中东地区高桩码头沉桩停锤标准设计与建议

李辉，梁成，吴宏雷

（中国电建集团山东电力建设有限公司，山东 济南 250102）

高桩码头是国内外港口工程中重要的码头结构形式[1,2]。高桩码头一般为透空结构，其结构轻，受波浪作用影响小，砂石料用量省，对原地形改变较少，对于挖泥超深的适应性强，尤其适用于软土层较厚的地质条件下，可通过桩基把码头荷载传递至较好的持力层，使得在深厚软土地基上建造各种码头结构成为可能[3,4]。

在高桩码头设计过程中，确定桩基的沉桩标准是一项重要工作，对于锤击沉桩，需要对贯入度进行仔细研究，贯入度过大会影响桩的承载力，贯入度过小则沉桩困难，甚至影响锤体和桩身安全[5]。本文以中东地区沙特阿美萨拉曼国际综合港务设施项目（简称“国王港项目”）中1#突堤码头区域为例，选取了一处合适地点（PTP-01）进行试打桩及相关试验，以对本区域钢管桩的沉桩标准进行研究。

1 沉桩停锤标准设计

1.1 桩基整体方案

1#突堤码头采用全直桩梁板结构，码头长404m，宽25m，码头面标高4.5m，排架间距为9.5m，每榀排架布置5 根桩，其钢管桩设计参数如表1所示。选用的打桩船为沙特当地专业施工单位的打桩船HUTA312，其总长70m，宽26m，最大锤头重量为45t，试桩时选取的液压锤为荷兰IHC MERWEDE 公司所生产的S-280型液压锤，锤芯重量为13.6t。

表1 1#突堤码头钢管桩设计参数

1.2 最终贯入度计算

本项目采用欧标（英标）设计标准，沉桩方式为锤击沉桩，液压锤的沉桩最终贯入度可采用海利公式进行计算：

其中R 为桩极限承载力（kN），本区域的设计值为9600kN；s 为桩的最终贯入度（mm）；η 为有效系数；H 为液压锤落下高度（mm），本区域试桩取920mm；Wh 为液压锤重量（kN），为13600×9.81=133.4kN；Wp 为桩重（kN），当桩到达岩层，取值按桩重的50%计，所研究区域在水下35m，桩重为185.4kN，则取值按92.7kN 计；k 为液压锤能量输出有效系数，经验值液压锤取0.7～1.0，本项目暂取0.85；e 为与材料有关的桩/桩帽与锤/锤垫之间的恢复系数（0.25

1.3 桩类型分析

根据设计计算值，桩基承载力中侧摩阻力和桩端阻力分别占比46%和54%，然而由于桩端阻力计算时主要取决于桩基侧摩阻力和桩端（钢管桩桩端壁厚环形区域）端阻值之和，因此设计桩基承载力理论上仍应是由桩侧摩擦力计算值控制，综上，设计桩基属于端承摩擦桩。

2 试验检测

2.1 试桩

在PTP-01 处进行试打桩，自土层高程CD-26m 至桩底设计高程CD-35m 处每间隔250mm 记录沉桩击数，并计算每击的贯入度如图1所示。根据钻孔分析可知在土层高程CD-26m～-29.59m 处为密实/胶结砂层，在土层高程CD-29.59m～-38m 处为砂岩，根据打桩数据显示，试桩桩基在通过密实砂/胶结砂层和砂岩时的贯入度未见明显差别和变化，贯入度均介于3.7～6.4mm/击之间，终锤时的贯入度为4.7mm，基本与4.6mm 的计算结果相符。

图1 PTP-01 试桩沉桩记录

2.2 试验桩基承载能力验证

静载荷试桩是指在桩顶部逐级施加竖向压力，观测桩顶部随时间产生的沉降，以确定相应的单桩竖向抗压承载力，是最能反映桩基实际承载力的试验方法。本项目静载试验检测采用锚桩法。在上述沉入设计高程的试验桩周围打入4 根锚桩，通过钢梁相互连接，通过顶部千斤顶对试验桩施加轴向力，并通过仪器记录试验数据，图2和图3分别为静载试验的示意图及现场图。

图2 静载试验示意图

图3 静载试验现场图

静载试验按照ASTM D1143 标准执行：将荷载加载至200%的工作荷载再卸载，然后再加载至300%的工作荷载，如沉降达到10%的桩径，则认为破坏发生，如破坏未发生，则分阶段移除荷载。静载试验参数如表2所示。要求在工作荷载条件下，沉降值小于15mm+桩身弹性变形，在1.5 倍工作荷载条件下，沉降值小于20mm+桩身弹性变形，则认为桩基承载力满足要求。

表2 静载试验参数

根据表3结果可知，桩身沉降量均满足标准要求，表明桩基承载力满足使用需要，桩基未发生破坏。

表3 PTP-01 静载试验结果

3 沉桩建议

3.1 停锤标准

综上分析，本区域桩基端持力层为泥岩/砂岩，承载类型属于端承摩擦桩。根据试桩沉桩记录及静载试验结果，本项目停锤标准建议采用标高控制、贯入度校核。根据现场后续沉桩施工情况，桩基实际施工采用标高控制，贯入度基本在5mm 以内，与得出的停锤标准基本吻合，停锤标准能够满足设计、施工要求。

3.2 桩基后续沉桩建议

依据本项目地质初步分析，岩层的上覆盖层以砂层为主，依据土层特性，沉桩过程中可能会遇到以下几种情况，具体建议如下：

（1）桩端未达设计标高遇硬夹层。桩基在到达持力层前，可能会遇到局部硬夹层，此时应结合施工经验，控制锤击能量（宜先小后大）穿透夹层。此外，若桩基入土深度已达到最小入土深度（由结构受力判定）和一定锤击数，桩基无法继续有效贯入土层，且高应变检测（PDA）桩基承载能力满足设计要求，则可认为桩基沉桩完成。

（2）桩端已达设计标高贯入度仍较大。若沉桩过程中，遇见桩端已达设计标高、贯入度仍较大的情形，此时应采用PDA 检测验证，若经检测桩基承载力能够满足要求，则可认为桩基沉桩完成；若PDA 检测桩基承载力不满足要求，则需接桩或补桩。

4 结语

本文对中东地区港口工程项目高桩码头的桩基停锤标准设计参数进行了研究，现场试桩结果表明，通过海利公式计算得到的最终贯入度与试桩结果基本符合，试验桩的桩基承载能力能够满足静载试验的各项标准，研究所确定的标高控制、贯入度校核的沉桩停锤标准及沉桩建议，可以为现场施工的快速有序、安全开展提供重要保障。