李輝，梁成，吳宏雷

（中國(guó)電建集團(tuán)山東電力建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

高樁碼頭是國(guó)內(nèi)外港口工程中重要的碼頭結(jié)構(gòu)形式[1,2]。高樁碼頭一般為透空結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)輕，受波浪作用影響小，砂石料用量省，對(duì)原地形改變較少，對(duì)于挖泥超深的適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適用于軟土層較厚的地質(zhì)條件下，可通過(guò)樁基把碼頭荷載傳遞至較好的持力層，使得在深厚軟土地基上建造各種碼頭結(jié)構(gòu)成為可能[3,4]。

在高樁碼頭設(shè)計(jì)過(guò)程中，確定樁基的沉樁標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)重要工作，對(duì)于錘擊沉樁，需要對(duì)貫入度進(jìn)行仔細(xì)研究，貫入度過(guò)大會(huì)影響樁的承載力，貫入度過(guò)小則沉樁困難，甚至影響錘體和樁身安全[5]。本文以中東地區(qū)沙特阿美薩拉曼國(guó)際綜合港務(wù)設(shè)施項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)王港項(xiàng)目”）中1#突堤碼頭區(qū)域?yàn)槔?，選取了一處合適地點(diǎn)（PTP-01）進(jìn)行試打樁及相關(guān)試驗(yàn)，以對(duì)本區(qū)域鋼管樁的沉樁標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

1 沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

1.1 樁基整體方案

1#突堤碼頭采用全直樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭長(zhǎng)404m，寬25m，碼頭面標(biāo)高4.5m，排架間距為9.5m，每榀排架布置5 根樁，其鋼管樁設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。選用的打樁船為沙特當(dāng)?shù)貙?zhuān)業(yè)施工單位的打樁船HUTA312，其總長(zhǎng)70m，寬26m，最大錘頭重量為45t，試樁時(shí)選取的液壓錘為荷蘭IHC MERWEDE 公司所生產(chǎn)的S-280型液壓錘，錘芯重量為13.6t。

表1 1#突堤碼頭鋼管樁設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 最終貫入度計(jì)算

本項(xiàng)目采用歐標(biāo)（英標(biāo)）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沉樁方式為錘擊沉樁，液壓錘的沉樁最終貫入度可采用海利公式進(jìn)行計(jì)算：

其中R 為樁極限承載力（kN），本區(qū)域的設(shè)計(jì)值為9600kN；s 為樁的最終貫入度（mm）；η 為有效系數(shù)；H 為液壓錘落下高度（mm），本區(qū)域試樁取920mm；Wh 為液壓錘重量（kN），為13600×9.81=133.4kN；Wp 為樁重（kN），當(dāng)樁到達(dá)巖層，取值按樁重的50%計(jì)，所研究區(qū)域在水下35m，樁重為185.4kN，則取值按92.7kN 計(jì)；k 為液壓錘能量輸出有效系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值液壓錘取0.7～1.0，本項(xiàng)目暫取0.85；e 為與材料有關(guān)的樁/樁帽與錘/錘墊之間的恢復(fù)系數(shù)（0.25

1.3 樁類(lèi)型分析

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算值，樁基承載力中側(cè)摩阻力和樁端阻力分別占比46%和54%，然而由于樁端阻力計(jì)算時(shí)主要取決于樁基側(cè)摩阻力和樁端（鋼管樁樁端壁厚環(huán)形區(qū)域）端阻值之和，因此設(shè)計(jì)樁基承載力理論上仍應(yīng)是由樁側(cè)摩擦力計(jì)算值控制，綜上，設(shè)計(jì)樁基屬于端承摩擦樁。

2 試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 試樁

在PTP-01 處進(jìn)行試打樁，自土層高程CD-26m 至樁底設(shè)計(jì)高程CD-35m 處每間隔250mm 記錄沉樁擊數(shù)，并計(jì)算每擊的貫入度如圖1所示。根據(jù)鉆孔分析可知在土層高程CD-26m～-29.59m 處為密實(shí)/膠結(jié)砂層，在土層高程CD-29.59m～-38m 處為砂巖，根據(jù)打樁數(shù)據(jù)顯示，試樁樁基在通過(guò)密實(shí)砂/膠結(jié)砂層和砂巖時(shí)的貫入度未見(jiàn)明顯差別和變化，貫入度均介于3.7～6.4mm/擊之間，終錘時(shí)的貫入度為4.7mm，基本與4.6mm 的計(jì)算結(jié)果相符。

圖1 PTP-01 試樁沉樁記錄

2.2 試驗(yàn)樁基承載能力驗(yàn)證

靜載荷試樁是指在樁頂部逐級(jí)施加豎向壓力，觀測(cè)樁頂部隨時(shí)間產(chǎn)生的沉降，以確定相應(yīng)的單樁豎向抗壓承載力，是最能反映樁基實(shí)際承載力的試驗(yàn)方法。本項(xiàng)目靜載試驗(yàn)檢測(cè)采用錨樁法。在上述沉入設(shè)計(jì)高程的試驗(yàn)樁周?chē)蛉? 根錨樁，通過(guò)鋼梁相互連接，通過(guò)頂部千斤頂對(duì)試驗(yàn)樁施加軸向力，并通過(guò)儀器記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖2和圖3分別為靜載試驗(yàn)的示意圖及現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖2 靜載試驗(yàn)示意圖

圖3 靜載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

靜載試驗(yàn)按照ASTM D1143 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：將荷載加載至200%的工作荷載再卸載，然后再加載至300%的工作荷載，如沉降達(dá)到10%的樁徑，則認(rèn)為破壞發(fā)生，如破壞未發(fā)生，則分階段移除荷載。靜載試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。要求在工作荷載條件下，沉降值小于15mm+樁身彈性變形，在1.5 倍工作荷載條件下，沉降值小于20mm+樁身彈性變形，則認(rèn)為樁基承載力滿(mǎn)足要求。

表2 靜載試驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)表3結(jié)果可知，樁身沉降量均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，表明樁基承載力滿(mǎn)足使用需要，樁基未發(fā)生破壞。

表3 PTP-01 靜載試驗(yàn)結(jié)果

3 沉樁建議

3.1 停錘標(biāo)準(zhǔn)

綜上分析，本區(qū)域樁基端持力層為泥巖/砂巖，承載類(lèi)型屬于端承摩擦樁。根據(jù)試樁沉樁記錄及靜載試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目停錘標(biāo)準(zhǔn)建議采用標(biāo)高控制、貫入度校核。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)后續(xù)沉樁施工情況，樁基實(shí)際施工采用標(biāo)高控制，貫入度基本在5mm 以?xún)?nèi)，與得出的停錘標(biāo)準(zhǔn)基本吻合，停錘標(biāo)準(zhǔn)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、施工要求。

3.2 樁基后續(xù)沉樁建議

依據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)初步分析，巖層的上覆蓋層以砂層為主，依據(jù)土層特性，沉樁過(guò)程中可能會(huì)遇到以下幾種情況，具體建議如下：

（1）樁端未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高遇硬夾層。樁基在到達(dá)持力層前，可能會(huì)遇到局部硬夾層，此時(shí)應(yīng)結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，控制錘擊能量（宜先小后大）穿透夾層。此外，若樁基入土深度已達(dá)到最小入土深度（由結(jié)構(gòu)受力判定）和一定錘擊數(shù)，樁基無(wú)法繼續(xù)有效貫入土層，且高應(yīng)變檢測(cè)（PDA）樁基承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則可認(rèn)為樁基沉樁完成。

（2）樁端已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高貫入度仍較大。若沉樁過(guò)程中，遇見(jiàn)樁端已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高、貫入度仍較大的情形，此時(shí)應(yīng)采用PDA 檢測(cè)驗(yàn)證，若經(jīng)檢測(cè)樁基承載力能夠滿(mǎn)足要求，則可認(rèn)為樁基沉樁完成；若PDA 檢測(cè)樁基承載力不滿(mǎn)足要求，則需接樁或補(bǔ)樁。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)中東地區(qū)港口工程項(xiàng)目高樁碼頭的樁基停錘標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究，現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果表明，通過(guò)海利公式計(jì)算得到的最終貫入度與試樁結(jié)果基本符合，試驗(yàn)樁的樁基承載能力能夠滿(mǎn)足靜載試驗(yàn)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，研究所確定的標(biāo)高控制、貫入度校核的沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)及沉樁建議，可以為現(xiàn)場(chǎng)施工的快速有序、安全開(kāi)展提供重要保障。