天津临港经济区南部某码头试桩动静对比分析

沈恒旭 （天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津 300450）

0 前言

近年来天津临港经济区发展迅速，筹备新建码头。由于缺乏合适的试桩材料，本文以天津临港经济区南部某码头建设过程中的两根试桩动静试验为依据，分析天津临港地区地层对桩基础承载力的影响，并计算该地区的恢复系数，为类似工程设计提供参考。

1 工程概况

本工程试桩检测共1组，10根桩。包括2根试桩（700mm×700mm预应力钢筋混凝土空心方桩）、6根锚桩（700mm×700mm预应力钢筋混凝土空心方桩）、2根基准桩（700mm×700mm预应力钢筋混凝土空心方桩），其中锚桩采用工程桩。

2 工程地质概况

该区域地质主要为全新统（Q4）和上更统（Q3）海相、陆相及海陆交互沉积地层，从上而下地层呈层状分布。揭示深度范围内地基土类型主要为淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、粉砂。各层土总体上土质尚均匀，从上而下土质渐好。地层分布表见表1。

3 试验方法

3.1 试桩静载荷试验方法

试桩工作平台用型钢焊接搭设。在锚桩夹桩(或设置牛腿焊接)，用以支撑主梁；平台小主梁采用6m40工字钢；平台小次梁采用20工字钢；小次梁上部铺设10cm×10cm方木及5cm厚木板。平台顶面高程约+5m（确保高于最高潮位）。平台小主梁与夹桩、小主梁与小次粱间焊接连接；方木与平台小次梁，方木与木板间绑扎连接，平台周边安装1m高护栏。所有平台材料均不得与试桩、基准桩接触。

本次试验采用锚桩反力梁装置，用两个500T千斤顶联合施加荷载。试桩加载装置如图1。

图1 轴向抗压静载试验设备立面示意图

根据千斤顶率定曲线，荷载值用标准压力表控制；沉降观测采用量程为50mm的高精度位移传感器，借助基准梁进行量测，采用JYB/C静力载荷测试系统进行显示并记录沉降值。

3.2 试桩高应变初打及复打检测方法

高应变动力试桩的基本原理为用重锤冲击桩顶，使桩—土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。

地质概况一览表 表1

假设桩为一维线弹性杆，测点下桩长为L，横截面积为A，桩材弹性模量为E，桩材质量密度为ρ，桩身内应力波传播速度（俗称弹性波速）为C（C2=E/ρ），广义波阻抗或桩身截面力学阻抗为Z=AρC；其桩身应力应变关系可推导得桩的一维波动方程：

分析方法采用Case法和实测曲线拟合法。

记冲击速度峰对应时间为t1,t2=t1+2L/C为桩底反射对应时间，根据实测的力、速度曲线F(t)、V(t)推导可得case法判定桩的承载力的计算公式为：

实测曲线拟合法采用了较复杂的桩-土力学模型，选择实测力或速度或上行波作为边界条件进行拟合，拟合完成时计算曲线应与实测曲线基本吻合，桩侧土摩阻力应与地质资料基本相符，贯入度的计算值应与实测值基本吻合，从而获得桩的竖向承载力和桩身完整性。

4 试验结果分析

4.1 试桩走向抗压静载试验结果分析

S-1试桩轴向抗压静载荷试验时，每级加荷700kN，共加载10级，加载至7000kN时，桩顶沉降量为15.27mm，此时加载值已经达到设计要求加载值≥6500kN的要求，终止加载。而后进行分级卸载，卸载后的残余沉降量为3.48mm。沉降～荷载曲线见图2。

试桩S-1的轴向抗压静载荷试验加载至7000kN时，沉降～荷载曲线并未出现《水运工程地基基础试验检测技术规程》（JTS 237-2017）中规定的极限承载力判定标准，据此可得试桩S-1的极限承载力≥7000kN。

S-2试桩轴向抗压静载荷试验，每级加荷700kN，共加载12级，加载至8400kN时，桩顶沉降量为20.93mm，考虑继续加载，锚筋受力将普遍超过设计强度，终止加载。卸载后的残余沉降量为5.36mm。而后进行分级卸载，卸载后的残余沉降量为5.36mm。沉降～荷载曲线见图3。

试桩S-2的轴向抗压静载荷试验加载至84000kN时，沉降～荷载曲线并未出现《水运工程地基基础试验检测技术规程》（JTS 237-2017）中规定的陡降等极限承载力判定标准，据此可得试桩S-2的极限承载力≥8400kN。

图2 S-1试桩轴向抗压静载荷试验沉降～荷载曲线

图3 S-2试桩轴向抗压静载荷试验沉降～荷载曲线

试桩高应变初打测试结果汇总表 表2

4.2 高应变动力测试结果分析

沉桩过程中分别对试桩S-1和试桩S-2进行初打测试，并于15d后进行复打测试。通过CASE法和波动方程拟合法分析得出，试桩S-1初打承载力为4829kN，复打承载力为9353kN；试桩S-2初打承载力为4652kN，复打承载力为9259kN。高应变测试初打结果及复打结果汇总表见表2、表3.

试桩高应变复打测试结果汇总表 表3

4.3 动静对比分析

试桩S-1及试桩S-2的轴向抗压静载荷试验与高应变试验结果对比分析见表4。通过比较2根试桩初打与复打承载力可得出沉桩15d后承载力回复系数分别为1.93和1.99。试桩轴向静载荷试验表明试桩S-1极限承载力不小于7000kN，其恢复系数不小于1.45；试桩S-2极限承载力不小于8400kN，其恢复系数不小于1.80。由于静载试验并未做到破坏，所以其极限承载力值小于高应变动测值。通过对比分析，建议取该地区承载力恢复系数取值1.96.

轴向抗压静载荷试验与高应变动测结果对比分析表 表4

5 结论

通过对该码头试桩S-1及试桩S-2轴向抗压静载荷试验与高应变初、复打测试数据对比分析，得到如下结论：

①对于天津临港经济区南部区域地质条件，D125型锤可以满足类似工程沉桩施工的需要，通过桩顶标高控制沉桩过程，并辅以贯入度进行控制，可以取得较好的沉桩效果。

②试桩S-1及试桩S-2轴向抗压静载荷试验所得极限承载力分别不小于7000kN和8400kN，其桩顶沉降量分别为15.27mm和20.93mm，可为该区域类似工程提供参考。

③通过对比高应变初、复打测试结果并结合轴向抗压静载荷试验结果，推荐该区域承载力恢复系数取1.96。

④通过分析总结试桩轴向抗压静载荷试验及高应变初、复打动测试验结果，为该区域类似工程桩基设计、沉桩设备选取及沉桩工艺提供了极具价值的参考。