錨樁法靜載樁基檢測在港口工程試樁中的應用

劉 捷，顧章川，俞先江

(1.河海大學，江蘇 南京 210098;2.連云港港口建設項目管理有限公司，江蘇連云港 222042;3.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇南京 210005)

1 工程概況

連云港某港區設計吞吐量為1 000萬t，擬建設2個10萬t級通用泊位，形成碼頭岸線640 m，水工結構按照15萬t級散貨船靠泊設計。碼頭基樁形式主要為φ1 200 mm預應力混凝土管樁和鋼管樁。

根據工程勘察資料，可作為樁基持力層的粉砂層標貫擊數各區域差異較大(個別區域缺失)，而中砂層分布標高及厚薄不均(局部區域缺失)。擬根據不同區域分別選擇粉砂層或中砂層作為樁基的持力層，所以需要通過一組基樁的靜載試驗，確定合適的樁長和施工工藝，為該港區建設地基處理方案的優化積累基礎資料。

2 試樁方案的設計

本次試樁布置在2#引橋的變電站平臺處(MZK22鉆孔附近)，檢測平臺由2根試樁、6根錨樁、1根基準樁及2根試打樁組成。試樁S1為φ1 200 mm長54 m的鋼管樁。試樁S2為φ1 200 mm長51 m的預應力混凝土管樁。錨樁M1～M6及基準樁J，試打樁D1，D2均為φ1 200 mm長51 m的預應力混凝土管樁。錨樁及基準樁平面布置見圖1。

根據地質報告中土層物理力學指標及土層埋深，預估極限承載力標準值:試樁S1為9 130 kN;試樁S2為8 960 kN。本次試樁內容包括:單樁豎向抗壓靜載試驗、高應變動力測試。

圖1 錨樁及基準樁平面布置(單位:mm)

3 單樁豎向抗壓靜載試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗的目的是確定豎向抗壓極限承載力，確定碼頭區域各土層的樁側極限摩阻力標準值及樁端極限阻力標準值，確定各試樁的剛性系數和恢復系數。本次試驗依據的主要規范為《港口工程基樁靜荷載試驗規程》(JTJ 255—2002)。

1)試驗平臺的搭設。試驗操作平臺與錨樁連成一體，支承于錨樁上，平臺主要由工字鋼和槽鋼縱橫交錯布置搭建而成，上面鋪5 mm厚花紋鋼板，供擱置油泵、儀器和工作人員操作之用(平臺承載能力為2 kN/m2)，如圖2所示。

圖2 平臺系統

2)反力系統。試驗采用錨樁反力架法，試驗設備為拼裝式荷載架——12 000 kN級別的荷載梁，由2根主鋼梁、2根次梁，配以若干樁帽、拉桿組成。錨樁與樁帽之間通過鋼圈和鋼筋連接。反力系統如圖3所示。

圖3 反力系統

3)加載系統。根據試樁的最大加載量，將4臺5 000 kN同型號的分離式油壓千斤頂并連，通過高壓油泵聯動加載，荷載通過標定的液壓傳感器和二個精密壓力表同時控制，兩者之間相互校正。

4)測量系統。在試樁四周對稱安裝4個電子位移計測量樁下沉量。在錨樁上分別安裝1個電子位移計測量樁上拔量，測量儀表安裝在擱置于基準樁上的基準梁上。樁端阻力和樁側阻力通過應變計測定。應變測點沿樁側對稱布置，每土層設測點一對以上。根據不同截面的應變測量值計算出該截面處樁的軸向力，再分別計算出樁端阻力和樁側摩阻力。

5)加載方法。加載采用快速維持荷載法，每級加載為最大試驗荷載的1/10，第一級按2倍分級荷載加載。每級卸載為2倍加載級。為準確確定基樁承載力，當加載達到預估荷載的70%左右，每次加載量為1/2級荷載。

6)加載分級。試樁加載順序:0→1 500→3 000→4 500→4 800→5 600→6 400→7 200→8 000→8 400→8 800→9 200→9 600→10 000→10 400→10 800→11 200→11 600→12 000 kN。

為了獲得剛性系數，根據設計單位提供的永久荷載標準值，永久荷載與可變荷載標準值的組合值分別為4 500，1 500 kN，確定循環加卸載應力路徑如下:1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500 kN。

7)測讀時間。變形量觀測時，試樁樁頂沉降量每級加載后，第0，5，10，15，30 min(外海氣象、水文條件惡劣，將每級荷載維持時間定為30 min)測記1次沉降量。

8)終止加載。根據《港口工程基樁靜載荷試驗規程》(JTJ 255—2002)的規定，當出現下列現象之一時，可終止加載:

①樁頂總沉降量超過40 mm，且在某級荷載作用下，樁的沉降量為前一級荷載作用下的5倍或Q－S曲線出現可判定極限承載力的陡降段。

②加載已達到試樁設備的承載能力。

③在加載過程中，發現試驗樁樁頂偏離軸線的位移過大，危及試驗安全。

④檢驗性試驗的加載量達到設計要求。

試樁S1最大加載量達到12 000 kN，樁頂沉降為32.73 mm，超過單樁預估極限承載力;試樁S2最大加載量達到10 800 kN時，樁出現急劇沉降，樁的沉降量為10 400 kN級沉降的5倍，終止試驗，樁頂沉降達到25.00 mm。

9)卸載觀測。每級卸載量為每級加載量的2倍，每級卸載測量時間為 0，5，10，15 min。

10)單樁豎向抗壓極限承載力的確定:①取Q－S曲線陡降段起點對應的荷載值;②取S－lgt曲線尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值。

本次試驗共進行高應變動力測試14次(初打、復打)。高應變測試:檢測儀器采用武漢巖土力學研究所RSM-24FD型浮點工程動測儀，將存儲在磁盤上的原始信號回放，利用PSP_WAP軟件進行波形擬合分析。主要了解樁身應力分布，不同入土深度時樁的單樁承載力。本次檢測結果表明樁身質量完好。

4 試樁檢測結果

1)試驗結果的基樁承載力、剛性系數、恢復系數、完整性如表1所示。

表1 基樁承載力、恢復系數、完整性

2)根據2組試樁的結果，推薦本工程各土層側摩阻力如表2。

表2 試樁樁側摩阻力

5 結論

1)整個試樁試驗歷時5個月，完成了對超長大直徑預應力混凝土管樁超高噸位錨樁法靜載抗壓試驗，驗證了混凝土管樁及鋼管樁在工程區域的施工可行性，為該港口工程設計和工程樁施工提供了參數。

2)沉樁工藝檢驗結果表明，D-138型柴油錘樁機開Ⅱ檔對于沉樁至設計標高是可行的，但考慮到場區地質條件復雜，建議在沉樁施工中應根據具體情況采用高程控制為主，貫入度作為校核的方法。

3)錨樁法靜載試驗的成功，說明了設計、制作的“四錨一”的梁—錨樁反力系統、加載裝置(并聯千斤頂、油泵)、數據采集系統是先進、可靠、安全的，為超高噸位錨樁法在港口工程的試樁積累了寶貴經驗。

[1]中華人民共和國交通運輸部.JTJ 254—1998 港口工程樁基規范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[2]中華人民共和國交通運輸部.JTJ 255—2002 港口工程基樁靜載荷試驗規程[S].北京:人民交通出版社，2002.

[3]中華人民共和國建設部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[4]中華人民共和國交通運輸部.JTS 167-6—2011 港口工程后張法預應力混凝土大管樁設計與施工規程[S].北京:人民交通出版社，2011.

[5]馬駿.虎門大橋東塔樁基大噸位靜載試驗研究[J].公路交通科技，2002，19(2):70-73.