注漿，采用水灰比1∶0.5的單液漿，漿液的具體指標(biāo)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土的飽和度、滲透性進(jìn)行試驗(yàn)確定；注漿流量不宜超過75 L/min。

(2)注漿過程中需對(duì)聲測管進(jìn)行保護(hù)，嚴(yán)禁水泥漿液進(jìn)入聲測管。

(3)注漿作業(yè)宜于成樁2 d后開始，最晚不宜遲于成樁30 d。

4.3.3 成樁后的休止齡期

(1)成樁后混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%后方可進(jìn)行檢測。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需對(duì)中間樁基進(jìn)行后注漿以保證樁基底部及周圍土體承載力，后注漿休止齡期不宜少于20 d[12]。

5 樁基自平衡檢測

5.1 檢測前準(zhǔn)備

(1)休止齡期結(jié)束后，對(duì)回填樁頭部分進(jìn)行清理，平整場地。

(2)通過聲測管采用聲波透射法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測，樁身不存在斷樁及影響樁基承載力的情況下可進(jìn)行承載力檢測。

(3)現(xiàn)場需要380 V電源用于水泵逐級(jí)加壓檢測，需要220 V電源用于照明及其常規(guī)設(shè)備使用。

(4)依據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基準(zhǔn)梁進(jìn)行搭設(shè)，基準(zhǔn)梁長度應(yīng)不小于檢測樁樁徑的6倍(總長不小于2 m)，以檢測樁為中心每邊各3倍樁徑，搭設(shè)在檢測樁的正上方；基準(zhǔn)樁應(yīng)打入足夠深度，一般不小于1 m。基準(zhǔn)梁搭設(shè)如圖6所示。

圖6 基準(zhǔn)梁搭建

5.2 自平衡加壓測試

5.2.1 正式加載

(1)壓力加載應(yīng)分級(jí)逐段進(jìn)行，每段壓力增加值為最大加壓力的10%(第一段增壓量可取分段壓力的2倍)。

(2)壓力同樣應(yīng)逐段卸載，每段卸壓量取分段壓力值的2倍，且逐段卸壓量應(yīng)相同。

(3)壓力增卸時(shí)，壓力傳遞需連續(xù)、均勻并且無波動(dòng)，每段壓力在變化過程中其范圍不超過分段壓力的±10%。

(4)每段壓力增加后，應(yīng)分別按給定的時(shí)間間隔(第5、第15、第30、第45、第60分鐘)進(jìn)行位移讀數(shù)，以后間隔30 min讀取1次數(shù)值。

(5)位移數(shù)值相對(duì)變化平穩(wěn)。從分段壓力增加后第30分鐘起，每0.5 h進(jìn)行位移觀測3次，增量值不超過0.1 mm/h。

(6)位移值變化率平穩(wěn)后，再次增加下一段壓力。

(7)卸壓時(shí)，每段壓力維持1 h，之后按照第15、第30、第60分鐘進(jìn)行位移讀數(shù)；直至卸壓至0后，應(yīng)繼續(xù)測量讀取殘余位移值，且保持時(shí)間不得小于3 h，讀取時(shí)間應(yīng)分別為第15、第30分鐘，以后每隔30 min讀取殘余位移值1次。圖7為檢測現(xiàn)場[13]。

圖7 檢測現(xiàn)場

5.2.2 終止加載

荷載箱上、下段位移值出現(xiàn)以下情況時(shí)，應(yīng)立即終止增壓:

(1)在某段壓力作用下，荷載箱上、下部分位移變化量已超過前一段壓力作用產(chǎn)生位移增量的5倍，且位移值累計(jì)超過40 mm。

(2)樁身在某段壓力作用下，荷載箱上、下部分位移變化量已大于前一段壓力作用下位移增量的2倍，且24 h后仍未達(dá)到規(guī)范要求的穩(wěn)定數(shù)值。

(3)樁身已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大壓力值，同時(shí)荷載箱上、下部分位移變化量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)并符合規(guī)范要求。

(4)當(dāng)壓力位移值曲線變化趨勢(shì)平穩(wěn)時(shí)，向上位移累計(jì)可加壓至40～60 mm，向下位移累計(jì)可加壓至60～80 mm；當(dāng)樁端阻力未全部體現(xiàn)時(shí)，加壓位移總量可超過80 mm。

(5)當(dāng)荷載已達(dá)荷載箱加載極限，或荷載箱上、下段位移已超過荷載箱行程。

5.3 檢測結(jié)果

表2為檢測樁豎向抗壓極限承載力檢測結(jié)果。檢測結(jié)果表明，26 m及24 m檢測樁基的豎向抗壓極限承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 檢測樁豎向抗壓極限承載能力檢測結(jié)果

6 結(jié)束語

本文基于長春地鐵6號(hào)線蓋挖換乘車站鋼管柱樁基檢測，研究采用樁基自平衡極限承載力檢測技術(shù)對(duì)樁基極限承載力進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，采用自平衡極限承載力檢測技術(shù)可測試大噸位樁身的極限承載軸力及位移，亦可判斷同一地質(zhì)條件下樁基的承載性能；相比傳統(tǒng)的鉆芯法等具有破壞性的檢測方式，極大地降低了檢測成本并提高了檢測精度，使地鐵工程深孔樁基檢測更加可靠方便。