陸志揚(yáng)，王 焱，李強(qiáng)貴

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410200）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，內(nèi)河水運(yùn)運(yùn)輸行業(yè)優(yōu)勢(shì)逐步體現(xiàn)，因運(yùn)能大、通用性較強(qiáng)、運(yùn)輸成本低的特點(diǎn)推動(dòng)內(nèi)河水運(yùn)行業(yè)迅速發(fā)展，特別是內(nèi)河航道等級(jí)提升及內(nèi)河碼頭大力建設(shè)，得到了國(guó)家的支持。作為水運(yùn)行業(yè)的重要組成部分，碼頭的施工和設(shè)計(jì)成為內(nèi)河水運(yùn)行業(yè)的關(guān)鍵，內(nèi)河碼頭地形多樣，地質(zhì)條件復(fù)雜，為碼頭樁基的設(shè)計(jì)和施工帶來了很多麻煩。比如設(shè)計(jì)過程中，因樁基的受力機(jī)理不明確導(dǎo)致難以使樁基理論極限承載力與實(shí)際相匹配[1]，因此對(duì)樁基豎向極限承載力進(jìn)行檢測(cè)很有必要，傳統(tǒng)的樁基荷載試驗(yàn)方法有2 種，一是堆載法，二是錨樁法。2 種方法均采用油壓千斤頂在樁頂施加荷載。堆載法的主要問題是必須解決幾百噸甚至上千噸的荷載來源、堆放及運(yùn)輸問題。錨樁法的主要問題是必須設(shè)置多根錨樁及反力大梁，不僅所需費(fèi)用昂貴，時(shí)間較長(zhǎng)，而且易受加載噸位和場(chǎng)地條件的限制[2]。碼頭建設(shè)因其地形特殊，傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)方法不適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，自平衡法原理明確，操作簡(jiǎn)單，場(chǎng)地適用性很強(qiáng)，可大噸位加載，裝置簡(jiǎn)單，可得到準(zhǔn)確的Q-S 曲線，因此，自平衡法以其特有的優(yōu)點(diǎn)獲得了大量的應(yīng)用。本文介紹某碼頭樁基的自平衡試驗(yàn)，獲得相關(guān)樁基的工程數(shù)據(jù)，可為類似工程提供參考依據(jù)。

1 自平衡試樁法原理及應(yīng)用

1.1 自平衡試驗(yàn)法測(cè)試原理

自平衡法是將一種特制的加載裝置——自平衡荷載箱，在鋼管樁或PHC-鋼管組合樁制造時(shí)，一起埋入樁內(nèi)相應(yīng)的位置（具體位置根據(jù)試驗(yàn)的不同目的而定），將荷載箱的加壓管及所需的其他測(cè)試裝置（位移、應(yīng)變等）從樁體引到地面，然后錘擊成樁。休止期后，由加壓泵在地面向荷載箱加壓，使荷載箱產(chǎn)生上、下2 個(gè)方向的力并傳遞到樁身，從而調(diào)動(dòng)樁側(cè)土的側(cè)摩阻力與樁端阻力，利用樁的側(cè)摩阻力、樁端阻力與單樁抗壓極限承載力的關(guān)系，通過計(jì)算得到單樁抗壓極限承載力的方法。自平衡法靜載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 自平衡法靜載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

1.2 自平衡試驗(yàn)法承載能力的確定

將自平衡試驗(yàn)實(shí)測(cè)的分段曲線等效為樁頂加載模式下的Q-S 曲線，繼而依據(jù)等效轉(zhuǎn)換曲線按照傳統(tǒng)的靜載試驗(yàn)計(jì)算出極限承載力的方法確定試樁極限承載力，受檢樁極限承載力按下式計(jì)算。

式中：Pui為試樁i 的單樁極限承載力，kN；Quui為試樁i上段樁的加載極限值，kN；Qlui為試樁i 下段樁的加載極限值，kN；Wi為試樁i 荷載箱上部自重，kN，若荷載箱處于透水層，取浮自重；γi為試樁i 的修正系數(shù)，根據(jù)荷載箱上部土的類型確定，黏性土、粉土γi可取0.8，沙土γi可取0.7，巖石γi可取1.0，若上部有不同類型的土層，γi取加權(quán)平均值[4]。

2 工程概況

某碼頭本項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造3 000 t 級(jí)（兼顧5 000 t 級(jí)）煤炭出口泊位4 個(gè)，通過棧橋跨長(zhǎng)江大堤連接后方物流配送中心，在碼頭后方設(shè)置筒倉(cāng)、綜合樓及其他一般建（構(gòu)）筑物。水工建筑物采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，建筑物等級(jí)為Ⅱ級(jí)。碼頭平臺(tái)基樁采用Φ1200δ18 鋼管樁和Φ1200δ150PHC-鋼管組合樁，采用錘擊沉樁施工工藝。地質(zhì)條件如圖2—3 所示，受檢樁基本情況見表1。

表1 受檢樁參數(shù)表

3 檢測(cè)準(zhǔn)備工作及方法

3.1 平衡點(diǎn)確定

樁基自平衡試驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵因素在于確定平衡點(diǎn)的位置[5]，所謂自平衡點(diǎn)，指的是其上段樁身自重及樁側(cè)抗拔極限摩阻力之和跟下段樁側(cè)抗壓極限摩阻力與極限樁端阻力之和基本相等。以E1-2#樁為例，計(jì)算樁端阻力時(shí)，樁端承載力折減系數(shù)取0.60，同時(shí)在計(jì)算上段樁自重時(shí)，因樁底為部分開口狀態(tài)，一般來說部分強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖在成樁時(shí)會(huì)擠入樁內(nèi)，此時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮了部分土體重量，最終平衡點(diǎn)位置計(jì)算過程見表2—3。

表2 E1-2#樁上段樁計(jì)算表

表3 E1-2#樁下段樁計(jì)算表

3.2 檢測(cè)準(zhǔn)備工作

試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作可分為幾個(gè)步驟。①根據(jù)設(shè)計(jì)提供的圖紙及地勘報(bào)告，確定平衡點(diǎn)位置，如圖4—圖5 所示；②聯(lián)系廠家制作荷載箱，該荷載箱應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙中提供的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值、樁的結(jié)構(gòu)尺寸、已確定的平衡點(diǎn)位置來確定；③根據(jù)平衡點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)位移測(cè)試系統(tǒng)；④現(xiàn)場(chǎng)焊接安裝，成樁。

圖4 F-22#樁荷載箱示意圖

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析

整個(gè)測(cè)試過程無異常，檢測(cè)場(chǎng)地、環(huán)境條件符合檢測(cè)要求，嚴(yán)格按照J(rèn)T/T 738—2009《基樁靜載試驗(yàn) 自平衡法》進(jìn)行。

F-22#樁按3600kN 分10 級(jí)加載，每級(jí)加載360kN。當(dāng)加載至第10 級(jí)荷載3 600 kN 時(shí)，荷載箱上段樁位移2.74 mm，下段樁位移1.06 mm，上下段樁的總位移量都小于40 mm，位移達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)且已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量，故終止加載。該樁上段樁極限加載取值為3 600 kN，下段樁極限加載取值為3 600 kN，具體如圖6 所示。

圖6 F-22#樁分段Q-S 圖

E1-2#樁按3600kN 分10 級(jí)加載，每級(jí)加載360kN。當(dāng)加載至第10 級(jí)荷載3 600 kN 時(shí)，荷載箱上段樁位移1.57 mm，下段樁位移0.76 mm，上下段樁的總位移量都小于40 mm，位移達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)且已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量，故終止加載。該樁上段樁極限加載取值為3 600 kN，下段樁極限加載取值為3 600 kN，具體如圖7 所示。

圖7 E1-2#樁分段Q-S 圖

依據(jù)公式（1），上下段樁加載極限值為3 600 kN，平衡點(diǎn)以上樁段自重考慮浮重，F(xiàn)-22#樁豎向抗壓極限承載力不小于7 443 kN，E1-2#樁豎向抗壓極限承載力不小于7 283 kN，均滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算結(jié)構(gòu)見表4。

表4 承載力計(jì)算結(jié)果表

從圖8 及圖9 可以看出，2 根樁的等效轉(zhuǎn)換曲線都是緩變型，樁基極限承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。荷載箱加載至極限加載值后，樁端依舊處于彈性階段，樁端阻力并沒有全部發(fā)揮，說明樁基的實(shí)際極限承載力要遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，設(shè)計(jì)偏保守。

圖8 F-22#樁等效轉(zhuǎn)換曲線

圖9 E1-2#樁等效轉(zhuǎn)換曲線

5 結(jié)論

1）由于碼頭工程場(chǎng)地限制，常規(guī)靜載試驗(yàn)檢測(cè)樁基豎向極限承載力難以完成，自平衡測(cè)試法相對(duì)而言，原理簡(jiǎn)單、省時(shí)省力，能滿足工程精度的要求，適用于碼頭工程樁基豎向極限承載力檢測(cè)，值得類似工程借鑒。

2）敞口鋼管樁在用自平衡測(cè)試法計(jì)算平衡點(diǎn)時(shí)，因荷載箱的存在，樁端承載力計(jì)算不宜再按照敞口鋼管樁來計(jì)算樁端承載力，而應(yīng)當(dāng)按照半敞口鋼管樁酌情對(duì)樁端承載力折減系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以更好地確定平衡點(diǎn)位置。

3）參考敞口鋼管樁內(nèi)因存在荷載箱而增強(qiáng)敞口鋼管樁樁端承載力的情況，針對(duì)試樁過程中發(fā)現(xiàn)樁基貫入度偏大的情況，在設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)，可考慮在鋼管樁內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置擋土裝置，在不增加樁長(zhǎng)的同時(shí)，滿足貫入度的要求，保證鋼管樁承載力。