中東地區高樁碼頭沉樁停錘標準設計與建議

李輝，梁成，吳宏雷

（中國電建集團山東電力建設有限公司，山東 濟南 250102）

高樁碼頭是國內外港口工程中重要的碼頭結構形式[1,2]。高樁碼頭一般為透空結構，其結構輕，受波浪作用影響小，砂石料用量省，對原地形改變較少，對于挖泥超深的適應性強，尤其適用于軟土層較厚的地質條件下，可通過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構成為可能[3,4]。

在高樁碼頭設計過程中，確定樁基的沉樁標準是一項重要工作，對于錘擊沉樁，需要對貫入度進行仔細研究，貫入度過大會影響樁的承載力，貫入度過小則沉樁困難，甚至影響錘體和樁身安全[5]。本文以中東地區沙特阿美薩拉曼國際綜合港務設施項目（簡稱“國王港項目”）中1#突堤碼頭區域為例，選取了一處合適地點（PTP-01）進行試打樁及相關試驗，以對本區域鋼管樁的沉樁標準進行研究。

1 沉樁停錘標準設計

1.1 樁基整體方案

1#突堤碼頭采用全直樁梁板結構，碼頭長404m，寬25m，碼頭面標高4.5m，排架間距為9.5m，每榀排架布置5 根樁，其鋼管樁設計參數如表1所示。選用的打樁船為沙特當地專業施工單位的打樁船HUTA312，其總長70m，寬26m，最大錘頭重量為45t，試樁時選取的液壓錘為荷蘭IHC MERWEDE 公司所生產的S-280型液壓錘，錘芯重量為13.6t。

表1 1#突堤碼頭鋼管樁設計參數

1.2 最終貫入度計算

本項目采用歐標（英標）設計標準，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行計算：

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

1.3 樁類型分析

根據設計計算值，樁基承載力中側摩阻力和樁端阻力分別占比46%和54%，然而由于樁端阻力計算時主要取決于樁基側摩阻力和樁端（鋼管樁樁端壁厚環形區域）端阻值之和，因此設計樁基承載力理論上仍應是由樁側摩擦力計算值控制，綜上，設計樁基屬于端承摩擦樁。

2 試驗檢測

2.1 試樁

在PTP-01 處進行試打樁，自土層高程CD-26m 至樁底設計高程CD-35m 處每間隔250mm 記錄沉樁擊數，并計算每擊的貫入度如圖1所示。根據鉆孔分析可知在土層高程CD-26m～-29.59m 處為密實/膠結砂層，在土層高程CD-29.59m～-38m 處為砂巖，根據打樁數據顯示，試樁樁基在通過密實砂/膠結砂層和砂巖時的貫入度未見明顯差別和變化，貫入度均介于3.7～6.4mm/擊之間，終錘時的貫入度為4.7mm，基本與4.6mm 的計算結果相符。

圖1 PTP-01 試樁沉樁記錄

2.2 試驗樁基承載能力驗證

靜載荷試樁是指在樁頂部逐級施加豎向壓力，觀測樁頂部隨時間產生的沉降，以確定相應的單樁豎向抗壓承載力，是最能反映樁基實際承載力的試驗方法。本項目靜載試驗檢測采用錨樁法。在上述沉入設計高程的試驗樁周圍打入4 根錨樁，通過鋼梁相互連接，通過頂部千斤頂對試驗樁施加軸向力，并通過儀器記錄試驗數據，圖2和圖3分別為靜載試驗的示意圖及現場圖。

圖2 靜載試驗示意圖

圖3 靜載試驗現場圖

靜載試驗按照ASTM D1143 標準執行：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，如沉降達到10%的樁徑，則認為破壞發生，如破壞未發生，則分階段移除荷載。靜載試驗參數如表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，則認為樁基承載力滿足要求。

表2 靜載試驗參數

根據表3結果可知，樁身沉降量均滿足標準要求，表明樁基承載力滿足使用需要，樁基未發生破壞。

表3 PTP-01 靜載試驗結果

3 沉樁建議

3.1 停錘標準

綜上分析，本區域樁基端持力層為泥巖/砂巖，承載類型屬于端承摩擦樁。根據試樁沉樁記錄及靜載試驗結果，本項目停錘標準建議采用標高控制、貫入度校核。根據現場后續沉樁施工情況，樁基實際施工采用標高控制，貫入度基本在5mm 以內，與得出的停錘標準基本吻合，停錘標準能夠滿足設計、施工要求。

3.2 樁基后續沉樁建議

依據本項目地質初步分析，巖層的上覆蓋層以砂層為主，依據土層特性，沉樁過程中可能會遇到以下幾種情況，具體建議如下：

（1）樁端未達設計標高遇硬夾層。樁基在到達持力層前，可能會遇到局部硬夾層，此時應結合施工經驗，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到最小入土深度（由結構受力判定）和一定錘擊數，樁基無法繼續有效貫入土層，且高應變檢測（PDA）樁基承載能力滿足設計要求，則可認為樁基沉樁完成。

（2）樁端已達設計標高貫入度仍較大。若沉樁過程中，遇見樁端已達設計標高、貫入度仍較大的情形，此時應采用PDA 檢測驗證，若經檢測樁基承載力能夠滿足要求，則可認為樁基沉樁完成；若PDA 檢測樁基承載力不滿足要求，則需接樁或補樁。

4 結語

本文對中東地區港口工程項目高樁碼頭的樁基停錘標準設計參數進行了研究，現場試樁結果表明，通過海利公式計算得到的最終貫入度與試樁結果基本符合，試驗樁的樁基承載能力能夠滿足靜載試驗的各項標準，研究所確定的標高控制、貫入度校核的沉樁停錘標準及沉樁建議，可以為現場施工的快速有序、安全開展提供重要保障。