赵春亮 孙赫
中国电建集团山东电力建设有限公司 山东济南 250000
摘 要：某高桩码头项目桩基采用钢管桩，试桩采用静载试验，静载试验采用打设锚桩提供试验反力的方法，该方法解决了海上试桩难以采用压载块压载的问题，试验方法受力明确，安全性高，试验周期短，取得了可观的质量、安全效益和时间效益。
关键词：海上钢管桩、静载试验、锚桩反力法
1．引言
高桩码头是我国港口码头建设采用最早、应用最广泛的码头结构形式之一。高桩码头既适用于沿海和江河的软土地基，也适用于硬质粘土、粉土、沙土和风化岩等地基，特别是在外海水深浪大的大型港口建设，桩基结构是码头结构的最佳形式之一。桩基在设计阶段，根据码头荷载及水文与地质情况进行桩型、桩径、桩长、壁厚等设计。为对设计结果进行检查验证，需对桩基进行试桩，来检验桩基在工作荷载及超载情况下的沉降及安全情况。一般做法是在打桩的过程中进行PDA（大应变）试验，通过测量锤击过程中钢管桩的应变情况来推测桩基的承载力，试验方法简单，但精度存在局限性，与实际工况存在一定差距。而静载试验锚桩反力法，利用锚桩提供反力，解决了海上压载块压载困难的问题，同时兼具安全、质量、进度等优势。
2．锚桩反力法特点
试验结果精度高，对桩基承载力进行了充分的验证，保证了永久结构的安全；根据试验结果可对初步设计进行调整，避免设计不足和过度设计；加载速度块，试验规模小，采用千斤顶分级加载的方式与传统压载块相比极大提高了加载效率；避免了大规模的压载块的倒运安放，减小了海上施工组织的难度；试验系统受力直接明确，安全性高。
3. 锚桩反力法应用范围
适用于海上钢管桩或预制混凝土桩等各类桩基的静载试验。
4.工艺原理
海上钢管桩静载试验（锚桩反力法）原理是在待试验桩四周打设4根锚桩，每2根锚桩上方安装一根反力梁。两根反力梁十字交叉，反力梁与试验桩之间安放大吨位千斤顶及压力表、百分表等。千斤顶加载过程中锚桩承受上拔力，试验桩承受下压反力。通过多级加载与观测，记录压力与沉降情况，完成设定好的试验过程，形成试验报告。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
锚桩反力法试桩工艺流程为：技术准备、施工准备、试桩及锚桩打设、桩头切割、反力系统、千斤顶等安装 多级加载试验 试验结束拆除系统 编制试验报告
5.2 操作要点
5.2.1 技术准备
5.2.1.1 试验荷载及加载过程设计
由设计院依据相关规范设计试验荷载及加载过程，出具试桩技术规格书。
5.2.1.2 锚桩设计
根据对试验桩设定的试验荷载大小、加载过程、地勘情况等进行锚桩设计，包含锚桩与试验桩的平面位置关系，锚桩的桩径、桩长、壁厚等。锚桩设计应由专业的海工设计工程师完成。
5.2.1.3 锤型选择
根据桩型、打入深度、地质条件等选定打桩船机打桩锤型。
5.2.1.4 反力梁系统设计
根据锚桩与主桩的平面布置、试验所需最大荷载设计反力梁的截面，并进行反力系统连接体系、操作平台等详细设计。一般情况下反力梁与锚桩采用精轧螺纹钢通过连接钢板进行连接。反力梁系统的设计需考虑一定的通用性。同一工程或不同工程通常存在不同桩径情况的试桩。反力梁及连接系统是此试验的主要受力构件，因此应由结构工程师进行设计，以确保其符合要求的标准。本工程反力梁采用30mm钢板焊接而成，梁高达到1.8m,梁长19m。
5.2.2 施工准备
5.2.2.1 钢管桩采购及进场检验
根据试验桩及锚桩设计采购钢管桩，到场后按规范进行桩径、壁厚等检验。
5.2.2.2 反力梁加工及检验
委托专业钢结构加工厂家进行反力梁系统加工并进行探伤检测。
5.2.2.3 打桩船检验
打桩船进场，检验船舶所有资质证件，及性能状态。
5.2.2.4 试验仪器有效期检验
有资质的第三方试验单位及试验工程师进场，检查所有试验仪器的有效期。
5.2.2.5 设备就位
准备好试验千斤顶、压力表、百分表、切割焊接设备、浮吊船、交通艇等。
5.2.2.6 施工平台
制作操作平台，为试验人员提供一个安全、稳定试验平台，平台应有
完整的护栏系统以防止人员落水。
5.2.2.7 夜间施工
准备太阳能闪光灯或导航灯，以便在夜间提示其他船舶避让。
5.2.2.8 测量控制
准备全站仪及水准仪，设置测量控制点，监测点。
5.2.3钢管桩打设
5.2.3.1打桩准备
船长须先到现场勘察地形、了解航道情况、抛锚带缆位置、施工要求及任务性质、打桩顺序及打桩步骤等。船长必须在打桩前， 将上述内容向全体船员交待清楚。各类设备应进行空车试转。
5.2.3.2起桩
紧松锚缆，将打桩船移至运桩驳船一侧，令两船的中心线保持互相垂直状态；龙门梃前倾，下放吊钩；吊桩按设计位置采用二点吊，主吊钩吊挂靠近桩顶的前吊点，副吊钩吊另一个吊点；主副吊钩同步上升，使钢管桩脱离运桩驳船；仍然通过紧松锚缆，让打桩船回至桩位附近，准备立桩。
5.2.3.3立桩
主吊钩上升，副吊钩下降，解去副吊钩，使钢管桩由水平姿态逐渐转成竖直姿态；钢管桩与龙门梃滑道保持平行；桩入龙门梃卡背板，抱桩器启动，合拢抱桩并锁定；替打沿龙门梃轨道滑移，套住桩顶。
5.2.3.4移船定位
移船定位时，应注意桩尖不要插入泥内，测量人员指挥定位操作， 待其确认桩位已准确无误方能下桩入土。当桩自沉稳定后，经校核并通知桩身位置正确后，解去主钩吊的上扣。
5.2.3.5锤击钢管桩
锤击过过程中锤、替打及桩的轴线应在同一直线上。锤击过程中， 打桩大幅应随时注意与测量人员联系桩位变化情况及时纠正。锤击过程中，各锚缆均应绞紧，应密切注意潮水涨落、水流、风力等变化情况，随时调节各缆的松紧（防止断缆或损坏绞车） ，保持船位防止桩身受力过大发生裂纹或折断。
5.2.3.6停锤标准
钢管桩打入到设计标高，或达到要求的贯入度标准即可停锤，本工程采用美国石油协会标准：连续1.5m长度每300下锤击打入深度小于0.3m或每800下锤击打入深度小于0.3m。
5.2.4操作平台安装
为减少海上安装难度，操作平台在陆上进行模块化制作，5根钢管桩打设完毕后，在钢管桩上焊接牛腿，分块组装操作平台。
5.2.5桩头切割
钢管桩打设完毕后，一般情况下桩头会高于设计标高，需对高出的部分进行切割，钢管桩上焊接操作平台，采用氧气乙炔进行切割，切割下来的桩头由浮吊船吊走。
5.2.6 反力系统安装
5.2.6.1 千斤顶安装
试验桩及锚桩切割完毕后，在试验桩上放置并固定厚钢板，钢板大小应足以覆盖钢管桩的开口，并满足放置千斤顶的位置要求。本工程试验桩的最大直径为1.4米，采用钢板尺寸为2x2米。
5.2.6.2 反力结构安装
在4个锚桩顶部焊接连接钢板，钢板与锚桩顶口进行满焊并探伤，确保安全。在试验桩上放置和固定液压千斤顶完成后，反力梁将在起重工的指挥下由浮式起重机起吊。放置在两根锚桩上面的连接钢板上并对位。反力梁上部两端再放置一块连接钢板。上下连接钢板之间通过多根精轧螺纹钢连接，从而试验反力梁与锚桩的连接固定。同样方法安装完成第二根反力梁。
5.2.7 加载试验
5.2.7.1 试验前检查
试验对操作人员进行试验过程培训，逐项检查仪器设备的安装情况，校准读数。搭设防风遮阳棚覆盖各读数仪器。安全监督人员就位，应急交通船就位待命。
5.2.7.2进行试验
试验开始，液压千斤顶施加压缩荷载，并对系在锚桩上的一组反力梁做出反应上顶反力梁施下压试验桩。以本工程一根试验桩PTP-01为例。桩基设计工作荷载为4900KN,试验最大荷载为200%（9800KN）加载及卸载过程如下:
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5.2.8试验结束拆除
试验结束后使用氧气乙炔切割钢管桩与连接钢板的焊接，解除精轧螺纹钢连接。采用起重船从上到下依次拆除反力梁、千斤顶等，最后水下割除试验桩及锚桩，割除高度低于海床面1米。
6. 结语
锚桩反力法解决了压载块在海上使用庞大低效的施工组织难题，通过试验结论可进一步优化设计，使正式桩的设计更加安全、经济。本方法带来了可观的安全效益、经济效益、工期效益，为类似的桩基试验提供了可靠的决策依据和技术指导。