AM工法灌注桩抗拔桩在福州地铁某车站的应用

郑晋溪

AM工法灌注桩抗拔桩在福州地铁某车站的应用

郑晋溪

(福建省建筑科学研究院 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350025)

结合福州市地铁某车站工程实例，通过对AM工法灌注桩竖向抗拔静载试验的抗拔方案设计和试验成果整理，分析了AM工法桩的桩身抗拔承载力和试验成果关系曲线的一些特性，结果表明：AM工法扩底灌注桩作为软土地区大吨位抗拔桩是适用可行的，相对于等直径桩可提高较大的抗拔力。

AM工法灌注桩;大吨位;抗拔静载;福州地铁

0 引言

随着海峡西岸经济区战略目标的实施，福州迎来新一轮的快速发展，特别是“沿江向海、东扩南进西拓”发展战略的实施，福州城市规模迅速扩大，住宅区逐渐向郊区转移，人们出行的空间也越来越大。对福州来说，发展轨道交通才能有效利用城市空间，较好地解决历史文化名城保护与城市交通发展的矛盾。目前，福州地铁轨道交通主要修建在饱和软土及砂土地基中[1-2]，其土质情况为盆地海湾型，呈黑色或灰色，且质地细腻，还具有厚度大、天然含水量高、孔隙比大、压缩性大等特点。在土层深度10m范围内，主要包括淤泥和淤泥质土，对地铁工程的建设造成了诸多不利影响[3-6]。

因此，为了克服土层中地下水位较高、水位不稳定等问题，同时确保地铁车站的抗浮设计。福州地铁某车站采用一种新技术AM工法桩[7-9]处理软土地基[10-13]。此前有学者对其进行相关研究，得出结论为：(1)成孔质量稳定，施工时对周边环境影响较小；(2)施工的桩径、桩长幅度广、扩底效果好。但目前尚没有针对AM工法处理复杂软土地基的桩身承载力和抗拔力研究，该方法是否满足福州地区软土地基的承载力要求有待试验研究。

本文结合福州市轨道交通1号线工程，进行AM工法桩的单桩竖向抗拔静载现场试验，并研究AM工法扩底灌注桩在福州复杂地质条件下的承载性能，进而探讨AM工法扩底灌注桩的可靠性及适用性，为同类基桩的检测试验提供参考。

1 工程概况与试桩参数

该车站周边分布农田、鱼塘等，车站周边无现状管线，地表水主要为市区内河水及闽江。分布一条南北向的小河，小河宽度约10m～15m，水深约2m～3m，河底淤泥厚约1.5m左右。主体结构及前后明挖区间考虑设置抗拔桩。车站工程性质，如表1所示。

表1 拟建车站及前后明挖区间性质一览表

该工程及周边各地层工程地质特征如图1所示。

(1)杂填土，主要由粘性土和砂等组成，均匀性一般；

(2)粉质粘土，工程性能一般，力学强度一般，承载力一般；

(3)淤泥为软弱土，局部夹砂较多，流塑状，具高压缩性，工程性能差；

(4)粉砂，局部为中砂。工程性能较好，力学强度一般，承载力一般；

(5)残积粘性土土质不均，工程性能一般，力学强度一般，承载力一般；

(6)全风化花岗岩工程性能较好，力学强度较高，承载力较高；

(7)散体状强风化花岗岩；

(8)碎块状强风化花岗岩工程性能较好，力学强度较高，承载力较高，且下部为力学强度更好的中风化花岗岩，可作为场地内各拟建物的基础持力层。

工程场地各土层的物理力学指标和设计计算参数如表2所示，试桩参数如表3所示。

表2 各土层的物理力学指标和设计计算参数

表3 试桩施工参数

2 试验前抗拔桩的参数验算

单桩竖向抗拔静载试验的前期准备方案主要在于对几个重要参数的验算[10-13]，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2012第8.5.8条规定：“当桩基承受拔力时，必须对桩基进行抗拔验算”；《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014第5.1.4条规定：“预估的最大试验荷载不得大于钢筋的设计强度”；第5.2.2条规定：“试验反力系统宜采用反力桩提供反力，反力桩可采用工程桩，反力架的承载力应具有1.2倍的安全系数，当采用天然地基提供反力时，施加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的1.5倍。”

2.1 桩身抗拔承载力验算

AM工法桩是一种扩底桩，对扩底桩的抗拔承载力计算，《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008第5.4.5条和第5.4.6条提出了呈非整体破坏时的抗拔承载力按以下式(1)和式(2)计算：

Nk≤Tuk/2+Gp

(1)

Tuk=∑λiqsikuili

(2)

λi—抗拔系数

对于扩底桩破坏表面周长ui及li的取值可按表4。

表4 扩底桩破坏表面周长ui

注：li对于软土取低值，对于卵石、砾石取高值。

该项目没有对应土层参考，为保守起见，取值li=4d=4.8m。

以试2#桩为例，不计粘土层与淤泥层的抗拔承载力，计算该桩的抗拔极限承载力标准值为：

Tuk=不扩底段+扩底段=4 558+2 653=7 211kN

Gp=963kN

Tuk/2+Gp=7 211/2+963=4 568.5kN>3 700kN。抗拔承载力可满足设计要求，结构是安全的。同理可知，试1#桩抗拔极限承载力可满足设计要求。

计算同等条件下的等直径桩，Tuk=6 005kN，扩底段至少提高了15.2%，达到1 206kN，可知AM工法桩扩底段的抗拔极限承载力可提高较大的抗拔力。

2.2 桩内配筋验算

以试2#桩为例，桩内配筋按轴心受拉计算：As=N/fy=7 400/(400×0.9)×1 000=20 556mm2。实际配34Φ28，As=615.8×34=20 937mm2>20 556mm2，纵筋沿桩身全长配置，焊接接头，桩顶箍筋加密，桩内配筋满足要求。

试1#桩实际配筋32Φ28同样可满足要求。

2.3 反力装置的验算

该工程地基下含有较厚的淤泥层，以天然地基做反力时软弱下卧层的应力不能满足稳定性要求。由于邻近工程桩刚好与试验桩同在一条平行线上，可利用工程桩作为锚桩，工程桩的竖向抗压极限承载力均大于10 000kN，可满足反力要求，该项目试验工程桩与邻近工程桩的位置如图2所示。

图2 试验工程桩与邻近工程桩位置图

3 现场检测与结果分析

3.1 现场试验概况

通过对AM工法桩的前期准备方案中主要参数的验算，确保试验的安全可靠；再通过声波透射法试验对抗拔桩的桩身完整性进行检测确定两根试验桩均为I类桩。根据委托最大试验荷载进行单桩竖向抗拔静载试验，按《建筑基桩检测规范》(JGJ106—2014)中的有关规定进行试验，在每个支座上安放1个6 300kN千斤顶，将两个支座上2台千斤顶并联同步加压，抗拔桩主筋通过连接器与箱型梁连接，终止试验条件要求上拔量达到100mm以上或荷载值达到委托最大试验荷载。静载反力装置系统安装图，如图3所示。

图3 试桩安装

3.2 试验结果整理与分析

3.2.1 U-δ关系曲线特征分析

2根试验桩的单桩竖向抗拔荷载U 与桩顶上拔量δ 关系曲线如图4所示，测试结果汇总，如表5所示。

试1#桩U-δ曲线

试2#桩U-δ曲线图4 U -δ关系曲线图

表5 静载试验结果

由图4U-δ关系曲线图和表3试验结果汇总表可以看出，试1#、试2#桩试验均进展顺利，未出现异常现象。试1#抗拔桩最大试验荷载7 000kN在荷载作用下，所绘制的U-δ曲线比较平缓，试桩未达到极限承载状态。按规范要求取最大试验荷载7 000kN为试桩的单桩竖向抗拔极限承载力。试2#桩抗拔桩在最大试验荷载7 400kN荷载作用下，试桩未达到极限承载状态。按最大试验荷载7 400kN作为试桩的单桩竖向抗拔极限承载力。

3.2.2 δ-lgt关系曲线特征分析

试1#桩δ-lgt曲线

试2#桩δ-lgt曲线图5 δ-lgt关系曲线图

图5是δ-lgt关系曲线图。由图5δ-lgt关系曲线图和表3可以看出，2根试验桩均达到委托最大试验荷载值，其极限抗拔力对应的上拔量分别为9.05mm和10.72mm，单桩极限抗拔力取值简单明了。桩顶上拔量均较小，扩底段的抗拔承载力未全部发挥，从工程安全角度来看，是可以满足设计要求的。

从两根试桩的试验结果可知，AM工法扩底灌注桩作为软土地区大吨位抗拔桩是适用可行的。

4 结论

AM工法作为新技术在福州地区的应用较少，本文通过对2根AM工法桩的抗拔静载试验，结论如下：

(1)AM工法扩底灌注桩作为软土地区大吨位抗拔桩是适用可行的。

(2)相对于等直径桩，AM工法桩扩底段的抗拔极限承载力可提高较大的抗拔力。

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Application of cast-in-place uplift pile of AM method in Fuzhou Metro Station

ZHENGJinxi

(Fujian Academy of Building Research，Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology，Fuzhou 350025)

According to a project of Fuzhou Metro station,through designing the scheme of static load test by cast-in-place pile of the measure of AM,and arranging the test results,analyzing some characteristcs of the pullout capacity of the pile by the measure of AM and the curve of the test results.It can be concluded that the AM method of bottom-enlarged cast-in-place pile as large-tonnage uplift pile is suitable for the soft soil foundation.Compared with the equal diameter pile,it can also increase the pullout resistance.

Cast-in-place pile of AM; Large-tonnage; Static uplift load;Fuzhou metro

郑晋溪(1984.11- )，男，工程师。

E-mail:1017295950@qq.com

2017-01-17

TU473.1+4

A

1004-6135(2017)04-0045-04