周枝榮，鄒颋

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

1 工程概況

溫州港樂清灣港區(qū)是溫州港口開發(fā)條件最好的核心港區(qū)之一，為加快港區(qū)的開發(fā)建設(shè)步伐，先期啟動溫州港樂清灣港區(qū)一期工程，作為港區(qū)建設(shè)的起步工程。

工程建設(shè)規(guī)模為2個5萬噸級泊位（水工結(jié)構(gòu)按靠泊10萬噸級集裝箱船舶設(shè)計），設(shè)計年通過能力380萬t，碼頭岸線長度為676 m。

結(jié)合工程的建設(shè)目標、地質(zhì)條件、荷載條件、工程造價等因素，合理確定碼頭樁基型式成為本工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。經(jīng)研究討論，推薦采用超長大管樁組合樁，目前施工單位已完成碼頭主體結(jié)構(gòu)施工。

2 樁基選型考慮的主要因素

2.1 地質(zhì)條件

工程場地屬于低山殘丘附近的濱海相淤積山前平原與海岸地貌，擬建碼頭前沿天然泥面標高為-11.7～-14.4 m，碼頭后沿天然泥面標高一般為-5.5～-6.5 m。

勘察報告[1]顯示勘察深度范圍地基主要土層分別是：Ⅰ3灰黃～灰色淤泥，標準貫入擊數(shù)小于1擊；Ⅱ1灰色淤泥質(zhì)黏土，標準貫入擊數(shù)為1～2擊；Ⅱ2灰色黏土，標準貫入擊數(shù)為3～5擊；Ⅴ1灰色黏土，標準貫入擊數(shù)6～9擊；Ⅴ2灰色粉質(zhì)黏土，標準貫入擊數(shù)為9～13擊；Ⅴ3灰色黏質(zhì)粉土，標準貫入擊數(shù)為15～32擊；Ⅴ4灰色粉質(zhì)黏土，標準貫入擊數(shù)為10～17擊；Ⅵ1灰綠～灰色粉質(zhì)黏土，標準貫入擊數(shù)為11～26擊；Ⅶ雜色中粗砂混礫石，標準貫入擊數(shù)一般大于50擊；Ⅷ1灰綠～灰色粉質(zhì)黏土，標準貫入擊數(shù)為15～32擊。

對地質(zhì)勘察報告進一步分析，擬建場地表層為軟弱淤泥和淤泥質(zhì)黏土，厚達30.0～40.0 m，其下為黏土和粉質(zhì)黏土，厚30.0～40.0 m。然而，理想持力層Ⅶ雜色中粗砂混礫石層分布較廣，頂板起伏較小，頂板標高一般為-78.0～-85.0 m，厚度一般為1.5～6.6 m。

2.2 荷載條件

碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計靠泊10萬噸級集裝箱船舶；集裝箱裝卸橋輪壓較大，工作狀態(tài)最大輪壓750 kN，非工作狀態(tài)最大輪壓1 000 kN。

3 設(shè)計難點

本工程自然條件較差、設(shè)計水深大、碼頭使用荷載大，基礎(chǔ)宜采用大直徑的樁基。

1） 鋼管樁方案

若碼頭樁基采用φ1 200 mm鋼管樁，設(shè)計樁長需85 m，單根鋼管樁的費用達32萬元[2]，且須為滿足樁基耐久性要求，采用犧牲陽極陰極保護與涂層聯(lián)合防腐蝕措施，此外還需對樁基的防腐蝕措施進行定期檢查維護。

2） 大管樁方案

若碼頭樁基采用φ1 200 mm大管樁，設(shè)計樁長亦需85 m，而長達85 m的大管樁除受預(yù)制條件的制約外，其自重就已達102 t，當時最大的打樁船無法滿足起吊的要求。

綜上分析，碼頭基樁采用何種既合適又經(jīng)濟的型式成為工程的關(guān)鍵技術(shù)點。

4 解決方案

4.1 樁基選型

φ1 200 mm大管樁組合樁（上部為長68 m的φ1 200 mm預(yù)應(yīng)力大管樁，下部為φ942 mm鋼管樁）總長可達85 m。因此，本工程碼頭基礎(chǔ)可考慮的樁型為大管樁和鋼管樁的組合樁。

根據(jù)對本工程地質(zhì)條件的分析，碼頭結(jié)構(gòu)宜選取Ⅶ雜色中粗砂混礫石層作為樁基的理想持力層，而Ⅶ層頂板標高一般為-78.00～-85.00 m，當樁尖進入Ⅶ層1 m以上時，對應(yīng)的樁長需85～92 m，φ1 200 mm大管樁組合樁不能滿足長度要求。如樁基選用長度84 m的φ1 200 mm大管樁組合樁，由于未入理想的樁基持力層，為了提高樁基的極限承載能力，組合樁樁尖擬采用半封閉型來提高樁基的樁端極限阻力，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要。

4.2 結(jié)構(gòu)計算

依據(jù)本工程水工結(jié)構(gòu)專題報告[2]和初步設(shè)計[3]對碼頭結(jié)構(gòu)的比選分析，推薦碼頭結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆樁帽節(jié)點加預(yù)制橫梁結(jié)構(gòu)。排架間距10 m，每榀排架5個樁帽節(jié)點，樁基采用φ1 200 mm大管樁組合樁，樁長84 m，每榀排架布置12根樁。考慮到集裝箱岸橋輪壓大，前后軌道梁下面每個樁帽節(jié)點各3根呈“品”字型的基樁，同時考慮承受船舶荷載的需要，中間縱梁下面每個樁帽節(jié)點各布置1對叉樁。采用這樣的樁基布置，不僅能使軌道下的樁基和叉樁樁力得到較充分的發(fā)揮，又能使各樁樁力較為均勻。

經(jīng)過對碼頭結(jié)構(gòu)的分析計算，樁基計算成果詳見表1。碼頭結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

表1 碼頭結(jié)構(gòu)樁基計算結(jié)果Table 1.Calculation of wharf structure pilefoundation

5 現(xiàn)場試驗

5.1 靜載試樁目的

對于碼頭樁基選型，樁基礎(chǔ)推薦采用超長大管樁組合樁，但所需樁長較長，是現(xiàn)有施工條件及施工設(shè)備下所能預(yù)制、沉設(shè)的最長組合樁基。為此，提出對基樁進行垂直靜荷載試驗，以達到以下目的，為最終確定樁基型式與樁長提供可靠的依據(jù)。

1）通過靜荷載試驗確定樁的軸向抗壓承載力推薦值；確定試樁區(qū)各土層的極限側(cè)摩阻力值和極限端阻力值，選擇碼頭區(qū)域基樁的合理持力層；

2） 實測試樁在吊運過程中樁身應(yīng)力的分布規(guī)律；

3）根據(jù)打樁監(jiān)測結(jié)果，為合理選擇沉樁錘型及確定停錘標準提出參考意見；

4）通過高應(yīng)變動力測試，將靜荷載試驗與動力測試結(jié)果進行對比，為工程樁檢測提供依據(jù)。

5.2 試樁過程

試樁采用2根φ1 200 mm大管樁組合樁，試樁S1樁長81 m（68 m+13 m，十字板半封閉樁尖）、試樁S2樁長85 m（68 m+17 m，開口樁），入土深度分別達64 m和68 m，試樁樁尖分別位于Ⅴ4灰色粉質(zhì)黏土層和Ⅵ1灰綠～灰色粉質(zhì)黏土層，并分別進入Ⅴ2灰色粉質(zhì)黏土層及以下黏性持力土層達6.7 m和10.7 m。根據(jù)樁基試驗報告[4]，S1樁的極限承載力推薦值為9 000 kN，S2樁的極限承載力推薦值≥12 000 kN。對樁基試驗成果進行分析，推算樁端承載力折減系數(shù)均超0.8，是港口工程樁基規(guī)范[5]推薦取值的至少1.6倍；由于開口樁尖的樁端承載力折減系數(shù)已超過0.8，樁尖已充分發(fā)揮出接近半封閉樁尖的效用，考慮到十字板半封閉樁尖相比于開口樁尖對提高樁端承載力的效果并不顯著，最終確定本工程碼頭應(yīng)用的φ1 200 mm大管樁組合樁均采用開口樁型式。此次對樁尖型式的優(yōu)化將為工程節(jié)約成本約518萬元。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖Fig.1 Cross-section of thewharf structure

此外，根據(jù)樁基試驗報告，并結(jié)合港口工程樁基規(guī)范[5]和建筑樁基技術(shù)規(guī)范[6]，經(jīng)分析計算，當鋼管樁（0.8 m≤D≤1.2 m，D為鋼管樁樁外徑）樁基入土深度較大（≥60D或60 m）且已進入黏性持力土層深度較深（≥7D）時，建議在計算鋼管樁的垂直承載力極限值時，樁端承載力折減系數(shù)可取0.8。

5.3 試樁結(jié)論

1）吊運試驗所得的彎矩值均未超過規(guī)范規(guī)定的抗裂彎矩值，且彎矩分布較均勻，因此吊點布置是安全合理的；

S1樁采用四點吊進行吊運試驗，S2樁采用六點吊進行試驗。從試驗和理論計算結(jié)論均可知，無論是四點吊還是六點吊，最大負彎矩均出現(xiàn)在吊點位置上，其值在水平狀態(tài)下最大，并隨著樁的傾斜角度增加而減少；最大正彎矩均出現(xiàn)在傾角為45°時，并隨著傾斜角度的增加開始減小。具體試驗成果為：S1樁的最大負彎矩在R4吊點處，為-527.8 kN·m，相應(yīng)最大混凝土壓應(yīng)力為-4.65 MPa；最大正彎矩在R2與R3吊點跨中處，為412.0 kN·m，相應(yīng)最大混凝土拉應(yīng)力為3.63 MPa。S2樁的最大負彎矩在R1吊點處，為-502.2 kN·m，相應(yīng)最大混凝土壓應(yīng)力為-4.43 MPa，最大正彎矩在R2與R3吊點跨中處，為306.3 kN·m，相應(yīng)最大混凝土拉應(yīng)力為2.70 MPa。以上彎矩值均未超過大管樁的開裂彎矩值1 224 kN·m。

2）在該工程地質(zhì)條件下，采用D138柴油錘開二檔可以滿足工程樁沉樁施工要求。

3）單樁靜土阻力值和極限承載力推薦值及恢復(fù)系數(shù)詳見表2。

表2 單樁靜土阻力值和極限承載力推薦值Table 2 Single pile static soil resistance valueand the ultimate bearing capacity recommended value

6 工程實施

本工程碼頭采用φ1 200 mm大管樁組合樁，樁長84 m，共863根。工程現(xiàn)場已于2013年4月完成了全部碼頭設(shè)計樁基的沉設(shè)，樁基沉樁總體較為順利，僅出現(xiàn)2根樁在距樁頂7~8 m位置斷樁，經(jīng)分析，斷樁的主要原因是由于外海涌浪作用導(dǎo)致打樁船打樁錘擊偏心而引起的。經(jīng)設(shè)計確認后，在斷樁樁位附近合適位置進行了補樁，補樁沉設(shè)無異常。

經(jīng)對所有樁基沉樁記錄進行統(tǒng)計分析，除1根超高4.45 m基樁由于樁頂裂紋停錘、1根超高約4.9 m基樁由于貫入度3.3 mm而停錘外，其余樁基均沉設(shè)至設(shè)計樁頂標高。樁基總錘擊數(shù)平均為756擊，最終貫入度平均為18.3 mm。

此外，依據(jù)技術(shù)要求，現(xiàn)場對碼頭樁基中的20根樁進行了高應(yīng)變動力檢測，包括沉樁異常的樁基，并對89根樁進行了低應(yīng)變動力檢測。經(jīng)對檢測結(jié)果分析，樁基極限承載力均≥9 700 kN，樁身完整性均良好。

根據(jù)碼頭樁基的沉樁情況分析，樁基的沉設(shè)情況良好，進一步驗證了工程采用超長大管樁組合樁的合理性。

7 結(jié)語

通過理論計算、現(xiàn)場試驗及工程實踐，證明超長大管樁組合樁在樂清一期軟土地基中的應(yīng)用是可行的。

[1] 溫州港樂清灣港區(qū)一期工程巖土工程勘察報告[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2010.Geotechnical engineering investigation report on the Yueqingwan Port first phaseproject in Wenzhou Port[R].Shanghai：CCCCThird Harbor Consultants Co.，Ltd.，2010.

[2] 溫州港樂清灣港區(qū)一期工程水工結(jié)構(gòu)專題報告[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2010.Special report on the hydraulic structure of the Yueqingwan Port first phase project in Wenzhou Port[R].Shanghai：CCCC Third Harbor Consultants Co.，Ltd.，2010.

[3] 溫州港樂清灣港區(qū)一期工程初步設(shè)計[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2011.Primary design for the Yueqingwan Port first phase project in Wenzhou Port[R].Shanghai：CCCCThird Harbor Consultants Co.，Ltd.，2011.

[4]溫州港樂清灣港區(qū)一期工程試樁工程基樁試驗報告[R].上海：上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司，2011.Test report for pile foundation in the pile testing engineering of the Yueqingwan Port first phaseproject in Wenzhou Port[R].Shanghai：Shanghai Harbor Quality Control&Testing Co.，Ltd.，2011.

[5]JTS167-4—2012，港口工程樁基規(guī)范[S].JTS167-4—2012，Codefor Pile Foundation of Harbour Engineering[S].

[6]JGJ94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].JGJ94—2008，Technical Codefor Building Pile Foundation[S].