抗拔桩检测技术.doc

抗拔桩检测技术【内容提要】概述了围护结构支护体系在地铁明挖深基坑的应用，并对广州地铁三号线北延段施工12标龙归站排桩围护结构钻孔桩的内力及变形进行了分析。【关键词】明挖法 排桩围护结构 朗肯土压力 理正深基坑 瑞典条分法 连续梁0 前言地铁车站施工，尤其是南方地铁施工，车站处于地下，由于地下常水位普遍位于车站底板面以上，地下地铁车站的抗浮是目前地铁工程建设中一个经常面临的问题,通常采取的措施是：一、当车站顶板露出地面以上时，可以在底板以下设抗拔桩，利用桩自重及桩与桩周土的摩阻力来抵抗水浮力；二、当顶板以上有覆土时，在围护桩顶冠梁位置设抗浮压顶梁，,利用围护桩自重及其与地层的摩阻力共同抗浮；三、如果场地足够大到施工可以放坡开挖的情况，可以在底板两侧设增抗浮趾板，利用趾板以上的填土自重抵抗水浮力。总之，无论采取何种措施，最终目的都是确保车站能满足抗浮的要求。本文主要阐述的就是抗拔桩作为抗浮措施时的试验原理及试验过程1 工程简介广州市轨道交通三号线北延段施工12标【高增站】为明挖地下一层岛式站台、地面一层站厅及二层设备管理用房。车站站厅为远期预留。车站抗浮措施为抗拔桩和压顶梁措施，在13-18轴和24-34轴采用压顶梁，对后期站厅露出地面的18-24轴采用抗拔桩措施。抗拔桩直径为1200mm，桩沿车站轴线布置，桩间距为4.5m，桩长根据地质情况由8.316.8m不等。抗拔桩桩底必须嵌入持力层，桩基抗拔力根据部位分别为3100KN和6200KN。根据设计要求，需抽取一根抗拔桩进行抗拉拔检测，该桩施工过程中，必须按要求埋设抗拔承载力检测压力盒。同时留置同体试件，待试件强度达到设计强度的70%后，且龄期超过15d，即可进行抗拔承载力检测，检测结果必须满足设计承载力要求。2 抗拔桩检测方法传统抗拔桩承载力测定主要是堆载静压试验法，反力装置采用压重平台和锚桩承载梁、反力架装置等，需要投入大量的人力、物力和时间，并且随着桩径、桩长的增大，其需要的反力亦随之增大，传统方法已很难满足需要，尤其是在地铁车站施工中，一是必须在深基坑内进行试验，这给采用堆载静压试验相对难度加大，: C# r, % z二是作业空间狭窄，采用该方法完成承载力检测十分困难。本站抗拔桩施工采用了桩底加载实验方法（即自平衡测试法），与传统方法相比，自平衡测试法受荷点不一样，自平衡法对抗拔承载力的测试，加荷位置为桩底；自平衡测试法只能测试桩侧岩土的抗拔力，不能测定桩身抗拔力；当抗拔位移较大时，受荷点处混凝土会出现开裂现象，但受荷点处为荷载箱，由大量的钢构件组成，且位于桩底，不至于影响桩身的承载力，并可对开裂处沿位移管进行注浆处理。总之自平衡测试法解决了采用静压试验无法完成承载力检测的难处，同时也解决了要求承载力高的难题；桩基自平衡测试法通过桩自身阻力作反力，避免了庞大的反力装置，其装置简单，准备工作省时省力，并且可以节省大量试验费用。3 自平衡检测技术3.1检测原理0 v8 J I* g* t- E1 r桩基静载试验自平衡测试技术，是把一种特制的加载装置荷载箱，在混凝土浇注之前和钢筋笼焊接在一起埋入桩内，将荷载箱的高压油管和位移棒引到地面，然后浇注成桩。由高压油泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡自平衡来维持加载对基桩抗拔静载试验将荷载箱置于桩底，基桩抗拔静载试验示意图如图1所示。图1 基桩抗拔自平衡试验示意图3.2适用范围自平衡测桩法适用于淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、岩层以及黄土、冻土、岩溶特殊土中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩、管桩，包括摩擦桩和端承桩。特别适用于传统静载试桩相当困难的大吨位试桩、水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩等情况。对直径D1.5m试桩检测可采用小直径桩模拟测试以确定单位面积的摩阻力、端阻力极限值，模拟桩的直径不应小于800mm，最后根据实际尺寸通过换算确定单桩极限承载力。当埋设有桩身应力、应变测量元件时，尚可直接测定桩周各土层的极限侧阻力。3.3荷载箱放置方法及技术0 |2 v. E6 B. x自平衡试验法的主要装置是经过特别设计的液压千斤顶式的荷载箱，也称为压力单元。荷载箱是一次性的。形状为（空心圆柱式）。试验装置直径稍小于桩径（相差20cm左右），在其上下分别布置两块钢板（或橡胶板）使试验装置不致被混凝土所凝固。当试验装置在灌注桩的底部以上时，可以将几个试验装置布置在钢筋笼之间的四周，以便中间通过导管灌筑砼。连接试验装置和油泵的油管和位移棒事先事先沿着钢筋笼布置固定，并引到地面，然后浇筑成桩。由高压泵在地面向荷载箱充油加载，荷载箱将力传递到桩身，其桩身的摩擦力与桩端阻力相平衡自平衡来维持加载。荷载箱示意图见图2。* M$ t5 W4 t, k. V D/ Bs f% X图2 荷载箱示意图本次试验荷载箱焊接于钢筋笼底部，做好输压竖管与顶盖、芯棒与活塞之间的连接工作，然后下放至孔底。此前应先在孔底清孔、注浆、找平，使试验装置受力均匀。然后灌注混凝土，待混凝土强度等级达到设计要求后进行试验。荷载箱与钢筋笼的连接见图3。图3 荷载箱与钢筋笼焊接示意图3.4测试设备的要求 6 r0 T1 J; t% u. F* |( B1、荷载箱：本试桩采用东南大学的专利产品荷载箱，行程15cm，高度一般为40cm，直径为1000mm，其加载值的率定曲线由计量部门标定，埋设位置抗拔桩为桩端。荷载箱必须经法定检测单位标定。荷载箱平放于试桩中心；荷载箱位移方向与桩身轴线夹角50，荷载箱极限加载能力应大于预估极限承载力的1.2倍。8 h! J: C& D3 L& A6 n2、荷载与位移的量测仪表：采用联于荷载箱的压力表测定油压，根据荷载箱率定曲线换算荷载。试桩位移一般采用百分表或电子位移计测量。采用专用装置测定向上位移和向下位移。对于直径很大及有特殊要求的桩型，可对称增加各一组位移测试仪表。固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其他外界因素的影响以防止发生竖向变位。3、基准梁：要有足够的刚度，不会产生变形，试桩和基准桩之间的中心距离应大于等于3D且不小于2.0m。4、护管与钢筋笼：护管与钢筋笼焊接成整体，荷载箱与钢筋笼焊接在一起，护管还应与荷载箱顶盖焊接，焊缝应满足强度要求，并确保护管不渗漏水泥浆。荷载箱摆放处一般宜有加强措施，可配置加密钢筋网2层。3.5检测时应满足的休止时间G. J6 a- I4 b3 n4 j- n* Y0 i 荷载箱埋设后待混凝土达到一定（70%左右）强度，且土体稳定（砂类土10天，粉土和粘性土15天）后即可测试。3.6现场试验方法3.6.1试验加载装置试验加载装置采用自平衡法反力装置。3.6.2量测装置 抗拔力利用连接于油泵的压力表进行量测，位移量利用百分表进行量测，在桩顶对称安装2只百分表，按规定时间测定沉降量。3.6.3试验加载方法和位移量测（1）加载方法：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后方可加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合实际工程桩的荷载特征，可采用多循环加、卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）。当考虑缩短试验时间，对于工程桩作检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔2小时加一级荷载。（2）加卸载与位移观测：加载分级：每级加载为预估极限荷载的1/101/15，第一级可按2倍分级荷载加荷。, 9 i. R u) : M位移观测：每级加载后间隔5、10min各读一次，以后每隔15min测读一次，累计1小时后每隔30min测读一次。每次测读值记入试验记录表。: 位移相对稳定标准：每一小时的桩顶上拔量不超过0.1mm并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。（3）终止加载条件：当出现下载情况之一时，即可终止加载。在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍；按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100时；按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍。达到设计要求的最大上拔荷载值。2 D3 P4 d w j2 N8 e! b（4）卸载与卸载位移观测：每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次后，隔30min再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔34h再读一次。（5）单桩竖向极限承载力的确定 根据上拔量随荷载的变化特征确定：对于陡变型U-曲线,取陡升起始点对应的荷载值； 根据上拔量随时间变化的特征确定：取-lgt曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显弯曲的前一级荷载； 当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载值。图4 自平衡测试现场示意图3.7测试情况# ?, f/ D- m- S! L0 4 P本次检测的桩号为根试桩，试验最终加载-位移情况见表1。每级加载为预估极限荷载的1/10，第一级可按2倍分级荷载加荷；测试采用慢速维持荷载法，即逐级加载。该桩成桩日期及试验日期见表2：试验最终加载-位移情况一览表 表1测试桩编号设计要求承载力值（KN）最终加载值(KN)最大上拔量(mm)残余上拔量(mm)抗拔承载力特征值对应上拔量(mm)Z21310031003.031.953.03表2 抗拔桩基本特征表测试桩编号桩径(mm)有效桩长（m）成桩日期试验日期砼等级最大试验荷载(kn)Z21120082008-7-32008-9-1C3031000 i4 u1 ?/ ! 此次试桩所测得的曲线为缓变型,试验加载到3100KN时，上拔量为3.03mm，上拔量不大，而且U-曲线平缓，无明显陡升段，-lgt曲线呈平缓规则排列。所测得各桩U-、-lgt