该码头桩基工程位于新加坡裕廊港国际贸易港港区，工程内容主要包括一座5万吨级及一座1万吨级高桩码头泊位改扩建工程。其中工程桩基主要采用了45m～18m长不等PHC800管桩，同时为满足部分管桩（斜桩）抗拔力的要求，在设计中选用了地锚施工法。在进行该码头桩基工程过程中选用了弹性法，并且对其中部分地锚进行了上拔实验，通过实验结果证实该桩基工程地锚设计符合要求，因此可说明施工正确、有效。

 

　　一、地锚施工工艺设计分析

 

　　（一）地锚结构介绍

 

　　PHC桩地锚主要利用管桩内注浆与PHC管桩管壁产生的摩擦力，通过与地锚作用，以增大PHC管桩抗拔能力，从而满足因PHC管桩入土不足而达不到设计的抗拔要求。地锚分3个节段：第一个节段为锚固段（Lf），第二节段为预应力筋自由伸长段，第三节段为粘结段（Lb）。PHC管桩地锚不同于其他地锚，预应力筋必须伸出PHC管桩顶外，利用PHC管桩顶端作为预应力张拉端，满足张拉时的张拉长度要求。

 

　　（二）地锚结构设计

 

　　设计假设：在此码头管桩施工中，地锚的锚筋设计和应用采取弹性法实施。同时设定荷载取地锚的锚筋最大化弹性拉力为0.5倍，因此其安全系数为2.0，而锚筋的最大弹性则为0.8fpu/ym

 

　　（1）岩身抗拔力设计

 

　　在进行岩身抗拔力设计过程中主要采用以下公式进行计算：

 

　　Qult=π×d×fs×Lf

 

　　在此公式中：

 

　　d为基岩钻孔孔径（d）

 

　　Fs为侧方摩擦阻力（kN/m2）

 

　　Lf为基岩固定长度（m）

 

　　Qult为岩身最大限度抗拔力（kN）

 

　　（2）结构承载抗拔力设计

 

　　在此工程中采取的结构抗拔力设计为弹性设计：

 

　　Ta≤0.5Tg

 

　　而安全系数则为FOSmin=2.0

 

　　在此公式中：

 

　　Tg=（0.8fybAs）/ym，其中ym=1.15；

 

　　As一锚筋截面面积（m2）；

 

　　Tg为锚筋弹性最大化拉力（kN）；

 

　　Ta为锚体结构抗拔力（kN）；

 

　　fyb一锚筋特性强度（kN/m2）。

 

　　（3）水泥浆与桩体的粘结长度设计

 

　　在计算水泥浆与桩体的粘结长度设计时主要运用以下公式进行计算：

 

　　Qult=π×Dpile×fbu×Lb

 

　　在此公式中：

 

　　fbu为水泥浆与桩体粘结应力（kN/m2），详细数值参见表1.；

 

　　Dpile为桩基内径（m）；

 

　　Qult为水泥浆与桩体的最大粘结力（kN）；

 

　　Lb为水泥浆与桩体粘结长度（m）

 

　　表1（注：Lf与Lb取值应大于或等于3.0m）

 

　　管桩类型 钢管桩 砼管桩

 

　　水泥浆/桩体粘结应力fbu（kN/m2）2000

 

　　水泥浆/锚筋粘结应力，fbu（kN/m2） 800 800

 

　　二、地锚上拔试验流程和相应标准

 

　　（一）架设千斤顶

 

　　在进行地锚上拔试验之前需要在桩顶安装工字梁，所以必须要在此之前架设中空式千斤顶。在上拔实验中必须先将预设预应力筋从千斤顶穿过，其后再以锚夹片进行固定。具体架设详细参见图2及图3.

 

　　（二）地锚上拔实验

 

　　在进行地锚上拔实验之前，首先需要水泥浆的试块强度达到试验标准即28d强度的70%，当水泥浆试块达到此要求后便可进入到试验环节，上拔试验主要分为三个循环，其中每一个循环中的具体张拉荷载详见表2.。其中需要注意的是，当试验过程中荷载发生变化时需要将荷载及相应伸长量量详细记录，同时，当进行下一循环之前，需要待上一循环变化逐渐稳定后方可继续进行。另外，当试验进行到第三循环过程中时，荷载处于150%下，需要对其进行24小时观察，详细监控预应力损失情况。

 

　　三、地锚施工法实际应用案例

 

　　以新加坡裕廊港改扩建码头NW/256-257/T-U桩位应用地锚施工为例。

 

　　（一）实际施工中的相应参数及计算结果参见表3.

 

　　（二）NW/256-257/T-U桩位应用地锚施工情况

 

　　（1）钻进施工平台的架设

 

　　在施工范围内的地锚桩附近已下沉PHC800管桩之上设置钢抱箍，搭设横向承重主梁，其具体规格为：400H型钢，将主梁与钢抱箍焊接牢固；第二步，于400H型钢主梁之上搭设次梁，其具体规格为：2[30，槽钢。将主梁与次梁之间进行焊接，保证其牢固；第三步，在槽钢次梁上安置规格[10分配梁及δ12的钢面板，从而最终搭建成钻机施工平台。具体示意图详见图4.

 

　　（2）钻机成孔

 

　　使用起重机将回旋钻机吊运施工平台，并进行安装和就位工作，如图5；利用钻孔机进行桩底钻孔，孔径为Φ250毫米，根据钻杆节段数量与长度确定钻孔深度；当钻孔达到预先设计深度时，运用高压水或者压缩空气清孔。

 

　　（3）预应力筋设置

 

　　严格根据操作规范以及预先设计图纸，在施工范围陆地区域将预应力筋束制作完成。

 

　　预应力筋长度：设计孔深+预留长度；

 

　　利用吊机将预应力筋束吊装到管桩孔内。

 

　　（4）地锚灌浆

 

　　第一次注浆：

 

　　当预应力筋束吊装完毕后，当即进入孔内水泥灌浆流程，运用导管法将导管穿入至管桩孔底，进行第一次浆液浇灌。需要注意的是，此处采取G40的水泥浆，并根据0.4的水灰比进行调配，与此同时还需加入一定剂量的外加剂。灌浆的高程必须比预设计的粘结度长度长1米。并严格控制灌注水泥浆量，禁止第一次灌注顶高程高于桩底高程。

 

　　预应力张拉

 

　　（5）利用PHC桩顶设置张拉平台，设置两层锚具平台，平台与桩顶端板之间设置钢板凳，作为第二次灌浆操作的空间。

 

　　张拉平台布置如图3：

 

　　待孔内水泥浆体强度到达100%设计强度后即开始地锚预应力张拉。

 

　　1）初张拉：张拉应力控制为10%～20%设计张拉强度；以消除预应力筋束松弛产生的初始应力，保证所有预应力筋束均匀受力；

 

　　2）张拉：张拉分50%、80%、100%三级张拉；达到每级张拉强度后，需持荷3～5分钟；

 

　　3）终张拉：张拉达到100%设计强度后，持荷5分钟，同时注意预应力损失情况。计算张拉伸长长度，对比张拉强度与伸长量之间关系。

 

　　（6）第二次灌浆：张拉完成后，锁紧锚夹具，拆除千斤顶等张拉设备，即进行第二次灌浆。灌浆的高程必须比预设计的粘结度长度长1米。待注入的水泥浆达到100%设计强度后，拆除钢桩顶的钢板凳及锚具，进入桩帽结构施工阶段。

 

　　结束语

 

　　通过上述应用案例可知，地锚施工法在码头PHC管桩中的应用是合理可行的，并且该案例中的码头现已成功投入使用，使用状况良好。由此可证明应用地锚施工成功。

 

　　参考文献

 

　　[1]邢皓枫，赵红崴，叶观宝，徐超.PHC管桩工程特性分析[J].岩土工程学报，2009，（01）：36-39.

 

　　[2]陈焰明.PHC管桩在温州防洪堤工程中的应用与研究[D].浙江大学，2012.

 

　　[3]于景操.预应力高强混凝土管桩在软土地基中应用关键技术研究[D].合肥工业大学，2012.