天津臨港經濟區南部某碼頭試樁動靜對比分析

沈恒旭 （天津市北洋水運水利勘察設計研究院有限公司，天津 300450）

0 前言

近年來天津臨港經濟區發展迅速，籌備新建碼頭。由于缺乏合適的試樁材料，本文以天津臨港經濟區南部某碼頭建設過程中的兩根試樁動靜試驗為依據，分析天津臨港地區地層對樁基礎承載力的影響，并計算該地區的恢復系數，為類似工程設計提供參考。

1 工程概況

本工程試樁檢測共1組，10根樁。包括2根試樁（700mm×700mm預應力鋼筋混凝土空心方樁）、6根錨樁（700mm×700mm預應力鋼筋混凝土空心方樁）、2根基準樁（700mm×700mm預應力鋼筋混凝土空心方樁），其中錨樁采用工程樁。

2 工程地質概況

該區域地質主要為全新統（Q4）和上更統（Q3）海相、陸相及海陸交互沉積地層，從上而下地層呈層狀分布。揭示深度范圍內地基土類型主要為淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、粉砂。各層土總體上土質尚均勻，從上而下土質漸好。地層分布表見表1。

3 試驗方法

3.1 試樁靜載荷試驗方法

試樁工作平臺用型鋼焊接搭設。在錨樁夾樁(或設置牛腿焊接)，用以支撐主梁；平臺小主梁采用6m40工字鋼；平臺小次梁采用20工字鋼；小次梁上部鋪設10cm×10cm方木及5cm厚木板。平臺頂面高程約+5m（確保高于最高潮位）。平臺小主梁與夾樁、小主梁與小次粱間焊接連接；方木與平臺小次梁，方木與木板間綁扎連接，平臺周邊安裝1m高護欄。所有平臺材料均不得與試樁、基準樁接觸。

本次試驗采用錨樁反力梁裝置，用兩個500T千斤頂聯合施加荷載。試樁加載裝置如圖1。

圖1 軸向抗壓靜載試驗設備立面示意圖

根據千斤頂率定曲線，荷載值用標準壓力表控制；沉降觀測采用量程為50mm的高精度位移傳感器，借助基準梁進行量測，采用JYB/C靜力載荷測試系統進行顯示并記錄沉降值。

3.2 試樁高應變初打及復打檢測方法

高應變動力試樁的基本原理為用重錘沖擊樁頂，使樁—土產生足夠的相對位移，以充分激發樁周土阻力和樁端支承力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側的力和加速度傳感器接收樁的應力波信號，應用應力波理論分析處理力和速度時程曲線，從而判定樁的承載力和評價樁身質量完整性。

地質概況一覽表 表1

假設樁為一維線彈性桿，測點下樁長為L，橫截面積為A，樁材彈性模量為E，樁材質量密度為ρ，樁身內應力波傳播速度（俗稱彈性波速）為C（C2=E/ρ），廣義波阻抗或樁身截面力學阻抗為Z=AρC；其樁身應力應變關系可推導得樁的一維波動方程：

分析方法采用Case法和實測曲線擬合法。

記沖擊速度峰對應時間為t1,t2=t1+2L/C為樁底反射對應時間，根據實測的力、速度曲線F(t)、V(t)推導可得case法判定樁的承載力的計算公式為：

實測曲線擬合法采用了較復雜的樁-土力學模型，選擇實測力或速度或上行波作為邊界條件進行擬合，擬合完成時計算曲線應與實測曲線基本吻合，樁側土摩阻力應與地質資料基本相符，貫入度的計算值應與實測值基本吻合，從而獲得樁的豎向承載力和樁身完整性。

4 試驗結果分析

4.1 試樁走向抗壓靜載試驗結果分析

S-1試樁軸向抗壓靜載荷試驗時，每級加荷700kN，共加載10級，加載至7000kN時，樁頂沉降量為15.27mm，此時加載值已經達到設計要求加載值≥6500kN的要求，終止加載。而后進行分級卸載，卸載后的殘余沉降量為3.48mm。沉降～荷載曲線見圖2。

試樁S-1的軸向抗壓靜載荷試驗加載至7000kN時，沉降～荷載曲線并未出現《水運工程地基基礎試驗檢測技術規程》（JTS 237-2017）中規定的極限承載力判定標準，據此可得試樁S-1的極限承載力≥7000kN。

S-2試樁軸向抗壓靜載荷試驗，每級加荷700kN，共加載12級，加載至8400kN時，樁頂沉降量為20.93mm，考慮繼續加載，錨筋受力將普遍超過設計強度，終止加載。卸載后的殘余沉降量為5.36mm。而后進行分級卸載，卸載后的殘余沉降量為5.36mm。沉降～荷載曲線見圖3。

試樁S-2的軸向抗壓靜載荷試驗加載至84000kN時，沉降～荷載曲線并未出現《水運工程地基基礎試驗檢測技術規程》（JTS 237-2017）中規定的陡降等極限承載力判定標準，據此可得試樁S-2的極限承載力≥8400kN。

圖2 S-1試樁軸向抗壓靜載荷試驗沉降～荷載曲線

圖3 S-2試樁軸向抗壓靜載荷試驗沉降～荷載曲線

試樁高應變初打測試結果匯總表 表2

4.2 高應變動力測試結果分析

沉樁過程中分別對試樁S-1和試樁S-2進行初打測試，并于15d后進行復打測試。通過CASE法和波動方程擬合法分析得出，試樁S-1初打承載力為4829kN，復打承載力為9353kN；試樁S-2初打承載力為4652kN，復打承載力為9259kN。高應變測試初打結果及復打結果匯總表見表2、表3.

試樁高應變復打測試結果匯總表 表3

4.3 動靜對比分析

試樁S-1及試樁S-2的軸向抗壓靜載荷試驗與高應變試驗結果對比分析見表4。通過比較2根試樁初打與復打承載力可得出沉樁15d后承載力回復系數分別為1.93和1.99。試樁軸向靜載荷試驗表明試樁S-1極限承載力不小于7000kN，其恢復系數不小于1.45；試樁S-2極限承載力不小于8400kN，其恢復系數不小于1.80。由于靜載試驗并未做到破壞，所以其極限承載力值小于高應變動測值。通過對比分析，建議取該地區承載力恢復系數取值1.96.

軸向抗壓靜載荷試驗與高應變動測結果對比分析表 表4

5 結論

通過對該碼頭試樁S-1及試樁S-2軸向抗壓靜載荷試驗與高應變初、復打測試數據對比分析，得到如下結論：

①對于天津臨港經濟區南部區域地質條件，D125型錘可以滿足類似工程沉樁施工的需要，通過樁頂標高控制沉樁過程，并輔以貫入度進行控制，可以取得較好的沉樁效果。

②試樁S-1及試樁S-2軸向抗壓靜載荷試驗所得極限承載力分別不小于7000kN和8400kN，其樁頂沉降量分別為15.27mm和20.93mm，可為該區域類似工程提供參考。

③通過對比高應變初、復打測試結果并結合軸向抗壓靜載荷試驗結果，推薦該區域承載力恢復系數取1.96。

④通過分析總結試樁軸向抗壓靜載荷試驗及高應變初、復打動測試驗結果，為該區域類似工程樁基設計、沉樁設備選取及沉樁工藝提供了極具價值的參考。