大型碼頭后注漿灌注樁軸向抗壓承載力檢測方案

■鄭哲希

（福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004）

高樁碼頭作為主要的碼頭結構形式，在沿海地區得到廣泛的應用。 尤其受用海政策的限制，近年來福建沿海新建的碼頭項目中，高樁碼頭比例高達58%。 基樁作為高樁碼頭的基礎工程，其軸向抗壓承載力直接決定碼頭上部結構尺度、使用功能及工程投資。

灌注樁后注漿工藝主要通過高壓注入水泥漿，對樁底的沉渣土、 持力土層以及樁側土體進行加固，以達到提升基樁端、樁摩阻力并降低樁身沉降量的目的。 后注漿工藝已在工程建設領域得到廣泛推廣應用， 該工藝對基樁豎向承載能力提升顯著。但對于大型碼頭工程，大范圍使用后注漿灌注樁的工程實例較少，福建地區尚無已實施工程實例。 參考有限的工程實測數據，在大型碼頭建設中后注漿灌注樁的豎向承載力可提高48.1%～72.8%[1]。 為驗證后注漿工藝的加固效果，在樁基工程試樁過程中，需通過合理的檢測方式確認后注漿灌注樁軸向抗壓承載力的提升幅度， 是否滿足設計樁力的要求。 本文依托作為湄洲灣港秀嶼港區石門澳作業區起步工程的11# 泊位工程，結合項目情況研究確定軸向抗壓承載力檢測方案。

1 樁基軸向抗壓承載力檢測方法

JTS 240-2020 《水運工程基樁試驗檢測技術規范》[2]已詳細界定基樁檢測的目的與方法，其中灌注樁軸向抗壓承載力相關檢測目的及相應檢測方法如表1 所示。 其中，軸向抗壓靜載試驗即通過對基樁增加荷載直接測定樁承載力、 樁基沉降等指標；自平衡法則通過在樁體中預埋荷載施加設備，將樁基劃分為上節段、下節段樁基，加載時通過上節樁身的摩擦力與下節樁身的摩擦力及端阻力維持平衡，測定樁承載力、樁基沉降等指標；高應變法主要通過施加沖擊力，產生應力波的透射和反射，經過計算分析得出被檢樁的單樁豎向極限承載力估算值，在使用新型工法或起步工程無參照實例的情況下，估算值需與靜載荷試驗進行擬合對比。

表1 灌注樁相關檢測目的與方法

2 后注漿灌注樁在大型碼頭的應用實例

2.1 工程概況

依托工程位于湄洲灣北岸石門澳北岸，建設10 萬噸級通用泊位1 個及相應的配套設施，作為石門澳作業區起步工程，與6、9#泊位同步實施。 碼頭離岸式布置，采用高樁梁板式結構，平臺長306 m，寬33 m。 排架間距10 m， 每個排架由1 根直徑2.5 m 和3 根直徑2.3 m 鉆孔灌注樁組成， 樁基持力層為強風化花崗巖，均采用樁端后注漿工藝。 本文以依托工程直徑2.3 m 的后注漿灌注樁作為對象，研究試樁階段樁基軸向抗壓承載力檢測方案。

2.2 地質條件

依托工程區域地層較簡單，覆蓋第四紀全新統海陸交互沉積層，下臥殘積土層，基巖為燕山晚期侵入的花崗巖。 碼頭區域自上而下主要分布淤泥、粉質黏土、殘積砂質黏性土、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖、碎裂狀強風化花崗巖及中風化花崗巖各土層樁基計算參數推薦值如表2 所示。 其中，散體狀強風化花崗巖埋深13.8～23.5 m，層厚大，碼頭絕大部分區域至終孔深度均為該巖層，考慮作為樁基結構持力層。

表2 土層樁基計算參數推薦值

2.3 設計樁力及樁基軸向承載能力

碼頭工程設計過程中，后注漿灌注樁軸向抗壓承載力的確定主要參照JTS167-2018 《碼頭結構設計規范》[3]進行計算，但依托工程樁基持力層為散體狀強風化花崗巖，故參考JGJ94-2008《建筑樁基技術規范》[4]式5.3.10 進行后注漿灌注樁軸向抗壓承載力計算，考慮后注漿對樁端阻力的增強作用。 根據依托工程設計荷載進行樁基壓樁力計算，結果顯示： 直徑2300 mm 灌注樁設計最大壓樁力為16468 kN； 基樁軸向抗壓承載力計算值為17662 kN，滿足設計樁力要求，其中樁端抗壓承載力計算值為10625 kN， 樁側抗壓承載力計算值為7073 kN[5]。

3 后注漿灌注樁的檢測方案確定

3.1 試驗檢測方法確定

基樁軸向抗壓極限承載力的檢測方式的確定主要根據以下因素。

3.1.1 樁基工藝

按JTS167-2018《碼頭結構設計規范》[3]要求，后注漿灌注樁單樁極限軸向抗壓承載力，應通過靜載荷試驗確定。 考慮自平衡法的檢測原理與靜載荷試驗相同，借鑒JTS 240-2020《水運工程基樁試驗檢測技術規范》[2]中有其他可靠的試驗方式可替代靜載荷試驗的約定，結合杭州灣跨海大橋[6]等水上項目， 采用自平衡法對后注漿灌注樁檢測的應用實例，認為自平衡法可作為后注漿灌注樁軸向抗壓承載力檢測的備選方案。

3.1.2 基樁端側承載能力占比

靜載荷試驗與自平衡法均為直接有效的基樁軸向抗壓極限承載力的檢測方式， 兩者相對比，靜載荷試驗的適用范圍更廣。 自平衡法的檢測需以上、下段樁基荷載平衡作為前提，適用于摩擦樁。

依托工程灌注樁采用樁端注漿工藝， 根據基樁軸向抗壓承載力計算結果， 樁端提供的承載力占總承載力的60%，樁身內無荷載平衡點。如采用自平衡法需在樁頂施加靜載， 等于需要2 種加載方式，不易實施操作。 故依托工程的基樁作為端承樁， 確定靜載荷試驗作為其試樁軸向抗壓承載力檢測方法。

3.1.3 施工條件

靜載荷試驗的測定主要有堆載法及錨樁法，二者原理相近但加載方式不同，主要由檢測工作面確定檢測方式。

依托工程碼頭采用離岸式布置，灌注樁施工過程中搭設施工平臺形成工作面。 直徑2.3 m 灌注樁抗壓承載力設計值為17662 kN，其加載量需至設計值的1.6 倍，即28259 kN。 如采用堆載法進行施工，常規施工平臺無法作為檢測作業面，需在水上搭設承載能力滿足加載量1.5 倍的檢測平臺， 經初步估算， 作為臨時工程檢測平臺建設單價與碼頭相近。因此，在試樁方案確定的過程中，基于試樁方法的合理性、經濟型，確定采用錨樁法作為試樁時軸向抗壓承載力的檢測方法。 錨樁法裝置布置示意圖如圖1 所示。

圖1 錨樁法試樁示意圖

3.2 靜載荷試驗檢測方案

依托工程通過錨樁法測定基樁軸向抗壓承載，采用工程樁作為試驗樁及錨樁，軸向抗壓靜載荷試驗采用4 樁反力錨樁法，錨樁為試驗樁周圍前后左右距離最近的4 根灌注樁組成，錨樁與試驗樁最小中心距為8.5 m。 選取C-2 號樁、C-31 號樁進行單樁軸向抗壓靜載荷試驗， 其中C-2 號樁以B-2、D-2、C-1、C-3 號樁為錨樁；C-31 號樁以B-31、D-31、C-30、C-32 號樁為錨樁。 具體試樁布置示意圖如圖2 所示。

圖2 試樁樁位示意圖

試樁檢測過程中利用灌注樁打入式鋼管樁在距離試驗樁、錨樁均不小于3 倍樁徑的位置設2 根基準樁。 加載設備采用8 只同型號的500 t 千斤頂同步并聯連接，使用高壓油泵加壓，并采用自動穩壓措施。 直徑2.3 m 灌注樁靜載荷試驗加載量為29000 kN。 單樁豎向抗壓靜載試驗采用慢速維持荷載法，按靜載荷試驗加載量的1/10 分級，其中第一級為分級荷載的2 倍，達到設計要求的最大加載量后停止加載。 依托工程錨樁法檢測工藝平面布置圖如圖3 所示。

圖3 樁法檢測工藝平面布置圖

靜載試驗完成后，需對試驗樁基進行高應變檢測，并將靜載試驗結果與高應變法檢測結果擬合對比。 將對比測定結果作為依據，對依托工程基樁采用高應變法，檢測數量不低于總樁數的5%。

4 結論

（1）后注漿灌注樁在大型碼頭的應用中還未普及，工程實例較少。 在大型碼頭工程中采用后注漿工藝的灌注樁應在試樁過程中通過樁基靜載荷試驗或自平衡法檢測樁基承載能力。 （2）水上施工端承灌注樁，應判別其樁身抗壓承載能力組成。 端阻力占比較大的灌注樁，采用自平衡法需考慮2 種加載，不推薦在水上實施。