孟 靜 鄭鋒勇 李越松

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 水工構(gòu)造物檢測(cè)、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

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海洋環(huán)境下高樁碼頭在役樁基承載力檢測(cè)方法★

孟 靜 鄭鋒勇 李越松

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 水工構(gòu)造物檢測(cè)、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

為適應(yīng)生產(chǎn)需要，對(duì)上部結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重的高樁碼頭進(jìn)行了泊位升級(jí)改造，并通過靜載試驗(yàn)，計(jì)算分析了原結(jié)構(gòu)鋼管樁的承載力，指出原樁基承載力滿足規(guī)范要求，可在新建結(jié)構(gòu)中使用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)可靠的目的。

高樁碼頭，鋼管樁，樁基承載力，靜載試驗(yàn)

1 工程概況

某高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)破損非常嚴(yán)重，為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，擬對(duì)其進(jìn)行改造。鑒于原碼頭鋼管樁外觀狀態(tài)良好，為了節(jié)約投資，期望在新建結(jié)構(gòu)中利用原有鋼管樁。為此，要求通過靜載試樁確定原有鋼管樁軸向抗壓極限承載力是否達(dá)到6 000 kN[1]。

2 檢測(cè)過程

2.1 檢測(cè)方法及原理[1]

1)加載方法及過程。加載分級(jí)按預(yù)估最大荷載6 000 kN分10級(jí)進(jìn)行，逐級(jí)等量加載，每級(jí)荷載為600 kN；每級(jí)荷載施加后按5 min，15 min，30 min，45 min，60 min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測(cè)讀一次。每小時(shí)內(nèi)樁頂沉降量不超過0.1 mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，確認(rèn)為試樁沉降相對(duì)穩(wěn)定。按照J(rèn)TJ 255—2002港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程要求，樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，再施加下一級(jí)荷載。當(dāng)所施加的荷載達(dá)到檢驗(yàn)要求的荷載時(shí)，即停止加載，或達(dá)到規(guī)范規(guī)定的條件(沉降量達(dá)到40 mm等)時(shí)，亦應(yīng)停止加載。

2)卸載方法及過程。卸載分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量取加載時(shí)分級(jí)荷載的2倍，即1 200 kN[2]；卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持1 h，按第15 min,30 min,60 min測(cè)讀樁頂沉降量后，即可卸下一級(jí)荷載；卸載至0后，測(cè)讀樁頂殘余沉降量。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到Q—S，S—logt，S—logQ曲線圖，根據(jù)規(guī)范，確定出各試驗(yàn)樁的單樁豎向承載力。加力平臺(tái)工作原理[3]見圖1。

2.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

1)試樁位置與數(shù)量。試樁總數(shù)定為兩根，其位置如圖2所示(圖中方框表示樁位)。

2)試驗(yàn)過程。3-1號(hào)試樁是在拆除碼頭上部結(jié)構(gòu)以后在單樁上進(jìn)行的常規(guī)靜載試驗(yàn)。而4-1號(hào)試樁是采用在碼頭面上直接加載的方法進(jìn)行的靜載試驗(yàn)。加載點(diǎn)位正對(duì)碼頭下方的試樁，支撐壓載支點(diǎn)放在與試樁相鄰的兩個(gè)排架上，在這兩排架位置的碼頭面上各放置一根箱型鋼梁來(lái)減少橫梁排架所受的集中力，鋼梁嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)面板下方的橫梁?；鶞?zhǔn)樁位于試樁加載點(diǎn)的兩側(cè)，距加載點(diǎn)7 m左右。樁頂沉降測(cè)試點(diǎn)對(duì)稱布置在加載點(diǎn)兩旁，試樁頂部的梁板自身壓縮變形可忽略不計(jì)，因此，所測(cè)沉降值即為樁頂沉降。作用在試樁頂部的荷載值，可以通過各試樁頂部對(duì)稱安裝的兩只鋼弦式應(yīng)變計(jì)獲得，采用同條件類比法，利用各樁所測(cè)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系獲得4-1號(hào)試樁的受力大小，再對(duì)4-1號(hào)試樁區(qū)域碼頭結(jié)構(gòu)建立有限元分析模型，計(jì)算分析上部結(jié)構(gòu)對(duì)試樁受力的影響，以輔助驗(yàn)證該試樁受壓軸向力的大小，其結(jié)果一致性很好。4-1號(hào)基樁靜載示意圖如圖3所示。

根據(jù)上述原理，實(shí)測(cè)表明3-1號(hào)樁在加載量達(dá)到6 000 kN時(shí)，樁身的綜合應(yīng)變?cè)凇?20 με。由于兩根樁的截面、材質(zhì)均相同，可知當(dāng)4-1號(hào)樁的樁身受壓應(yīng)變達(dá)到±320 με時(shí)，其軸向力也將達(dá)到6 000 kN。另外根據(jù)有限元模型計(jì)算可知，由于受到上部梁板結(jié)構(gòu)剛度的影響，當(dāng)樁頂碼頭面加載到7 400 kN時(shí)，試樁樁身的軸向力才達(dá)到6 000 kN，實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元分析基本一致。加載過程中兩根試樁均沒有出現(xiàn)樁頂沉降大于40 mm及過大的偏位，試驗(yàn)的加載與觀測(cè)過程均按規(guī)范進(jìn)行。

3)試驗(yàn)終止加載及承載力實(shí)測(cè)值的確定。3-1號(hào)試樁的上部結(jié)構(gòu)沒有完全拆除，留下橫梁與連系梁與試樁樁帽連接，為了減小梁系剛度分擔(dān)加載力，將與樁帽連接的4根梁的兩端上部混凝土鑿開，并將上層反彎矩鋼筋截?cái)啵拘纬珊?jiǎn)支梁，這樣試樁樁頂僅受到梁體自重的影響，加載時(shí)已考慮該因素的影響并將其扣除。因此，實(shí)際加載時(shí)總加載量達(dá)到6 600 kN，樁頂沉降達(dá)到12.65 mm，卸載后殘余沉降量為5.60 mm。

4-1號(hào)試樁樁頂碼頭面加載量達(dá)到7 200 kN時(shí)，沉降量達(dá)到12.56 mm，樁身應(yīng)變達(dá)到325 με，考慮碼頭結(jié)構(gòu)的安全，且試驗(yàn)樁最大加荷已達(dá)到了控制標(biāo)準(zhǔn)，停止加載，卸載后殘余沉降量為4.54 mm。

兩根試樁試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)樁頂加荷達(dá)到6 000 kN時(shí)，各樁均未出現(xiàn)規(guī)范所規(guī)定的極限破壞特征，可確定各個(gè)試樁的單樁豎向極限承載力均不小于6 000 kN，且還有一定的潛力。

4)檢測(cè)結(jié)果及分析。各試樁承載力檢測(cè)結(jié)果見表1。單樁靜載試驗(yàn)得到的各試樁檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總見表2，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果繪制的Q—S，S—logt,S—logQ試驗(yàn)曲線圖見圖4～圖6。

表1 靜載試樁結(jié)果數(shù)據(jù)表

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果提出以下結(jié)論：

1)泊位3-1號(hào)、4-1號(hào)試樁的受壓軸向荷載均達(dá)到了6 000 kN的試驗(yàn)最終控制值，最大加荷穩(wěn)定后，均未出現(xiàn)極限破壞特征；

2)通過試驗(yàn)確定3-1號(hào)、4-1號(hào)試樁的單樁軸向抗壓承載力均不小于6 000 kN；

3)4-1號(hào)試樁的單樁靜載荷試驗(yàn)是在碼頭原型條件下完成的，經(jīng)多方驗(yàn)證其單樁軸向抗壓承載力具有很強(qiáng)的參考價(jià)值，由于試樁數(shù)量較少，此次試驗(yàn)應(yīng)以3-1號(hào)試樁的試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)，4-1號(hào)試樁的試驗(yàn)結(jié)果可以作為輔助參考。

[1] JTJ 255—2002，港口工程基樁靜載荷試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] 王小兵，況青梅.樁基靜載試驗(yàn)中的常見問題及處理對(duì)策[J].江西煤炭科技，2003(3)：21-23.

[3] 張至有，張衛(wèi)東.樁基靜載試驗(yàn)的幾種反力裝置與應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2002(3)：96-98.

[4] 陳 凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

Carrying capacity detection methods for pile foundation in service of high-pile wharf in the marine environment★

Meng Jing Zheng Fengyong Li Yuesong

(TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineering，MOTKeyLaboratoryofHarbor&MarineStructureSafety，MinistryofCommunications，Tianjin300456，China)

In order to meet the production needs, this paper made berth upgrading to high pile wharf with severe damage upper structure, and through the static load test, calculated and analyzed the bearing capacity of original structure steel pipe pile, pointed out that the original pile foundation bearing capacity can meet the specification requirements, can be used in the new structure, to achieve the purpose of economic and reliable.

high pile wharf, steel pipe pile, bearing capacity of pile foundation, static load test

1009-6825(2016)18-0056-02

2016-04-13★:中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：TKS13014)

孟 靜(1981- )，女，副研究員

TU473.1

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