天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)南部某碼頭試樁動(dòng)靜對(duì)比分析

沈恒旭 （天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300450）

0 前言

近年來天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)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(jīng)濟(jì)區(qū)南部某碼頭建設(shè)過程中的兩根試樁動(dòng)靜試驗(yàn)為依據(jù)，分析天津臨港地區(qū)地層對(duì)樁基礎(chǔ)承載力的影響，并計(jì)算該地區(qū)的恢復(fù)系數(shù)，為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

本工程試樁檢測(cè)共1組，10根樁。包括2根試樁（700mm×700mm預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心方樁）、6根錨樁（700mm×700mm預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心方樁）、2根基準(zhǔn)樁（700mm×700mm預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心方樁），其中錨樁采用工程樁。

2 工程地質(zhì)概況

該區(qū)域地質(zhì)主要為全新統(tǒng)（Q4）和上更統(tǒng)（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(nèi)地基土類型主要為淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂。各層土總體上土質(zhì)尚均勻，從上而下土質(zhì)漸好。地層分布表見表1。

3 試驗(yàn)方法

3.1 試樁靜載荷試驗(yàn)方法

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

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

圖1 軸向抗壓靜載試驗(yàn)設(shè)備立面示意圖

根據(jù)千斤頂率定曲線，荷載值用標(biāo)準(zhǔn)壓力表控制；沉降觀測(cè)采用量程為50mm的高精度位移傳感器，借助基準(zhǔn)梁進(jìn)行量測(cè)，采用JYB/C靜力載荷測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行顯示并記錄沉降值。

3.2 試樁高應(yīng)變初打及復(fù)打檢測(cè)方法

高應(yīng)變動(dòng)力試樁的基本原理為用重錘沖擊樁頂，使樁—土產(chǎn)生足夠的相對(duì)位移，以充分激發(fā)樁周土阻力和樁端支承力，通過安裝在樁頂以下樁身兩側(cè)的力和加速度傳感器接收樁的應(yīng)力波信號(hào)，應(yīng)用應(yīng)力波理論分析處理力和速度時(shí)程曲線，從而判定樁的承載力和評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量完整性。

地質(zhì)概況一覽表 表1

假設(shè)樁為一維線彈性桿，測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為A，樁材彈性模量為E，樁材質(zhì)量密度為ρ，樁身內(nèi)應(yīng)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(xué)阻抗為Z=AρC；其樁身應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可推導(dǎo)得樁的一維波動(dòng)方程：

分析方法采用Case法和實(shí)測(cè)曲線擬合法。

記沖擊速度峰對(duì)應(yīng)時(shí)間為t1,t2=t1+2L/C為樁底反射對(duì)應(yīng)時(shí)間，根據(jù)實(shí)測(cè)的力、速度曲線F(t)、V(t)推導(dǎo)可得case法判定樁的承載力的計(jì)算公式為：

實(shí)測(cè)曲線擬合法采用了較復(fù)雜的樁-土力學(xué)模型，選擇實(shí)測(cè)力或速度或上行波作為邊界條件進(jìn)行擬合，擬合完成時(shí)計(jì)算曲線應(yīng)與實(shí)測(cè)曲線基本吻合，樁側(cè)土摩阻力應(yīng)與地質(zhì)資料基本相符，貫入度的計(jì)算值應(yīng)與實(shí)測(cè)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(yàn)結(jié)果分析

4.1 試樁走向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

S-1試樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)時(shí)，每級(jí)加荷700kN，共加載10級(jí)，加載至7000kN時(shí)，樁頂沉降量為15.27mm，此時(shí)加載值已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求加載值≥6500kN的要求，終止加載。而后進(jìn)行分級(jí)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(yàn)加載至7000kN時(shí)，沉降～荷載曲線并未出現(xiàn)《水運(yùn)工程地基基礎(chǔ)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTS 237-2017）中規(guī)定的極限承載力判定標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)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(yàn)，每級(jí)加荷700kN，共加載12級(jí)，加載至8400kN時(shí)，樁頂沉降量為20.93mm，考慮繼續(xù)加載，錨筋受力將普遍超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度，終止加載。卸載后的殘余沉降量為5.36mm。而后進(jìn)行分級(jí)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(yàn)加載至84000kN時(shí)，沉降～荷載曲線并未出現(xiàn)《水運(yùn)工程地基基礎(chǔ)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTS 237-2017）中規(guī)定的陡降等極限承載力判定標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)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(yàn)沉降～荷載曲線

圖3 S-2試樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)沉降～荷載曲線

試樁高應(yīng)變初打測(cè)試結(jié)果匯總表 表2

4.2 高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試結(jié)果分析

沉樁過程中分別對(duì)試樁S-1和試樁S-2進(jìn)行初打測(cè)試，并于15d后進(jìn)行復(fù)打測(cè)試。通過CASE法和波動(dòng)方程擬合法分析得出，試樁S-1初打承載力為4829kN，復(fù)打承載力為9353kN；試樁S-2初打承載力為4652kN，復(fù)打承載力為9259kN。高應(yīng)變測(cè)試初打結(jié)果及復(fù)打結(jié)果匯總表見表2、表3.

試樁高應(yīng)變復(fù)打測(cè)試結(jié)果匯總表 表3

4.3 動(dòng)靜對(duì)比分析

試樁S-1及試樁S-2的軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)與高應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果對(duì)比分析見表4。通過比較2根試樁初打與復(fù)打承載力可得出沉樁15d后承載力回復(fù)系數(shù)分別為1.93和1.99。試樁軸向靜載荷試驗(yàn)表明試樁S-1極限承載力不小于7000kN，其恢復(fù)系數(shù)不小于1.45；試樁S-2極限承載力不小于8400kN，其恢復(fù)系數(shù)不小于1.80。由于靜載試驗(yàn)并未做到破壞，所以其極限承載力值小于高應(yīng)變動(dòng)測(cè)值。通過對(duì)比分析，建議取該地區(qū)承載力恢復(fù)系數(shù)取值1.96.

軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)與高應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析表 表4

5 結(jié)論

通過對(duì)該碼頭試樁S-1及試樁S-2軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)與高應(yīng)變初、復(fù)打測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得到如下結(jié)論：

①對(duì)于天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)南部區(qū)域地質(zhì)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(biāo)高控制沉樁過程，并輔以貫入度進(jìn)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(yàn)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(qū)域類似工程提供參考。

③通過對(duì)比高應(yīng)變初、復(fù)打測(cè)試結(jié)果并結(jié)合軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，推薦該區(qū)域承載力恢復(fù)系數(shù)取1.96。

④通過分析總結(jié)試樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)及高應(yīng)變初、復(fù)打動(dòng)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，為該區(qū)域類似工程樁基設(shè)計(jì)、沉樁設(shè)備選取及沉樁工藝提供了極具價(jià)值的參考。