大型码头后注浆灌注桩轴向抗压承载力检测方案

2021-02-15郑哲希

福建交通科技 2021年11期

■郑哲希

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

高桩码头作为主要的码头结构形式，在沿海地区得到广泛的应用。尤其受用海政策的限制，近年来福建沿海新建的码头项目中，高桩码头比例高达58%。基桩作为高桩码头的基础工程，其轴向抗压承载力直接决定码头上部结构尺度、使用功能及工程投资。

灌注桩后注浆工艺主要通过高压注入水泥浆，对桩底的沉渣土、持力土层以及桩侧土体进行加固，以达到提升基桩端、桩摩阻力并降低桩身沉降量的目的。后注浆工艺已在工程建设领域得到广泛推广应用，该工艺对基桩竖向承载能力提升显著。但对于大型码头工程，大范围使用后注浆灌注桩的工程实例较少，福建地区尚无已实施工程实例。参考有限的工程实测数据，在大型码头建设中后注浆灌注桩的竖向承载力可提高48.1%～72.8%[1]。为验证后注浆工艺的加固效果，在桩基工程试桩过程中，需通过合理的检测方式确认后注浆灌注桩轴向抗压承载力的提升幅度，是否满足设计桩力的要求。本文依托作为湄洲湾港秀屿港区石门澳作业区起步工程的11# 泊位工程，结合项目情况研究确定轴向抗压承载力检测方案。

1 桩基轴向抗压承载力检测方法

JTS 240-2020 《水运工程基桩试验检测技术规范》[2]已详细界定基桩检测的目的与方法，其中灌注桩轴向抗压承载力相关检测目的及相应检测方法如表1 所示。其中，轴向抗压静载试验即通过对基桩增加荷载直接测定桩承载力、桩基沉降等指标；自平衡法则通过在桩体中预埋荷载施加设备，将桩基划分为上节段、下节段桩基，加载时通过上节桩身的摩擦力与下节桩身的摩擦力及端阻力维持平衡，测定桩承载力、桩基沉降等指标；高应变法主要通过施加冲击力，产生应力波的透射和反射，经过计算分析得出被检桩的单桩竖向极限承载力估算值，在使用新型工法或起步工程无参照实例的情况下，估算值需与静载荷试验进行拟合对比。

表1 灌注桩相关检测目的与方法

2 后注浆灌注桩在大型码头的应用实例

2.1 工程概况

依托工程位于湄洲湾北岸石门澳北岸，建设10 万吨级通用泊位1 个及相应的配套设施，作为石门澳作业区起步工程，与6、9#泊位同步实施。码头离岸式布置，采用高桩梁板式结构，平台长306 m，宽33 m。排架间距10 m，每个排架由1 根直径2.5 m 和3 根直径2.3 m 钻孔灌注桩组成，桩基持力层为强风化花岗岩，均采用桩端后注浆工艺。本文以依托工程直径2.3 m 的后注浆灌注桩作为对象，研究试桩阶段桩基轴向抗压承载力检测方案。

2.2 地质条件

依托工程区域地层较简单，覆盖第四纪全新统海陆交互沉积层，下卧残积土层，基岩为燕山晚期侵入的花岗岩。码头区域自上而下主要分布淤泥、粉质黏土、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩及中风化花岗岩各土层桩基计算参数推荐值如表2 所示。其中，散体状强风化花岗岩埋深13.8～23.5 m，层厚大，码头绝大部分区域至终孔深度均为该岩层，考虑作为桩基结构持力层。

表2 土层桩基计算参数推荐值

2.3 设计桩力及桩基轴向承载能力

码头工程设计过程中，后注浆灌注桩轴向抗压承载力的确定主要参照JTS167-2018 《码头结构设计规范》[3]进行计算，但依托工程桩基持力层为散体状强风化花岗岩，故参考JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》[4]式5.3.10 进行后注浆灌注桩轴向抗压承载力计算，考虑后注浆对桩端阻力的增强作用。根据依托工程设计荷载进行桩基压桩力计算，结果显示：直径2300 mm 灌注桩设计最大压桩力为16468 kN；基桩轴向抗压承载力计算值为17662 kN，满足设计桩力要求，其中桩端抗压承载力计算值为10625 kN，桩侧抗压承载力计算值为7073 kN[5]。

3 后注浆灌注桩的检测方案确定

3.1 试验检测方法确定

基桩轴向抗压极限承载力的检测方式的确定主要根据以下因素。

3.1.1 桩基工艺

按JTS167-2018《码头结构设计规范》[3]要求，后注浆灌注桩单桩极限轴向抗压承载力，应通过静载荷试验确定。考虑自平衡法的检测原理与静载荷试验相同，借鉴JTS 240-2020《水运工程基桩试验检测技术规范》[2]中有其他可靠的试验方式可替代静载荷试验的约定，结合杭州湾跨海大桥[6]等水上项目，采用自平衡法对后注浆灌注桩检测的应用实例，认为自平衡法可作为后注浆灌注桩轴向抗压承载力检测的备选方案。

3.1.2 基桩端侧承载能力占比

静载荷试验与自平衡法均为直接有效的基桩轴向抗压极限承载力的检测方式，两者相对比，静载荷试验的适用范围更广。自平衡法的检测需以上、下段桩基荷载平衡作为前提，适用于摩擦桩。

依托工程灌注桩采用桩端注浆工艺，根据基桩轴向抗压承载力计算结果，桩端提供的承载力占总承载力的60%，桩身内无荷载平衡点。如采用自平衡法需在桩顶施加静载，等于需要2 种加载方式，不易实施操作。故依托工程的基桩作为端承桩，确定静载荷试验作为其试桩轴向抗压承载力检测方法。

3.1.3 施工条件

静载荷试验的测定主要有堆载法及锚桩法，二者原理相近但加载方式不同，主要由检测工作面确定检测方式。

依托工程码头采用离岸式布置，灌注桩施工过程中搭设施工平台形成工作面。直径2.3 m 灌注桩抗压承载力设计值为17662 kN，其加载量需至设计值的1.6 倍，即28259 kN。如采用堆载法进行施工，常规施工平台无法作为检测作业面，需在水上搭设承载能力满足加载量1.5 倍的检测平台，经初步估算，作为临时工程检测平台建设单价与码头相近。因此，在试桩方案确定的过程中，基于试桩方法的合理性、经济型，确定采用锚桩法作为试桩时轴向抗压承载力的检测方法。锚桩法装置布置示意图如图1 所示。

图1 锚桩法试桩示意图

3.2 静载荷试验检测方案

依托工程通过锚桩法测定基桩轴向抗压承载，采用工程桩作为试验桩及锚桩，轴向抗压静载荷试验采用4 桩反力锚桩法，锚桩为试验桩周围前后左右距离最近的4 根灌注桩组成，锚桩与试验桩最小中心距为8.5 m。选取C-2 号桩、C-31 号桩进行单桩轴向抗压静载荷试验，其中C-2 号桩以B-2、D-2、C-1、C-3 号桩为锚桩；C-31 号桩以B-31、D-31、C-30、C-32 号桩为锚桩。具体试桩布置示意图如图2 所示。

图2 试桩桩位示意图

试桩检测过程中利用灌注桩打入式钢管桩在距离试验桩、锚桩均不小于3 倍桩径的位置设2 根基准桩。加载设备采用8 只同型号的500 t 千斤顶同步并联连接，使用高压油泵加压，并采用自动稳压措施。直径2.3 m 灌注桩静载荷试验加载量为29000 kN。单桩竖向抗压静载试验采用慢速维持荷载法，按静载荷试验加载量的1/10 分级，其中第一级为分级荷载的2 倍，达到设计要求的最大加载量后停止加载。依托工程锚桩法检测工艺平面布置图如图3 所示。