通過上海某上下同步逆作法工程，介紹了自平衡法樁基檢測技術的基本原理、極限承載力確定方法以及在上下同步逆作法工程中的應用。相對傳(chuan) 統靜載試驗，自平衡法具有試驗裝置簡單、安全隱患小、試驗時間相對較短、不受場地條件和加載噸位限製等優(you) 點，適合於(yu) 上下同步逆作法工程中樁承載力大、場地緊張等情況。本工程的成功實踐說明自平衡法樁基檢測技術在在上下同步逆作法工程中具有很好的推廣和應用價(jia) 值。
1 引言
上下同步逆作法是在地下結構施工同步進行上部結構施工的關(guan) 鍵施工工法。上部結構施工層數及進度則根據樁基的布置和承載力、地下結構狀況、上部建築荷載等確定。其中樁基承載力的確定在上下同步逆作法施工過程尤為(wei) 重要。
樁基檢測技術常規有堆載法和錨樁法兩(liang) 類方法。但針對在上下同步逆作法施工中單樁豎向極限抗壓承載力較大時，常規的檢測技術在場地、工期和造價(jia) 均不能很好地滿足對工程需要，因此考慮選擇上海使用並不多的自平衡樁基檢測技術。本文通過自平衡樁基檢測技術在上海某上下同步逆作法工程中的成功應用，為(wei) 類似工程提供借鑒意義(yi) 。
2 工程概況
本工程位於(yu) 上海國際旅遊度假區的南大門，總建築麵積94847平方米，其中建築地下麵積49310平方米，建築地上麵積45537平方米，地下三層，地上十層，建築高度45m，如圖1所示。采用樁筏基礎，普遍開挖深度17.5m，基坑麵積1800m2。
圖1 項目整體(ti) 概況
工程工期緊張，周邊保護情況複雜，場地有限，因此采用上下同步逆作法施工。正常使用階段中，上部結構荷載由四樁承台形式共同承擔，主樓區域單樁承載力7000KN。但在逆作施工階段中，上部結構自重和施工荷載全部由單根鑽孔灌注樁承擔，本工程主樓區域單樁豎向極限抗壓承載力達27000KN。為(wei) 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計要求以及在設計荷載作用下樁的沉降量，同時為(wei) 設計提供依據，需進行基樁檢測試驗。
本次所進行的靜載試驗樁位於(yu) 主樓區域，為(wei) 大承載力鑽孔灌注樁（標號SPC1），見圖2。樁徑1200mm，樁頂-14.95m，樁底標高-79.95m，有效樁長65m，樁尖進入⑨細砂層。采用樁端後注漿的施工工藝，注漿水泥量為(wei) 5t，注漿壓力為(wei) 2MPa。
圖2 測試樁位示意圖
基樁靜載試驗主要有三種加載方法：堆載法、錨樁法和自平衡法。針對檢測樁實際情況，對三種加載方法從(cong) 技術、成本、進度方麵進行了對比，可知自平衡法檢測技術在大噸位試樁試驗中具有不可比擬的優(you) 勢，特別適用於(yu) 類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗，如表1所示。
表1 三種基樁靜載試驗比較
3 自平衡法靜載試驗
3.1 基本原理
自平衡法工作原理是把一種特製的加載裝置——荷載箱（荷載箱埋置深度根據樁及土層預先估算）和鋼筋籠焊接在一起埋入樁內(nei) ，將荷載箱的高壓油管引到地麵，然後澆注成樁[1-3]。由高壓油泵在地麵向荷載箱充油加載，荷載箱將力傳(chuan) 遞到樁身，其上部樁身的摩擦力與(yu) 下部樁的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡來維持加載。根據向上向下Q-s曲線、s-lgT曲線、s-lgQ曲線以及等效轉換曲線確定基樁承載力和相應沉降，見示意圖3所示。
圖3 自平衡法靜載試驗示意圖
對於(yu) 上下同步逆作法工程，基坑底以上部分為(wei) 鋼管與(yu) 填充材料之間的摩擦力，區別於(yu) 常規項目中混凝土樁與(yu) 土之間的摩擦力。由於(yu) 前者摩擦力相對較小，在計算試驗樁極限承載力時可以忽略不計。但後者必須考慮此段摩擦力，由於(yu) 其計算值和實際值存在誤差，因此較難精確計算試驗樁極限承載力值。另外在計算時要考慮由於(yu) 混凝土泛漿部分的影響。
3.2 檢測流程
3.2.1 加載設備
1）檢測樁采用一隻環形荷載箱，其加載值的率定曲線由計量部門標定。
2）使用高壓油泵和0.4級精密壓力表進行加壓，壓力表最大加壓值為(wei) 60MPa，其壓力表亦由計量部門標定。
3.2.2 位移量測
檢測時每根樁采用4隻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梁上，2隻用於(yu) 量測荷載箱頂板的向上位移，2隻用於(yu) 量測荷載箱底板的向下位移。
3.2.3 加載檢測
檢測按照《基樁靜載試驗自平衡法》（JT/T 738-2009）進行，加載采用慢速維持荷載法，每級加載值為(wei) 預估極限承載力的1/10，按10級9次加載，第一次按兩(liang) 倍荷載分級加載，卸載分5級進行。每級加（卸）載後第1h內(nei) 應在第5、10、15、30、45、60min測讀位移，以後每隔30min測讀一次，達到相對穩定後方可加（卸）下一級荷載。卸載到零後應至少觀測2h，測讀時間間隔同加載。整個(ge) 試驗過程順利，未出現異常情況，試驗數據真實可靠。
3.4 檢測結果分析
3.4.1 極限承載力
極限承載力的確定是靜載試驗的首要目的，根據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，單位為(wei) 千牛（kN）；
Quui ——試樁i上段樁的加載極限值，單位為(wei) 千牛（kN）；
Qlui ——試樁i 下段樁的加載極限值，單位為(wei) 千牛（kN）；
Wi ——試樁i荷載箱上部樁自重，單位為(wei) 千牛（kN），若荷載箱處於(yu) 透水層，取浮自重；
γi ——試樁i的抗托係數，根據荷載箱上部土的類型確定：粘性土、粉土γi =0.8；砂土γi =0.7；岩石γi =1，若上部有不同類型的土層，γi i取加權平均值（本工程取γi =0.8）。
依據現場實測的數據繪製了自平衡法靜載試驗曲線，詳見圖4。上段樁的加載極限值Quu=13500KN，下段樁的加載極限值Qlu =13500KN，荷載箱上部樁自重W=2000 KN，根據公式（1）得出該檢測樁的抗壓極限承載力Pu=27875 KN，滿足設計承載力特征值27000kN的要求。
圖4 自平衡法靜載試驗曲線
3.4.2 等效轉換
為(wei) 了更準確的分析單樁的極限承載力，可以將自平衡法試驗結果等效轉換為(wei) 傳(chuan) 統靜載試驗Q-S曲線，利用傳(chuan) 統靜載的單樁極限承載力確定方法進行輔析，同時，也可以很好的驗證自平衡法的有效性。
自平衡法測試結果向傳(chuan) 統靜載試驗的樁頂荷載—位移曲線轉換方法根據向上向下位移同步的原則擬合，即通過位移進行疊加荷載的方法。根據兩(liang) 種測試方法的受力分析，可以得出以下公式：
式中P為(wei) 轉換後樁頂荷載，S為(wei) 轉換後樁頂位移，Q +為(wei) 荷載箱向上加載值，Q ‑為(wei) 荷載箱向下加載值，為(wei) 樁身壓縮量， S -為(wei) 向下位移，K為(wei) 轉換係數，K=1/γ。
樁上段的樁身壓縮量△s為(wei) 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：△S1——受壓樁上段在荷載箱下段力作用下產(chan) 生的彈性壓縮變形量；△S2——受壓樁上段在荷載箱上段力作用下產(chan) 生的彈性壓縮變形量。
式中：Q-——荷載箱向下荷載，單位為(wei) 千牛（kN）；Q+——對應於(yu) 自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對值等於(yu) S-時的上段樁荷載，單位為(wei) 千牛（kN）；L——上段樁長度，單位為(wei) 米（m）；EP——樁身彈性模量，單位為(wei) 千帕（kPa）；AP——樁身截麵麵積，單位為(wei) 平方米（m2）；W——試樁i荷載箱上部樁自重，單位為(wei) 千牛（kN）。
Pu的取值對於(yu) 自平衡法而言，每一加載等級由荷載箱產(chan) 生的向上、向下的力是相等的，但所產(chan) 生的位移量是不相等的。因此，Q+應該是對應於(yu) 自平衡法Q+-S+曲線中上段樁位移絕對值等於(yu) S-時的上段樁荷載。加載曲線詳見圖5。
圖5 SPC1樁等效樁頂加載曲線
2.5.2 檢測結果
SPC1樁抗壓極限承載力為(wei) 27875kN，根據等效轉換樁頂加載曲線，其對應沉降量為(wei) 58.70mm，承載力特征值為(wei) 13938kN，滿足設計承載力特征值13500kN的要求。對應沉降量為(wei) 17.48mm，滿足規範差異沉降不宜大於(yu) 1/400柱距，且不宜大於(yu) 20mm,詳見表2。
表2 SPC1樁檢測結果
四、結論
自平衡法樁基檢測技術具有不占用施工場地、不影響施工進度、工地安全易保障、檢測單樁承載力大、檢測成本易控製等優(you) 點，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存在諸多弊端。本工程的成功實踐說明自平衡法樁基檢測技術在在上下同步逆作法工程中具有很好的推廣和應用價(jia) 值，但自平衡法在理論計算上尚有一定缺陷，荷載箱位置計算仍容易產(chan) 生誤差。測得的樁承載力往往較實際值小，偏於(yu) 保守安全，因此自平衡法仍值得進一步的研究及深化空間。
轉自《中國岩土網》