1引言

上下同步逆作法是在地下結(jié)構(gòu)施工同步進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵施工工法。上部結(jié)構(gòu)施工層數(shù)及進(jìn)度則根據(jù)樁基的布置和承載力、地下結(jié)構(gòu)狀況、上部建筑荷載等確定。其中樁基承載力的確定在上下同步逆作法施工過(guò)程尤為重要。

技術(shù)常規(guī)有堆載法和錨樁法兩類方法。但針對(duì)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(shí)，常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)在場(chǎng)地、工期和造價(jià)均不能很好地滿足對(duì)工程需要，因此考慮選擇上海使用并不多的自平衡樁基檢測(cè)技術(shù)。本文通過(guò)自平衡樁基檢測(cè)技術(shù)在上海某上下同步逆作法工程中的成功應(yīng)用，為類似工程提供借鑒意義。

2 工程概況

本工程位于上海國(guó)際旅游度假區(qū)的南大門(mén)，總建筑面積94847平方米，其中建筑地下面積49310平方米，建筑地上面積45537平方米，地下三層，地上十層，建筑高度45m，如圖1所示。采用樁筏基礎(chǔ)，普遍開(kāi)挖深度17.5m，基坑面積1800m²。

圖1 項(xiàng)目整體概況

   工程工期緊張，周邊保護(hù)情況復(fù)雜，場(chǎng)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(jié)構(gòu)荷載由四樁承臺(tái)形式共同承擔(dān)，主樓區(qū)域單樁承載力7000KN。但在逆作施工階段中，上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載全部由單根鉆孔灌注樁承擔(dān)，本工程主樓區(qū)域單樁豎向極限抗壓承載力達(dá)27000KN。為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(shè)計(jì)要求以及在設(shè)計(jì)荷載作用下樁的沉降量，同時(shí)為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，需進(jìn)行基樁檢測(cè)試驗(yàn)。

本次所進(jìn)行的靜載試驗(yàn)樁位于主樓區(qū)域，為大承載力鉆孔灌注樁（標(biāo)號(hào)SPC1），見(jiàn)圖2。樁徑1200mm，樁頂-14.95m，樁底標(biāo)高-79.95m，有效樁長(zhǎng)65m，樁尖進(jìn)入⑨細(xì)砂層。采用樁端后注漿的施工工藝，注漿水泥量為5t，注漿壓力為2MPa。

圖2 測(cè)試樁位示意圖

基樁靜載試驗(yàn)主要有三種加載方法：堆載法、錨樁法和自平衡法。針對(duì)檢測(cè)樁實(shí)際情況，對(duì)三種加載方法從技術(shù)、成本、進(jìn)度方面進(jìn)行了對(duì)比，可知自平衡法檢測(cè)技術(shù)在大噸位試樁試驗(yàn)中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，特別適用于類似本工程的上下同步逆作法工程的靜載試驗(yàn)，如表1所示。

表1 三種基樁靜載試驗(yàn)比較

3 自平衡法靜載試驗(yàn)

3.1基本原理

自平衡法工作原理是把一種特制的加載裝置——（荷載箱埋置深度根據(jù)樁及土層預(yù)先估算）和鋼筋籠焊接在一起埋入樁內(nèi)，將荷載箱的高壓油管引到地面，然后澆注成樁^[1-3]。由高壓油泵在地面向荷載箱充油加載，荷載箱將力傳遞到樁身，其上部樁身的摩擦力與下部樁的摩擦力及端阻力相平衡——自平衡來(lái)維持加載。根據(jù)向上向下Q-s曲線、s-lgT曲線、s-lgQ曲線以及等效轉(zhuǎn)換曲線確定基樁承載力和相應(yīng)沉降，見(jiàn)示意圖3所示。

圖3 自平衡法靜載試驗(yàn)示意圖

對(duì)于上下同步逆作法工程，基坑底以上部分為鋼管與填充材料之間的摩擦力，區(qū)別于常規(guī)項(xiàng)目中混凝土樁與土之間的摩擦力。由于前者摩擦力相對(duì)較小，在計(jì)算試驗(yàn)樁極限承載力時(shí)可以忽略不計(jì)。但后者必須考慮此段摩擦力，由于其計(jì)算值和實(shí)際值存在誤差，因此較難精確計(jì)算試驗(yàn)樁極限承載力值。另外在計(jì)算時(shí)要考慮由于混凝土泛漿部分的影響。

3.2檢測(cè)流程

3.2.1加載設(shè)備

1）檢測(cè)樁采用一只環(huán)形荷載箱，其加載值的率定曲線由計(jì)量部門(mén)標(biāo)定。

2）使用高壓油泵和0.4級(jí)精密壓力表進(jìn)行加壓，壓力表最大加壓值為60MPa，其壓力表亦由計(jì)量部門(mén)標(biāo)定。

3.2.2 位移量測(cè)

檢測(cè)時(shí)每根樁采用4只電子位移測(cè)量檢測(cè)樁位移量的變位，通過(guò)位移滑塊固定在基準(zhǔn)梁上，2只用于量測(cè)荷載箱頂板的向上位移，2只用于量測(cè)荷載箱底板的向下位移。

3.2.3 加載檢測(cè)

檢測(cè)按照《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》（JT/T 738-2009）進(jìn)行，加載采用慢速維持荷載法，每級(jí)加載值為預(yù)估極限承載力的1/10，按10級(jí)9次加載，第一次按兩倍荷載分級(jí)加載，卸載分5級(jí)進(jìn)行。每級(jí)加（卸）載后第1h內(nèi)應(yīng)在第5、10、15、30、45、60min測(cè)讀位移，以后每隔30min測(cè)讀一次，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后方可加（卸）下一級(jí)荷載。卸載到零后應(yīng)至少觀測(cè)2h，測(cè)讀時(shí)間間隔同加載。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程順利，未出現(xiàn)異常情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

3.4 檢測(cè)結(jié)果分析

3.4.1 極限承載力

極限承載力的確定是靜載試驗(yàn)的首要目的，根據(jù)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：P_ui ——試樁i的單樁極限承載力，單位為千牛（kN）；

     Q_uui ——試樁i上段樁的加載極限值，單位為千牛（kN）；

     Q_lui ——試樁i 下段樁的加載極限值，單位為千牛（kN）；

     W_i ——試樁i荷載箱上部樁自重，單位為千牛（kN），若荷載箱處于透水層，取浮自重；

   γ_i ——試樁i的抗托系數(shù)，根據(jù)荷載箱上部土的類型確定：粘性土、粉土γ_i =0.8；砂土γ_i =0.7；巖石γ_i =1，若上部有不同類型的土層，γ_i i取加權(quán)平均值（本工程取γ_i =0.8）。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)繪制了自平衡法靜載試驗(yàn)曲線，詳見(jiàn)圖4。上段樁的加載極限值Q_uu=13500KN，下段樁的加載極限值Q_lu =13500KN，荷載箱上部樁自重W=2000 KN，根據(jù)公式（1）得出該檢測(cè)樁的抗壓極限承載力P_u=27875 KN，滿足設(shè)計(jì)承載力特征值27000kN的要求。

圖4  自平衡法靜載試驗(yàn)曲線

3.4.2 等效轉(zhuǎn)換

為了更準(zhǔn)確的分析單樁的極限承載力，可以將自平衡法試驗(yàn)結(jié)果等效轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)Q-S曲線，利用傳統(tǒng)靜載的單樁極限承載力確定方法進(jìn)行輔析，同時(shí)，也可以很好的驗(yàn)證自平衡法的有效性。

自平衡法測(cè)試結(jié)果向傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的樁頂荷載—位移曲線轉(zhuǎn)換方法根據(jù)向上向下位移同步的原則擬合，即通過(guò)位移進(jìn)行疊加荷載的方法。根據(jù)兩種測(cè)試方法的受力分析，可以得出以下公式：

式中P為轉(zhuǎn)換后樁頂荷載，S為轉(zhuǎn)換后樁頂位移，Q ⁺為荷載箱向上加載值，Q ^?為荷載箱向下加載值，為樁身壓縮量， S ^-為向下位移，K為轉(zhuǎn)換系數(shù)，K=1/γ。

樁上段的樁身壓縮量△s為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(chǎn)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(chǎn)生的彈性壓縮變形量。

式中：Q^-——荷載箱向下荷載，單位為千牛（kN）；Q⁺——對(duì)應(yīng)于自平衡法Q⁺-S⁺曲線中上段樁位移絕對(duì)值等于S^-時(shí)的上段樁荷載，單位為千牛（kN）；L——上段樁長(zhǎng)度，單位為米（m）；E_P——樁身彈性模量，單位為千帕（kPa）；A_P——樁身截面面積，單位為平方米（m²）；W——試樁i荷載箱上部樁自重，單位為千牛（kN）。

P_u的取值對(duì)于自平衡法而言，每一加載等級(jí)由荷載箱產(chǎn)生的向上、向下的力是相等的，但所產(chǎn)生的位移量是不相等的。因此，Q⁺應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于自平衡法Q⁺-S⁺曲線中上段樁位移絕對(duì)值等于S^-時(shí)的上段樁荷載。加載曲線詳見(jiàn)圖5。

圖5  SPC1樁等效樁頂加載曲線

2.5.2檢測(cè)結(jié)果

    SPC1樁抗壓極限承載力為27875kN，根據(jù)等效轉(zhuǎn)換樁頂加載曲線，其對(duì)應(yīng)沉降量為58.70mm，承載力特征值為13938kN，滿足設(shè)計(jì)承載力特征值13500kN的要求。對(duì)應(yīng)沉降量為17.48mm，滿足規(guī)范差異沉降不宜大于1/400柱距，且不宜大于20mm,詳見(jiàn)表2。

表2 SPC1樁檢測(cè)結(jié)果

四、結(jié)論

自平衡法樁基檢測(cè)技術(shù)具有不占用施工場(chǎng)地、不影響施工進(jìn)度、工地安全易保障、檢測(cè)單樁承載力大、檢測(cè)成本易控制等優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)存在諸多弊端。本工程的成功實(shí)踐說(shuō)明自平衡法樁基檢測(cè)技術(shù)在在上下同步逆作法工程中具有很好的推廣和應(yīng)用價(jià)值，但自平衡法在理論計(jì)算上尚有一定缺陷，荷載箱位置計(jì)算仍容易產(chǎn)生誤差。測(cè)得的樁承載力往往較實(shí)際值小，偏于保守安全，因此自平衡法仍值得進(jìn)一步的研究及深化空間。