锚桩法静载桩基检测在港口工程试桩中的应用

刘 捷，顾章川，俞先江

(1.河海大学，江苏 南京 210098;2.连云港港口建设项目管理有限公司，江苏连云港 222042;3.江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏南京 210005)

1 工程概况

连云港某港区设计吞吐量为1 000万t，拟建设2个10万t级通用泊位，形成码头岸线640 m，水工结构按照15万t级散货船靠泊设计。码头基桩形式主要为φ1 200 mm预应力混凝土管桩和钢管桩。

根据工程勘察资料，可作为桩基持力层的粉砂层标贯击数各区域差异较大(个别区域缺失)，而中砂层分布标高及厚薄不均(局部区域缺失)。拟根据不同区域分别选择粉砂层或中砂层作为桩基的持力层，所以需要通过一组基桩的静载试验，确定合适的桩长和施工工艺，为该港区建设地基处理方案的优化积累基础资料。

2 试桩方案的设计

本次试桩布置在2#引桥的变电站平台处(MZK22钻孔附近)，检测平台由2根试桩、6根锚桩、1根基准桩及2根试打桩组成。试桩S1为φ1 200 mm长54 m的钢管桩。试桩S2为φ1 200 mm长51 m的预应力混凝土管桩。锚桩M1～M6及基准桩J，试打桩D1，D2均为φ1 200 mm长51 m的预应力混凝土管桩。锚桩及基准桩平面布置见图1。

根据地质报告中土层物理力学指标及土层埋深，预估极限承载力标准值:试桩S1为9 130 kN;试桩S2为8 960 kN。本次试桩内容包括:单桩竖向抗压静载试验、高应变动力测试。

图1 锚桩及基准桩平面布置(单位:mm)

3 单桩竖向抗压静载试验

单桩竖向抗压静载试验的目的是确定竖向抗压极限承载力，确定码头区域各土层的桩侧极限摩阻力标准值及桩端极限阻力标准值，确定各试桩的刚性系数和恢复系数。本次试验依据的主要规范为《港口工程基桩静荷载试验规程》(JTJ 255—2002)。

1)试验平台的搭设。试验操作平台与锚桩连成一体，支承于锚桩上，平台主要由工字钢和槽钢纵横交错布置搭建而成，上面铺5 mm厚花纹钢板，供搁置油泵、仪器和工作人员操作之用(平台承载能力为2 kN/m2)，如图2所示。

图2 平台系统

2)反力系统。试验采用锚桩反力架法，试验设备为拼装式荷载架——12 000 kN级别的荷载梁，由2根主钢梁、2根次梁，配以若干桩帽、拉杆组成。锚桩与桩帽之间通过钢圈和钢筋连接。反力系统如图3所示。

图3 反力系统

3)加载系统。根据试桩的最大加载量，将4台5 000 kN同型号的分离式油压千斤顶并连，通过高压油泵联动加载，荷载通过标定的液压传感器和二个精密压力表同时控制，两者之间相互校正。

4)测量系统。在试桩四周对称安装4个电子位移计测量桩下沉量。在锚桩上分别安装1个电子位移计测量桩上拔量，测量仪表安装在搁置于基准桩上的基准梁上。桩端阻力和桩侧阻力通过应变计测定。应变测点沿桩侧对称布置，每土层设测点一对以上。根据不同截面的应变测量值计算出该截面处桩的轴向力，再分别计算出桩端阻力和桩侧摩阻力。

5)加载方法。加载采用快速维持荷载法，每级加载为最大试验荷载的1/10，第一级按2倍分级荷载加载。每级卸载为2倍加载级。为准确确定基桩承载力，当加载达到预估荷载的70%左右，每次加载量为1/2级荷载。

6)加载分级。试桩加载顺序: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。

为了获得刚性系数，根据设计单位提供的永久荷载标准值，永久荷载与可变荷载标准值的组合值分别为4 500，1 500 kN，确定循环加卸载应力路径如下:1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500→1 500→3 000→4 500 kN。

7)测读时间。变形量观测时，试桩桩顶沉降量每级加载后，第0，5，10，15，30 min(外海气象、水文条件恶劣，将每级荷载维持时间定为30 min)测记1次沉降量。

8)终止加载。根据《港口工程基桩静载荷试验规程》(JTJ 255—2002)的规定，当出现下列现象之一时，可终止加载:

①桩顶总沉降量超过40 mm，且在某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下的5倍或Q－S曲线出现可判定极限承载力的陡降段。

②加载已达到试桩设备的承载能力。

③在加载过程中，发现试验桩桩顶偏离轴线的位移过大，危及试验安全。

④检验性试验的加载量达到设计要求。

试桩S1最大加载量达到12 000 kN，桩顶沉降为32.73 mm，超过单桩预估极限承载力;试桩S2最大加载量达到10 800 kN时，桩出现急剧沉降，桩的沉降量为10 400 kN级沉降的5倍，终止试验，桩顶沉降达到25.00 mm。

9)卸载观测。每级卸载量为每级加载量的2倍，每级卸载测量时间为 0，5，10，15 min。

10)单桩竖向抗压极限承载力的确定:①取Q－S曲线陡降段起点对应的荷载值;②取S－lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。

本次试验共进行高应变动力测试14次(初打、复打)。高应变测试:检测仪器采用武汉岩土力学研究所RSM-24FD型浮点工程动测仪，将存储在磁盘上的原始信号回放，利用PSP_WAP软件进行波形拟合分析。主要了解桩身应力分布，不同入土深度时桩的单桩承载力。本次检测结果表明桩身质量完好。

4 试桩检测结果

1)试验结果的基桩承载力、刚性系数、恢复系数、完整性如表1所示。

表1 基桩承载力、恢复系数、完整性

2)根据2组试桩的结果，推荐本工程各土层侧摩阻力如表2。

表2 试桩桩侧摩阻力

5 结论

1)整个试桩试验历时5个月，完成了对超长大直径预应力混凝土管桩超高吨位锚桩法静载抗压试验，验证了混凝土管桩及钢管桩在工程区域的施工可行性，为该港口工程设计和工程桩施工提供了参数。

2)沉桩工艺检验结果表明，D-138型柴油锤桩机开Ⅱ档对于沉桩至设计标高是可行的，但考虑到场区地质条件复杂，建议在沉桩施工中应根据具体情况采用高程控制为主，贯入度作为校核的方法。

3)锚桩法静载试验的成功，说明了设计、制作的“四锚一”的梁—锚桩反力系统、加载装置(并联千斤顶、油泵)、数据采集系统是先进、可靠、安全的，为超高吨位锚桩法在港口工程的试桩积累了宝贵经验。

[1]中华人民共和国交通运输部.JTJ 254—1998 港口工程桩基规范[S].北京:人民交通出版社，1998.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTJ 255—2002 港口工程基桩静载荷试验规程[S].北京:人民交通出版社，2002.

[3]中华人民共和国建设部.JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[4]中华人民共和国交通运输部.JTS 167-6—2011 港口工程后张法预应力混凝土大管桩设计与施工规程[S].北京:人民交通出版社，2011.

[5]马骏.虎门大桥东塔桩基大吨位静载试验研究[J].公路交通科技，2002，19(2):70-73.