大型碼頭后注漿灌注樁軸向抗壓承載力檢測(cè)方案

■鄭哲希

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

高樁碼頭作為主要的碼頭結(jié)構(gòu)形式，在沿海地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。 尤其受用海政策的限制，近年來(lái)福建沿海新建的碼頭項(xiàng)目中，高樁碼頭比例高達(dá)58%。 基樁作為高樁碼頭的基礎(chǔ)工程，其軸向抗壓承載力直接決定碼頭上部結(jié)構(gòu)尺度、使用功能及工程投資。

灌注樁后注漿工藝主要通過高壓注入水泥漿，對(duì)樁底的沉渣土、 持力土層以及樁側(cè)土體進(jìn)行加固，以達(dá)到提升基樁端、樁摩阻力并降低樁身沉降量的目的。 后注漿工藝已在工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用， 該工藝對(duì)基樁豎向承載能力提升顯著。但對(duì)于大型碼頭工程，大范圍使用后注漿灌注樁的工程實(shí)例較少，福建地區(qū)尚無(wú)已實(shí)施工程實(shí)例。 參考有限的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在大型碼頭建設(shè)中后注漿灌注樁的豎向承載力可提高48.1%～72.8%[1]。 為驗(yàn)證后注漿工藝的加固效果，在樁基工程試樁過程中，需通過合理的檢測(cè)方式確認(rèn)后注漿灌注樁軸向抗壓承載力的提升幅度， 是否滿足設(shè)計(jì)樁力的要求。 本文依托作為湄洲灣港秀嶼港區(qū)石門澳作業(yè)區(qū)起步工程的11# 泊位工程，結(jié)合項(xiàng)目情況研究確定軸向抗壓承載力檢測(cè)方案。

1 樁基軸向抗壓承載力檢測(cè)方法

JTS 240-2020 《水運(yùn)工程基樁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]已詳細(xì)界定基樁檢測(cè)的目的與方法，其中灌注樁軸向抗壓承載力相關(guān)檢測(cè)目的及相應(yīng)檢測(cè)方法如表1 所示。 其中，軸向抗壓靜載試驗(yàn)即通過對(duì)基樁增加荷載直接測(cè)定樁承載力、 樁基沉降等指標(biāo)；自平衡法則通過在樁體中預(yù)埋荷載施加設(shè)備，將樁基劃分為上節(jié)段、下節(jié)段樁基，加載時(shí)通過上節(jié)樁身的摩擦力與下節(jié)樁身的摩擦力及端阻力維持平衡，測(cè)定樁承載力、樁基沉降等指標(biāo)；高應(yīng)變法主要通過施加沖擊力，產(chǎn)生應(yīng)力波的透射和反射，經(jīng)過計(jì)算分析得出被檢樁的單樁豎向極限承載力估算值，在使用新型工法或起步工程無(wú)參照實(shí)例的情況下，估算值需與靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行擬合對(duì)比。

表1 灌注樁相關(guān)檢測(cè)目的與方法

2 后注漿灌注樁在大型碼頭的應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

依托工程位于湄洲灣北岸石門澳北岸，建設(shè)10 萬(wàn)噸級(jí)通用泊位1 個(gè)及相應(yīng)的配套設(shè)施，作為石門澳作業(yè)區(qū)起步工程，與6、9#泊位同步實(shí)施。 碼頭離岸式布置，采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，平臺(tái)長(zhǎng)306 m，寬33 m。 排架間距10 m， 每個(gè)排架由1 根直徑2.5 m 和3 根直徑2.3 m 鉆孔灌注樁組成， 樁基持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，均采用樁端后注漿工藝。 本文以依托工程直徑2.3 m 的后注漿灌注樁作為對(duì)象，研究試樁階段樁基軸向抗壓承載力檢測(cè)方案。

2.2 地質(zhì)條件

依托工程區(qū)域地層較簡(jiǎn)單，覆蓋第四紀(jì)全新統(tǒng)海陸交互沉積層，下臥殘積土層，基巖為燕山晚期侵入的花崗巖。 碼頭區(qū)域自上而下主要分布淤泥、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化花崗巖各土層樁基計(jì)算參數(shù)推薦值如表2 所示。 其中，散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖埋深13.8～23.5 m，層厚大，碼頭絕大部分區(qū)域至終孔深度均為該巖層，考慮作為樁基結(jié)構(gòu)持力層。

表2 土層樁基計(jì)算參數(shù)推薦值

2.3 設(shè)計(jì)樁力及樁基軸向承載能力

碼頭工程設(shè)計(jì)過程中，后注漿灌注樁軸向抗壓承載力的確定主要參照J(rèn)TS167-2018 《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]進(jìn)行計(jì)算，但依托工程樁基持力層為散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，故參考JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[4]式5.3.10 進(jìn)行后注漿灌注樁軸向抗壓承載力計(jì)算，考慮后注漿對(duì)樁端阻力的增強(qiáng)作用。 根據(jù)依托工程設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行樁基壓樁力計(jì)算，結(jié)果顯示： 直徑2300 mm 灌注樁設(shè)計(jì)最大壓樁力為16468 kN； 基樁軸向抗壓承載力計(jì)算值為17662 kN，滿足設(shè)計(jì)樁力要求，其中樁端抗壓承載力計(jì)算值為10625 kN， 樁側(cè)抗壓承載力計(jì)算值為7073 kN[5]。

3 后注漿灌注樁的檢測(cè)方案確定

3.1 試驗(yàn)檢測(cè)方法確定

基樁軸向抗壓極限承載力的檢測(cè)方式的確定主要根據(jù)以下因素。

3.1.1 樁基工藝

按JTS167-2018《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]要求，后注漿灌注樁單樁極限軸向抗壓承載力，應(yīng)通過靜載荷試驗(yàn)確定。 考慮自平衡法的檢測(cè)原理與靜載荷試驗(yàn)相同，借鑒JTS 240-2020《水運(yùn)工程基樁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]中有其他可靠的試驗(yàn)方式可替代靜載荷試驗(yàn)的約定，結(jié)合杭州灣跨海大橋[6]等水上項(xiàng)目， 采用自平衡法對(duì)后注漿灌注樁檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例，認(rèn)為自平衡法可作為后注漿灌注樁軸向抗壓承載力檢測(cè)的備選方案。

3.1.2 基樁端側(cè)承載能力占比

靜載荷試驗(yàn)與自平衡法均為直接有效的基樁軸向抗壓極限承載力的檢測(cè)方式， 兩者相對(duì)比，靜載荷試驗(yàn)的適用范圍更廣。 自平衡法的檢測(cè)需以上、下段樁基荷載平衡作為前提，適用于摩擦樁。

依托工程灌注樁采用樁端注漿工藝， 根據(jù)基樁軸向抗壓承載力計(jì)算結(jié)果， 樁端提供的承載力占總承載力的60%，樁身內(nèi)無(wú)荷載平衡點(diǎn)。如采用自平衡法需在樁頂施加靜載， 等于需要2 種加載方式，不易實(shí)施操作。 故依托工程的基樁作為端承樁， 確定靜載荷試驗(yàn)作為其試樁軸向抗壓承載力檢測(cè)方法。

3.1.3 施工條件

靜載荷試驗(yàn)的測(cè)定主要有堆載法及錨樁法，二者原理相近但加載方式不同，主要由檢測(cè)工作面確定檢測(cè)方式。

依托工程碼頭采用離岸式布置，灌注樁施工過程中搭設(shè)施工平臺(tái)形成工作面。 直徑2.3 m 灌注樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值為17662 kN，其加載量需至設(shè)計(jì)值的1.6 倍，即28259 kN。 如采用堆載法進(jìn)行施工，常規(guī)施工平臺(tái)無(wú)法作為檢測(cè)作業(yè)面，需在水上搭設(shè)承載能力滿足加載量1.5 倍的檢測(cè)平臺(tái)， 經(jīng)初步估算， 作為臨時(shí)工程檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)單價(jià)與碼頭相近。因此，在試樁方案確定的過程中，基于試樁方法的合理性、經(jīng)濟(jì)型，確定采用錨樁法作為試樁時(shí)軸向抗壓承載力的檢測(cè)方法。 錨樁法裝置布置示意圖如圖1 所示。

圖1 錨樁法試樁示意圖

3.2 靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)方案

依托工程通過錨樁法測(cè)定基樁軸向抗壓承載，采用工程樁作為試驗(yàn)樁及錨樁，軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)采用4 樁反力錨樁法，錨樁為試驗(yàn)樁周圍前后左右距離最近的4 根灌注樁組成，錨樁與試驗(yàn)樁最小中心距為8.5 m。 選取C-2 號(hào)樁、C-31 號(hào)樁進(jìn)行單樁軸向抗壓靜載荷試驗(yàn)， 其中C-2 號(hào)樁以B-2、D-2、C-1、C-3 號(hào)樁為錨樁；C-31 號(hào)樁以B-31、D-31、C-30、C-32 號(hào)樁為錨樁。 具體試樁布置示意圖如圖2 所示。

圖2 試樁樁位示意圖

試樁檢測(cè)過程中利用灌注樁打入式鋼管樁在距離試驗(yàn)樁、錨樁均不小于3 倍樁徑的位置設(shè)2 根基準(zhǔn)樁。 加載設(shè)備采用8 只同型號(hào)的500 t 千斤頂同步并聯(lián)連接，使用高壓油泵加壓，并采用自動(dòng)穩(wěn)壓措施。 直徑2.3 m 灌注樁靜載荷試驗(yàn)加載量為29000 kN。 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，按靜載荷試驗(yàn)加載量的1/10 分級(jí)，其中第一級(jí)為分級(jí)荷載的2 倍，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量后停止加載。 依托工程錨樁法檢測(cè)工藝平面布置圖如圖3 所示。

圖3 樁法檢測(cè)工藝平面布置圖

靜載試驗(yàn)完成后，需對(duì)試驗(yàn)樁基進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)，并將靜載試驗(yàn)結(jié)果與高應(yīng)變法檢測(cè)結(jié)果擬合對(duì)比。 將對(duì)比測(cè)定結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)依托工程基樁采用高應(yīng)變法，檢測(cè)數(shù)量不低于總樁數(shù)的5%。

4 結(jié)論

（1）后注漿灌注樁在大型碼頭的應(yīng)用中還未普及，工程實(shí)例較少。 在大型碼頭工程中采用后注漿工藝的灌注樁應(yīng)在試樁過程中通過樁基靜載荷試驗(yàn)或自平衡法檢測(cè)樁基承載能力。 （2）水上施工端承灌注樁，應(yīng)判別其樁身抗壓承載能力組成。 端阻力占比較大的灌注樁，采用自平衡法需考慮2 種加載，不推薦在水上實(shí)施。