菜市口车站南北盖挖段钢管柱柱下桩基极限承载力检测方法研究

菜市口车站南北盖挖段钢管柱柱下桩基极限承载力检测方法研究

1钢管柱下桩基京盛口车站位于北京市广安街与京盛口街、玄武门外街交汇处，向北和向南行驶。线路的中心和道路的中心基本相同，这与规划中的地铁7号线“10”形成了转换关系。车站全长173.2m,宽21.9m,三层车站结构高19.73m,结构顶板最小覆土3.5m。车站设计为北端47.8m、南端57.4m的三层车站盖挖结构,中段为68m的暗挖结构和部分与七号线换乘的明挖结构。南北盖挖段共有中柱30根,其中南段14根,北段16根。中柱横向间距6200mm或8000mm,纵向间距6200、6000mm或6300mm。车站底板以上为ϕ800mm钢管柱;车站底板以下为ϕ1800mm钢管柱柱下桩基,为C30钢筋混凝土钻孔桩。其中ϕ800mm钢管柱底孔深24m;ϕ1800mm钢管柱柱下基桩底孔深48m。钢管柱柱下桩基工程地质如表1所示。南北盖挖段交通导改批复工期为:2004年9月1日至2005年3月4日,共计6个月时间。工程必须在6个月内完成南北段顶板施工并恢复原有道路。依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94要求,菜市口站钢管柱柱下桩基施工前,应进行桩基试验桩检测,检验单桩竖向抗压承载力是否满设计要求,检测试验桩根数2根;钢管柱柱下桩基施工后,应进行灌注桩基完整性检测,检验桩体质量是否满足设计要求,检测数量为30根;钢管柱及柱下桩基全部施工完成后,应进行工程桩极限承载力检测,以检验工程桩极限承载力是否满足设计要求,检测根数5根。2施工中必须解决的问题钢管柱及柱下桩基施工方法、机具设备的选择;桩基试验桩、桩基质量检测和桩基极限承载力检测方法的选择。3施工方法确定由于考虑到受现场施工场地狭小,工期紧,桩基直径粗、埋深大、检测种类多,试验难度高等诸多因素的影响,施工前研究了许多类似的工程实例,并且邀请检测单位、业内专家共同进行方案比选。认为在制定施工方法时必须为检测试验创造条件,同时考虑到现场的实际情况,检测方法在满足试验规范的条件下,要尽可能地选择既简单又先进的方法,这样才能既满足施工进度又可以降低施工难度。经反复论证最终施工方法确定为:24m深钢管柱部分,采用人工挖孔,钢筋混凝土护壁,为钢管柱施工定位、柱下桩基检测试验创造条件;48m深钢管柱柱下ϕ1800mm钢筋混凝土桩基,采用德国宝峨25旋挖钻机泥浆护壁成孔,水下混凝土灌注。为便于桩机下钻、提钻,人工挖孔部分的有效内径定为1.9m。4堆垛机技术措施和方法4.1早强剂的用量人工挖孔每次1m,现浇钢筋混凝土护壁,每节长1m,护壁厚度200mm,混凝土强度等级C20,并且在混凝土中掺加适量早强剂。开挖深度24m。护壁钢筋主筋采用12ϕ16(Ⅱ级),箍筋ϕ8@200(Ⅰ级),主筋上下层之间采用焊接,焊接长度≥10d(d为钢筋直径),以使上下两节形成整体(见图1)。护壁形式采用外齿式护壁,上下搭接5cm,作为施工衬体,增加了抗坍孔的能力。4.2污水柱下基桩机械钻孔混凝土灌溉12桩定位根据复测无误的导线坐标、水准基点进行桩位放样,并设护桩,以便检查使用。22石材投影钻机对位时要保持平稳,不发生倾斜移位,对位误差≤20mm,并在钻进中每班检查对位情况,发生偏移立即纠正。3孔采用旋挖钻钻孔,钻孔作业连续进行,并经常注意地层的变化,作好钻孔记录。钻机开钻或进入砂卵石层时,以低速钻进,防止钻进中坍孔。41泥浆保护墙土质不良(砂卵石层、松散土层)时,可在泥浆中加入适量膨润土和碳酸钠,以增加泥浆粘度及护壁能力。5清朝孔清孔时,保护孔内水头的高度,防止坍孔,孔底沉淀物厚度小于10cm,采用抽浆法清孔。63主孔检查钻孔达到设计深度清孔后,对孔径、斜度、泥浆沉淀的厚度等进行检查,确认各项技术指标符合下列要求后,方可进行下道工序的施工。7钢筋笼搭接钢筋笼采用箍筋成型,在钢筋加工厂分段成型后运至施工现场,主筋采用现场汽车吊吊装入孔时进行搭接焊,笼体要求整体焊接牢固。每隔3.0～4.0m环向设置耳环定位筋焊接于主筋上,以保证钢筋笼的保护层厚度。钢筋笼的顶面及底面标高误差≤5cm,纵横向误差满足规范要求。然后固定好钢筋笼的位置,以免混凝土灌注过程中钢筋笼发生位移或上浮。8水下混凝土灌注钢筋笼安装完毕后,重新检查沉淀量≤10cm,即可灌桩。混凝土灌注使用ϕ25cm导管进行,导管提前进行压力试验。封底前向导管内放入球胆作为隔水塞,封底后导管埋深≥1m,水下混凝土灌注连续进行,不得中断,灌注过程中导管埋深≥2m,也不大于6m,混凝土的坍落度为18～22cm。配备泥浆泵,以便泥浆循环使用。混凝土灌注过程中认真记录浇筑混凝土的数量及导管埋深。灌注的桩顶混凝土标高比设计高出0.5～1.0m,预加高度必须在混凝土强度达到2.5MPa后凿除。91桩基施工完成后，桩顶预留混凝土钻孔桩各项技术指标如表2所示。5堆栈试验技术方法和方法5.1对管道柱下桩基的试验桩的检测5.1.1试验的目通过试验桩确定单桩竖向抗压极限承载力,为合理确定桩长、桩径,为施工图设计提供充分依据。5.1.2荷载箱引浇注自平衡试桩法是接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法。试验前把特制的加载装置——荷载箱,与钢筋笼焊接后安装在桩身平衡点处,并将荷载箱的高压油管和位移杆一同引到地面后,再浇注混凝土。试验时,从桩顶通过高压油泵向荷载箱充油,对荷载箱内腔施加压力,箱顶与箱底被分开,产生向上与向下的推力,从而调动桩周土的侧阻力与端阻力,如图2所示。5.1.3设备1dbd0.8m-b型高压油泵最大加压值①环形荷载箱每根试验桩采用一个荷载箱,荷载箱最大行程100mm,最大加压值2×10000kN,埋设位置如图2所示;②DBD0.8M-B型高压油泵最大加压值为60MPa;③GYB-10S型压力传感器最大加压值为70MPa,精度1kN。2过磁性表座的固定①位移传感器量程50mm,每桩6只,通过磁性表座固定在基准钢梁上,2只用于量测桩身荷载处的向上位移,2只用于量测桩身荷载处的向下位移,2只用于量测桩顶向上位移。3数据存储及运行控制计算机及数据自动采集仪一套。试验中数据采集工作由采集仪按预先设定好的程序自动完成并将数据存储在计算机中,荷载箱的加载、补载、卸载由计算机自动控制。5.1.4试验程序试验采用慢速维持荷载法,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。1添加和卸载分类①加载分级每级加载值为估计极限承载力的1/20,第1级可按2倍荷载加荷;②卸载分级卸载分级进行,每级卸载量为2个加载级的荷载值。2桩顶沉降量测读每级加载后第1h内在5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量,以后每隔30min测读一次。位移传感器连接到微机,直接由微机控制测读,同时在微机屏幕上显示Q-s曲线、s-lgT曲线和s-lgQ曲线。3评估标准每级加载下沉量,在每小时内小于0.1mm并连续出现两次,即可认为稳定,可加载下一级荷载。42卸载测试每级卸载后,应观察桩顶的回弹量,观察办法与加载相同。卸载到零后,在3h内每30min观察一次。5前一级荷载作用下桩的位移量①试验桩荷载箱达到最大加载值;②某级荷载作用下,桩的位移量为前一级荷载作用下沉降量的5倍;③某级荷载作用下,桩的位移量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且经24h尚未达到相对稳定;④试验桩累计沉降量超过40mm。5.1.5测试数据见表35.1.6分析的结果1公式法分析的结果依据江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规范》DB32/T291-1999综合分析确定如表4所示。23等级分析的结果根据等效转换法,最大沉降对应的荷载值为单桩极限承载力。1、2号试验桩的等效转换荷载-沉降分析结果如表5所示。5.1.7试验结论11试验桩单桩竖向抗压极限承载力为28411kN,相应的沉降为16.86mm。22试验桩单桩竖向抗压极限承载力为28411kN,相应的沉降为29.47mm。5.2基本桩的完整性检测5.2.1反射波识别原理采用反射波法,即“基桩低应变法”。在桩顶施加竖向击振力,由此产生的弹性波沿着桩身向下传播,当桩身存在有明显的波阻抗界面时,将产生反射波。利用安装在桩顶部的传感器接收反射信号,经放大、过滤和数据处理,识别来自桩身不同部位的反射信息。依据波列图中入射波和反射波的相位、振幅、频率及波的到达时间等特征,判断桩身质量。本方法适用于检测混凝土桩身的完整性,判断桩身缺陷的程度及位置。5.2.2材料、试剂和仪器击振器:自制力锤;加速度传感器:CA-YD-132型、SY-3型;笔记本微机:三星P30型;信号采集分析仪:武汉岩土所RSM24FD型;桩基完整性检测仪:PDC-LA型;打印机:联想LJ6012MFP型。5.2.3样品检测方法检测率为100%,共30根。5.2.4检测率低的桩分布①工程桩总数30根;②检测桩数30根;检测率100%。其中Ⅰ类桩29根,占检测桩数96.7%;Ⅱ类桩1根,占检测桩数3.3%。该工程检测数据表明,桩体结构完整。5.3设计单元的极限轴承检测5.3.1检测方法和数量采用高应变动力试桩法,抽检全部工程桩中的5根进行检验。5.3.2测试过程1桩侧搭设工作平台的直径和高度①桩柱顶部接长段浇筑接长段高度为1.5m,与原柱顶应连为一体,其直径应与原柱直径相同(均为80cm);②桩侧搭设工作平台气割操作及安装和调整传感器时需要,应确保工作台牢固安全以便工作人员站在其上操作;③桩顶铺设5cm厚的粗砂为保证重锤落下后锤击力均匀。2重锤冲击试验①在桩侧割方孔在接长段两侧的钢桶壁上用气割各切开一个30cm的方孔,以便传感器可以安装在混凝土表面,方孔的中心距接长后的柱顶距离为1.2m;②安装传感器两侧的传感器安装应对称,安装部位的桩侧混凝土表面应平整牢固;③吊车将重锤吊放在桩顶安放时锤心与桩柱中心应重合;④重锤挂起用特制吊车挂上脱钩器,用脱钩器扣紧20t重锤后起吊至一定高度(一般为1～2m,具体取决于试验时的需要);⑤锤击打开脱钩器使重锤下落冲击桩顶,传感器接收冲击信号并传入采集仪;根据采集的信号情况,调整落距重复进行若干次冲击;⑥资料整理采集的信号需回到室内传入计算机中进行数据处理与分析。5.3.3硬件和硬件设备1应变传感设备包括数据采集仪主机,内装放大的压电式加速度传感器两只,工具式应变传感器两只,一分四电缆一组,主电缆(20m),仪器由美国PDI公司生产,属目前国际上最先进设备之一。22数据收集、分析和软件PDAPC数据传输及预处理程序,提供CASE法的数据计算结果。3软件分析系统PDC-CMP高应变拟合分析程序,利用实测曲线拟合法分析桩的极限岩土阻力和桩身阻抗分布。5.3.4检测数据见表65.3.5试验结论根据检测结果可以确定,全部5根工程桩的单桩竖向极限