◎李陽清 中交第三航務工程局有限公司廈門分公司

高樁碼頭通常以鋼管樁作為基樁提供承載力，因海上交通不便、惡劣天氣等環(huán)境條件限制，通常采用高應變檢測基樁承載力。不過，高應變檢測屬于半直接法，其數學模型較為粗略，檢測結果與實際承載力存在差異，而靜載法作為基樁承載力檢測的直接方法，其檢測結果最為客觀準確。由于海上靜載試驗通常遠離岸線，施工平臺的工作面小、承載力小，難以采用陸地上常用的壓重平臺反力裝置進行試驗，而需要采用錨樁反力裝置進行試驗，因此在反力裝置的設計和安裝、加載和內力測試等方面存在較大的困難。本文通過敘述某高樁碼頭海上鋼管樁的靜載試驗和內力測試過程，總結了海上靜載試驗的難點和特點，為類似工程提供參考。

1.工程概況

該工程為配套碼頭工程，水工建筑物包括3個5000噸級液體散貨泊位，消控樓平臺1 座，油氣回收平臺1座，連接后方的引橋1座；2個5000噸級通用泊位、工作樓平臺1座、連接后方引橋1座。連接兩個碼頭的聯(lián)系橋1座。

2.試驗難點

試驗樁位于消控樓平臺工程樁之間，離岸邊約200米，風力大，潮水落差大。使用靜載試驗具有海上交通不便、天氣惡劣、工作平臺面積小及承載力小等問題，無法使用常規(guī)的壓重平臺反力裝置，只能采用錨樁反力裝置進行靜載試驗。根據試驗樁的最大試驗加載值，計算每根錨樁提供的反力，本次試驗有2個主要難點：（1）如何用較低的成本設計出可實施的錨樁反力裝置；（2）工作平臺無法堆放主次梁和大的剛構件，需分批運輸，安排好主、次梁及其構配件的吊裝順序并及時安裝、焊接。

3.反力裝置設計和安裝

3.1 反力裝置的設計

試樁平面布置示意圖見圖1。檢測方案采用兩側錨樁的反力分別由3根次梁一起承擔受力，通過鋼構件將2根主梁和6根次梁組成一個整體的反力裝置。主梁和次梁及其它鋼構件需經過專業(yè)技術人員的承載力和變形驗算確認，滿足使用要求。利用錨樁架設工作平臺，平臺不得與試驗樁和基準樁相連接，根據海潮和風浪情況設置平臺高程，平臺應設置護欄、人行爬梯、安全警示標志和安全信號燈。

圖1 S1抗壓樁平面布置示意圖

根據工程地點和路途的具體情況以及費用經濟，反力梁及反力裝置確定采用陸路運輸到工地臨時碼頭后，利用浮吊或履帶吊把設備吊到運輸船上，通過運輸船運抵作業(yè)平臺。由于所要試驗上的工作平臺比較擁擠，上面已有發(fā)電機、集裝箱等設備，為了安全起見，按安裝順序進行分批次卸車裝船。第一批次先運輸接長構件及一些焊接的設備；第二批次要運輸主次梁；第三批次運輸肋板、蓋板。

3.2 反力裝置的安裝

（1）把六根錨樁、兩根試樁的樁頭按要求標高進行修平、打好坡口，利用浮吊將接長構件吊到作業(yè)平臺上，采用作業(yè)平臺上的50噸履帶吊協(xié)助接長構件的吊裝焊接。

（2）在8個接長構件安裝到位后，進行次梁組合的安裝。次梁安裝方向為M1——M4和M2——M5，次梁安裝前進行兩次梁組合中心線的定位和水平測量，確保兩次梁中心線連線的中點落在試樁S1的中心點上，再按每根500mm間隔安裝次梁組合，逐根將次梁與錨樁的接長構件焊接，由于海上作業(yè)平臺的海風較大，可能影響焊接質量，因此在焊接時應有防風裝備或在焊接工藝上提供保證措施，確保焊縫的質量。

主梁由兩根24.5噸的鋼梁組合而成，主梁安裝方向為垂直于次梁組合的M1——M4和M2——M5，主梁安裝過程要注意水平測量，同時要預留兩端與次梁組合安裝千斤頂的距離，并確保對稱水平，焊接工藝與次梁組合相同。

扁擔梁組合安裝，扁擔梁安裝是在次梁和主梁組合安裝就位后進行的，焊接工藝與主次梁組合相同，安裝尺寸要根據現(xiàn)場的千斤頂尺寸進行預留，確保千斤頂轉換過程的順利，試驗工作能正常進行。

試驗樁的處理：為了保證試驗數據的可靠性，試驗樁應與工作平臺脫離。

4.單樁軸向抗壓靜載試驗檢測

4.1 單樁軸向抗壓靜載試驗檢測原理及方法

（1）加載及反力裝置是利用錨樁和鋼梁組成反力裝置，由于海上風浪大，檢測條件惡劣，故采用快速荷載法。將4個千斤頂放置于規(guī)定的位置，使組合千斤頂的合力中心與試驗樁的中心軸線重合，通過油泵控制千斤頂施加到規(guī)定的荷載進行試驗。樁頂沉降量由4個位移傳感器測得，樁身內力采用在樁身安裝傳感光纜測得，同時用水準儀監(jiān)測錨樁4根錨樁的上拔量，最后根據原始記錄進行室內資料整理。

（2）試驗樁最大加載量暫定為7900kN。如試驗樁終孔標貫達到2mm，且加載至7900kN時，樁基沉降仍然較小，需繼續(xù)加載至10300kN，加載分為10級進行，每級為790kN，第一級取分級荷載的2倍即1580kN進行加載。

4.2 內力法檢測原理及方法

本次測試采用的是基于自發(fā)布里淵光時域分析的分布式光纖感測技術——BOTDR，其測試原理是，將一定頻率的脈沖光從光纖的一端射入，使其和光纖中的聲學聲子發(fā)生作用，產生的自發(fā)布里淵散射光同時受到應變和溫度的影響后會發(fā)生光頻移。當光纖的溫度和軸向應變發(fā)生變化時背向布里淵散射光頻率發(fā)生漂移，光纖中發(fā)生的溫度變化和軸應變與頻移量呈較好的線性關系。因此可以通過整個靜載試驗過程中光纖沿線全程的溫度和應變分布信息，得到背向布里淵散射光頻率漂移量。

在試驗樁內側沿對稱方向上鋪設2條光纖，每條光纖呈U型回路。本次測試是通過在進行靜載試驗的過程中，利用BOTDR儀器測得在每級荷載作用下的樁身軸向壓應變分布。

4.3 檢測過程及結果匯總

采用快速維持荷載法，S1試驗樁最大控制荷載為7900kN,第一級荷載為1580kN，其后每級荷載增量為790kN，樁頂荷載加載至7900kN，樁頂總沉降為24.44mm，按790kN單級荷載繼續(xù)加載試驗，在加載過程中如果出現(xiàn)異常情況則終止加載，樁頂荷載加載至10300kN,樁頂總沉降為33.17mm,卸載至零后殘余沉降為4.86mm，最大回彈量為28.31mm。

S1試驗樁的Q-s曲線基本呈線性變化，s-lgt曲線平直均勻，樁頂總沉降量s小于40mm，檢測結果匯總見表1。

表1 S1抗壓樁單樁軸向抗壓荷載位-移數（Q-s）據匯總

S1試驗樁的樁身光纖內力測試采用分布式光纖感測技術，側摩阻力和樁端阻力的應變值在單樁軸向抗壓靜載的過程中同步測讀采集?？箟簶遁S力分布計算表、樁周巖土層總摩阻力及樁端阻力分布、樁周巖土層單位摩阻力分布見表2、表3。

表2 S1抗壓樁樁周巖土層總摩阻力及樁端阻力(kN)

表3 S1抗壓樁樁周巖土層單位摩阻力(kPa)

S1樁軸向抗壓靜載試驗時，在10300kN荷載作用下樁周土體變形未達到破壞條件，在整個抗壓靜載試驗過程中，各地層的樁身側摩阻力都有發(fā)揮作用，隨著荷載等級的增加，各地層巖土體側摩阻力逐漸增大。⑤-1全風化花崗巖、⑤-2強風化花崗巖地層逐漸發(fā)揮主要作用；樁端阻力隨加載等級增加逐漸增大，最大發(fā)揮比例為15.27%，樁端阻力發(fā)揮較小作用。

表4 S1抗壓樁樁端阻力發(fā)揮

靜載試驗分析結果匯總見表5。

表5 靜載試驗分析結果匯總表

5.結論

根據表5可以看出，S1試驗樁單樁軸向抗壓靜載試驗承載力檢測值為10300kN，光纖樁身內力測試側阻力檢測值（8649kN）和端阻力檢測值（1573kN）之和為10222kN，兩者檢測出的承載力基本一致。由此可見，靜載試驗作為一種檢測基樁承載力最直接的檢測方法，其檢測結果數據的準確性能夠得到有效保證。本次靜載試驗采用錨樁反力裝置進行試驗，在反力裝置的設計和安裝、加載和內力測試等方面存在的困難得到了較好的解決，總結了海上靜載試驗的難點和特點，為類似水運工程海上靜載試驗提供參考。