斜錨樁在錨樁法靜載試驗(yàn)中的應(yīng)用

黎雙邵，孫紅梅

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

樁基礎(chǔ)是一種常用的深基礎(chǔ)[1]?；鶚鹅o載荷試驗(yàn)是確定試驗(yàn)樁極限承載力和檢驗(yàn)工程樁承載力最直接的手段，在工程中得到普遍應(yīng)用[2]。基樁靜載荷試驗(yàn)反力裝置一般采用堆載、錨樁反力梁或采用錨樁和堆載聯(lián)合提供反力，根據(jù)反力裝置特點(diǎn)簡稱為堆載法、錨樁法和錨樁聯(lián)合堆載法。在水上基樁靜載荷試驗(yàn)多采用錨樁法[3]。樁基工程中對水平承載力要求不高的工程大部分采用直樁，對水平承載力有要求的會(huì)采用斜樁。國內(nèi)外規(guī)范[4-6]基樁靜載試驗(yàn)錨樁均為直樁，采用斜樁作錨樁的基樁靜載荷試驗(yàn)[7]很少見。有的采用斜樁的工程為了試樁而加打直樁，例如杭州灣大橋在主墩中間增加5 根直樁（1 根試驗(yàn)樁，4 根錨樁），金塘大橋在橋墩旁專門進(jìn)行了6 組試樁，專門打設(shè)直樁。這些為基樁靜載試驗(yàn)而加打的直樁不僅增大了工程建設(shè)成本，也會(huì)增加工期。在進(jìn)行錨樁法靜載試驗(yàn)時(shí)能利用工程樁中的斜樁作錨樁就能節(jié)省成本，加快工程建設(shè)，縮短工期，因此進(jìn)行斜錨樁靜載試驗(yàn)研究十分必要。近年來海上風(fēng)電在我國得到大力發(fā)展，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)如采用高樁平臺(tái)多采用斜樁。在福建莆田南日島海上風(fēng)電項(xiàng)目試樁工程中，采用工程樁作錨樁進(jìn)行了斜錨樁基樁靜載荷試驗(yàn)，取得了斜錨樁在錨樁法基樁靜載荷試驗(yàn)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

龍?jiān)锤＝ㄆ翁锬先諐u400 MW 海上風(fēng)電場工程位于莆田市南日島東北側(cè)海域，規(guī)劃布置100臺(tái)單機(jī)容量4.0 MW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。根據(jù)實(shí)測海底地形圖資料，風(fēng)電場區(qū)海底高程在0～-30 m（85 高程，下同），風(fēng)電場海域內(nèi)島嶼、島礁分布較多，水深變化范圍較大，海底地形較為復(fù)雜。工程區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)要求高，缺乏可以利用的試樁資料，有必要在工程區(qū)域內(nèi)進(jìn)行施工工藝試樁[8]。福建莆田南日島海上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)機(jī)位基礎(chǔ)采用髙樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，單個(gè)基礎(chǔ)采用8根直徑φ1 800 mm 鋼管樁作為工程樁，且均為斜樁，傾斜度5 ∶1。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)鋼管樁和試樁平面布置見圖1。根據(jù)前期設(shè)計(jì)，本工程需要采用兩種樁型：打入式非嵌巖鋼管樁、打入式嵌巖鋼管樁，每種樁型做1 組試驗(yàn)，共2 組試驗(yàn)。各試樁均做水平承載力試驗(yàn)、抗壓和抗拔承載力試驗(yàn)。試驗(yàn)樁單樁抗壓靜載試驗(yàn)預(yù)計(jì)加荷值為22 000 kN。

圖1 鋼管樁平面布置圖Fig.1 Steel pipe pile layout plan

2 試樁方案

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用髙樁承臺(tái)，每個(gè)機(jī)位的基礎(chǔ)由8 根分布在同一圓上的傾斜度為5∶1 的斜樁組成。由于錨樁在靜載荷試驗(yàn)中受力很大，利用工程樁作錨樁可能會(huì)使工程樁傾斜度發(fā)生改變，如果采用直樁作錨樁必須加打直樁，最好的辦法就是利用8 根工程樁作錨樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，采取適當(dāng)措施防止工程樁傾斜度變化。

利用工程樁作為錨樁需要降低靜載試驗(yàn)中斜樁樁身彎矩和撓曲變形，避免改變工程樁傾斜度。靜載荷試驗(yàn)時(shí)上拔力會(huì)使錨樁樁身產(chǎn)生彎矩，當(dāng)上拔力作用點(diǎn)和錨樁嵌固點(diǎn)間的水平投影長度較大時(shí)，產(chǎn)生的彎矩也較大，這可能導(dǎo)致細(xì)長的錨樁產(chǎn)生明顯的撓曲變形，甚至可使斜樁的設(shè)計(jì)傾斜度發(fā)生改變。利用盡可能多的工程樁作錨樁就可以減少單根錨樁上的上拔力，所以最優(yōu)的方案就是采用8 根工程樁作錨樁。試驗(yàn)樁預(yù)計(jì)加荷值為22 000 kN，按通常錨樁法試驗(yàn)會(huì)采用4 根錨樁，每根錨樁上拔力平均為5 500 kN。本項(xiàng)目中的方案為采用8 根錨樁，則每根錨樁上拔力平均為2 750 kN，相比于4 根錨樁極大地減小了對錨樁的影響。試樁方案決定采用錨樁法進(jìn)行海上靜載試驗(yàn)，利用8 根工程樁作錨樁，并臨時(shí)設(shè)置2 根直樁作觀測基準(zhǔn)樁。

3 方案實(shí)施

采用斜樁作錨樁的方案實(shí)施，主要需要考慮減小上拔力對斜樁的傾斜度的影響和抵消斜樁分力產(chǎn)生的水平力問題。

根據(jù)現(xiàn)場工況條件研究分析，主要采取兩方面措施，保證了斜樁作錨樁方案的順利實(shí)施。一方面，設(shè)計(jì)加固平臺(tái)將8 根斜樁連接在一起，相鄰樁之間用型鋼焊接起來，中間再加一個(gè)“井”字架連接4 根樁，這樣每根錨樁和3 根樁連接固定在一起。錨樁連接加固示意圖見圖2。這樣可以一舉三得，一是加固平臺(tái)增加了錨樁體系的整體剛度，二是加固平臺(tái)抵消了靜載試驗(yàn)時(shí)對錨樁產(chǎn)生的大部分水平力，也能束縛錨樁傾斜度的改變，三是加固平臺(tái)可以兼作試驗(yàn)平臺(tái)。另一方面，將未能打入的鋼樁富余部分截下來，截成1.2 m長，對稱兩側(cè)開口，開口寬度為梁寬略加富余量，將樁頭放置在試驗(yàn)梁上，樁頭軸線和錨樁軸線重合，使錨樁為軸向受力，通過錨筋與錨樁連接起來承受拉力。將錨樁間用型鋼焊接連成整體，樁頭軸線與錨樁軸線輕微偏移產(chǎn)生的少量水平力可由焊接的型鋼抵消，最大程度地避免了靜載試驗(yàn)對錨樁產(chǎn)生變形影響。

圖2 錨樁連接加固圖Fig.2 Joint and reinforcement plan of anchor pile

錨樁通過型鋼連接成整體后，型鋼就可以作為試樁平臺(tái)的受力支撐結(jié)構(gòu)，在型鋼上焊接薄鋼板做試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)平臺(tái)搭設(shè)完畢后就可以安裝靜載試驗(yàn)設(shè)備了。先在試樁上布設(shè)墊板，墊板上布設(shè)試驗(yàn)用千斤頂。在基準(zhǔn)樁上焊牛腿，在牛腿上架設(shè)基準(zhǔn)梁。等千斤頂和基準(zhǔn)梁安放好后，在錨樁上布設(shè)支撐反力梁的支架。支架安裝好后吊裝反力梁，分層搭設(shè)反力梁。反力梁上放置利用樁頭加工的拉帽，拉帽和錨樁之間利用螺紋鋼筋連接起來。螺紋鋼筋焊接達(dá)到相應(yīng)的長度就可以進(jìn)行靜載試驗(yàn)了。

4 實(shí)施效果

2 根試樁抗壓靜載試驗(yàn)均加載至22 000 kN，沒有出現(xiàn)破壞，試樁的單樁軸向抗壓極限承載力均為不小于22 000 kN。在加載過程中，沒有出現(xiàn)危及試驗(yàn)安全的情況，錨樁斜度試驗(yàn)前后沒有變化。由于抗拔靜載荷試驗(yàn)和水平靜載荷試驗(yàn)荷載均比抗壓靜載試驗(yàn)噸位小很多，所以另外兩種靜載試驗(yàn)對工程樁影響可以忽略不計(jì)。

本工程靜載試樁首次采用8 根斜樁作錨樁，首次采用樁頭做拉帽均取得很好效果。采用斜樁作錨樁進(jìn)行海上靜載荷試驗(yàn)，設(shè)計(jì)加固平臺(tái)將8根斜樁連接在一起，增加了錨樁體系的整體剛度，抵消了水平分力和水平變形，并可兼作試驗(yàn)平臺(tái)；采用樁頭做拉帽，拉帽軸線與錨樁軸線重合，錨樁只產(chǎn)生軸向變形。兩方面的措施，保證了斜樁作錨樁方案的順利實(shí)施，同時(shí)避免重新打設(shè)4 根直樁作錨樁，節(jié)省了數(shù)百萬元直接成本。采用斜樁作錨樁，并且用截下來的樁頭做拉帽，有效地解決了靜載試驗(yàn)利用斜樁作錨樁可能引起較大彎矩和明顯撓曲變形的難題，在減小水平力產(chǎn)生和滿足工期要求的前提下節(jié)約了成本投入，在今后類似工程中值得借鑒。

5 結(jié)語

通過本工程實(shí)踐可以得到以下結(jié)論：

1）在錨樁法基樁靜載試驗(yàn)中采取適當(dāng)措施利用工程樁中的斜樁作錨樁是可行的。

2）利用斜樁作錨樁不用加打直樁，可以大量減少工程成本，節(jié)省工程造價(jià)和縮短工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在本項(xiàng)目試樁工程中采用了8 根工程樁作錨樁，由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)只有8 根樁，所以需要臨時(shí)打設(shè)2 根直樁作試驗(yàn)基準(zhǔn)樁。后來在其它風(fēng)電試樁項(xiàng)目中，同樣是8 根斜樁的高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，也嘗試取8 根樁中的2 根樁作基準(zhǔn)樁，用6 根斜樁作錨樁，這樣不需要打設(shè)基準(zhǔn)樁。把6 根錨樁通過工字鋼連接起來，工字鋼作為搭設(shè)試樁平臺(tái)的受力結(jié)構(gòu)。采用6 根斜樁作錨樁效果也很好，對工程樁的傾斜度也沒有影響。