斜錨樁在錨樁法靜載試驗中的應用

黎雙邵，孫紅梅

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

樁基礎是一種常用的深基礎[1]?；鶚鹅o載荷試驗是確定試驗樁極限承載力和檢驗工程樁承載力最直接的手段，在工程中得到普遍應用[2]?；鶚鹅o載荷試驗反力裝置一般采用堆載、錨樁反力梁或采用錨樁和堆載聯合提供反力，根據反力裝置特點簡稱為堆載法、錨樁法和錨樁聯合堆載法。在水上基樁靜載荷試驗多采用錨樁法[3]。樁基工程中對水平承載力要求不高的工程大部分采用直樁，對水平承載力有要求的會采用斜樁。國內外規范[4-6]基樁靜載試驗錨樁均為直樁，采用斜樁作錨樁的基樁靜載荷試驗[7]很少見。有的采用斜樁的工程為了試樁而加打直樁，例如杭州灣大橋在主墩中間增加5 根直樁（1 根試驗樁，4 根錨樁），金塘大橋在橋墩旁專門進行了6 組試樁，專門打設直樁。這些為基樁靜載試驗而加打的直樁不僅增大了工程建設成本，也會增加工期。在進行錨樁法靜載試驗時能利用工程樁中的斜樁作錨樁就能節省成本，加快工程建設，縮短工期，因此進行斜錨樁靜載試驗研究十分必要。近年來海上風電在我國得到大力發展，風機基礎如采用高樁平臺多采用斜樁。在福建莆田南日島海上風電項目試樁工程中，采用工程樁作錨樁進行了斜錨樁基樁靜載荷試驗，取得了斜錨樁在錨樁法基樁靜載荷試驗的應用經驗。

1 工程概況

龍源福建莆田南日島400 MW 海上風電場工程位于莆田市南日島東北側海域，規劃布置100臺單機容量4.0 MW 的風力發電機組。根據實測海底地形圖資料，風電場區海底高程在0～-30 m（85 高程，下同），風電場海域內島嶼、島礁分布較多，水深變化范圍較大，海底地形較為復雜。工程區域地質情況復雜，環境保護要求高，缺乏可以利用的試樁資料，有必要在工程區域內進行施工工藝試樁[8]。福建莆田南日島海上風電項目風機機位基礎采用髙樁承臺結構，單個基礎采用8根直徑φ1 800 mm 鋼管樁作為工程樁，且均為斜樁，傾斜度5 ∶1。風機基礎鋼管樁和試樁平面布置見圖1。根據前期設計，本工程需要采用兩種樁型：打入式非嵌巖鋼管樁、打入式嵌巖鋼管樁，每種樁型做1 組試驗，共2 組試驗。各試樁均做水平承載力試驗、抗壓和抗拔承載力試驗。試驗樁單樁抗壓靜載試驗預計加荷值為22 000 kN。

圖1 鋼管樁平面布置圖Fig.1 Steel pipe pile layout plan

2 試樁方案

風機基礎采用髙樁承臺，每個機位的基礎由8 根分布在同一圓上的傾斜度為5∶1 的斜樁組成。由于錨樁在靜載荷試驗中受力很大，利用工程樁作錨樁可能會使工程樁傾斜度發生改變，如果采用直樁作錨樁必須加打直樁，最好的辦法就是利用8 根工程樁作錨樁進行靜載試驗，采取適當措施防止工程樁傾斜度變化。

利用工程樁作為錨樁需要降低靜載試驗中斜樁樁身彎矩和撓曲變形，避免改變工程樁傾斜度。靜載荷試驗時上拔力會使錨樁樁身產生彎矩，當上拔力作用點和錨樁嵌固點間的水平投影長度較大時，產生的彎矩也較大，這可能導致細長的錨樁產生明顯的撓曲變形，甚至可使斜樁的設計傾斜度發生改變。利用盡可能多的工程樁作錨樁就可以減少單根錨樁上的上拔力，所以最優的方案就是采用8 根工程樁作錨樁。試驗樁預計加荷值為22 000 kN，按通常錨樁法試驗會采用4 根錨樁，每根錨樁上拔力平均為5 500 kN。本項目中的方案為采用8 根錨樁，則每根錨樁上拔力平均為2 750 kN，相比于4 根錨樁極大地減小了對錨樁的影響。試樁方案決定采用錨樁法進行海上靜載試驗，利用8 根工程樁作錨樁，并臨時設置2 根直樁作觀測基準樁。

3 方案實施

采用斜樁作錨樁的方案實施，主要需要考慮減小上拔力對斜樁的傾斜度的影響和抵消斜樁分力產生的水平力問題。

根據現場工況條件研究分析，主要采取兩方面措施，保證了斜樁作錨樁方案的順利實施。一方面，設計加固平臺將8 根斜樁連接在一起，相鄰樁之間用型鋼焊接起來，中間再加一個“井”字架連接4 根樁，這樣每根錨樁和3 根樁連接固定在一起。錨樁連接加固示意圖見圖2。這樣可以一舉三得，一是加固平臺增加了錨樁體系的整體剛度，二是加固平臺抵消了靜載試驗時對錨樁產生的大部分水平力，也能束縛錨樁傾斜度的改變，三是加固平臺可以兼作試驗平臺。另一方面，將未能打入的鋼樁富余部分截下來，截成1.2 m長，對稱兩側開口，開口寬度為梁寬略加富余量，將樁頭放置在試驗梁上，樁頭軸線和錨樁軸線重合，使錨樁為軸向受力，通過錨筋與錨樁連接起來承受拉力。將錨樁間用型鋼焊接連成整體，樁頭軸線與錨樁軸線輕微偏移產生的少量水平力可由焊接的型鋼抵消，最大程度地避免了靜載試驗對錨樁產生變形影響。

圖2 錨樁連接加固圖Fig.2 Joint and reinforcement plan of anchor pile

錨樁通過型鋼連接成整體后，型鋼就可以作為試樁平臺的受力支撐結構，在型鋼上焊接薄鋼板做試驗平臺。試驗平臺搭設完畢后就可以安裝靜載試驗設備了。先在試樁上布設墊板，墊板上布設試驗用千斤頂。在基準樁上焊牛腿，在牛腿上架設基準梁。等千斤頂和基準梁安放好后，在錨樁上布設支撐反力梁的支架。支架安裝好后吊裝反力梁，分層搭設反力梁。反力梁上放置利用樁頭加工的拉帽，拉帽和錨樁之間利用螺紋鋼筋連接起來。螺紋鋼筋焊接達到相應的長度就可以進行靜載試驗了。

4 實施效果

2 根試樁抗壓靜載試驗均加載至22 000 kN，沒有出現破壞，試樁的單樁軸向抗壓極限承載力均為不小于22 000 kN。在加載過程中，沒有出現危及試驗安全的情況，錨樁斜度試驗前后沒有變化。由于抗拔靜載荷試驗和水平靜載荷試驗荷載均比抗壓靜載試驗噸位小很多，所以另外兩種靜載試驗對工程樁影響可以忽略不計。

本工程靜載試樁首次采用8 根斜樁作錨樁，首次采用樁頭做拉帽均取得很好效果。采用斜樁作錨樁進行海上靜載荷試驗，設計加固平臺將8根斜樁連接在一起，增加了錨樁體系的整體剛度，抵消了水平分力和水平變形，并可兼作試驗平臺；采用樁頭做拉帽，拉帽軸線與錨樁軸線重合，錨樁只產生軸向變形。兩方面的措施，保證了斜樁作錨樁方案的順利實施，同時避免重新打設4 根直樁作錨樁，節省了數百萬元直接成本。采用斜樁作錨樁，并且用截下來的樁頭做拉帽，有效地解決了靜載試驗利用斜樁作錨樁可能引起較大彎矩和明顯撓曲變形的難題，在減小水平力產生和滿足工期要求的前提下節約了成本投入，在今后類似工程中值得借鑒。

5 結語

通過本工程實踐可以得到以下結論：

1）在錨樁法基樁靜載試驗中采取適當措施利用工程樁中的斜樁作錨樁是可行的。

2）利用斜樁作錨樁不用加打直樁，可以大量減少工程成本，節省工程造價和縮短工期，具有良好的經濟效益和社會效益。

在本項目試樁工程中采用了8 根工程樁作錨樁，由于風機基礎只有8 根樁，所以需要臨時打設2 根直樁作試驗基準樁。后來在其它風電試樁項目中，同樣是8 根斜樁的高樁承臺基礎，也嘗試取8 根樁中的2 根樁作基準樁，用6 根斜樁作錨樁，這樣不需要打設基準樁。把6 根錨樁通過工字鋼連接起來，工字鋼作為搭設試樁平臺的受力結構。采用6 根斜樁作錨樁效果也很好，對工程樁的傾斜度也沒有影響。