廖振華

摘 要：在港口工程當(dāng)中，樁基可采用多種形式，其設(shè)計方案以及施工技術(shù)都有較高的難度，并且在整個工程建設(shè)當(dāng)中占據(jù)較大的工程總價比例。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，闡述在濱海相沉積平原地貌環(huán)境下碼頭工程PHC樁基的設(shè)計與應(yīng)用，供類似工程施工參考。

關(guān)鍵詞：港口工程；濱海相；PHC樁；嵌巖

中圖分類號：TV52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0046-03

濱海相沉積平原地貌廣泛地分布在沿海區(qū)域，因此在港口工程設(shè)計當(dāng)中也十分常見。濱海相沉積區(qū)域土層一般上部有一定厚度的軟弱粘性土和松散砂土層覆蓋層，含水量高、壓縮性高，工程地質(zhì)性質(zhì)較差且不宜作為碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的持力層，下部為性質(zhì)較好的具有不同風(fēng)化程度的風(fēng)化巖，但巖面起伏較大。在此類地質(zhì)條件下進(jìn)行樁基設(shè)計時，如重視不夠或處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生質(zhì)量隱患和缺陷，增加施工成本，或造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合境外某工程實(shí)例，闡述在濱海相沉積平原地貌環(huán)境下碼頭工程樁基的設(shè)計與應(yīng)用，對于保證工程質(zhì)量，提高工程建設(shè)效益具有一定意義。

1 工程概況

某電廠配套碼頭位于西太平洋島弧帶中部沿海，工程海域為濱海相沉積平原地貌，海岸多為砂質(zhì)海灘，西南近岸側(cè)局部有零星礁石出露，水下地形整體呈現(xiàn)由海側(cè)向岸側(cè)逐漸升高走勢，碼頭設(shè)計規(guī)模為8，000t海運(yùn)駁船泊位，碼頭長120m，寬18m，碼頭通過引橋與陸域連接，引橋長1，600m，寬7.6m，碼頭、引橋水域泥面標(biāo)高一般為0.0～-6.0m。碼頭平面布置見圖1。

2 設(shè)計條件

2.1 水文

2.1.1 設(shè)計水位

設(shè)計高水位1.38m（海圖基面，下同），設(shè)計低水位-0.02m，極端高水位2.08m，極端低水位-0.32m。

2.1.2 設(shè)計波浪

工程區(qū)海岸向西開敞，西北季風(fēng)期風(fēng)浪可以充分成長。工程區(qū)控制浪向WNW-NNW向50年一遇設(shè)計波要素見表1。

2.1.3 海流

工程海域?qū)儆谝?guī)則全日潮流，由于受當(dāng)?shù)氐匦斡绊懞统辈▊鞑プ冃?，潮流淺水影響非常顯著，工程區(qū)海域設(shè)計流速為1.5m/s。

2.2 工程地質(zhì)

根據(jù)該區(qū)域勘探報告，粉質(zhì)黏土及其以上土層一般為軟弱黏性土層或松散砂土層，且分布廣泛，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，均不宜作為持力層；殘積砂質(zhì)黏性土層可塑偏硬或硬塑，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，在一般埋深較淺或厚度較薄的區(qū)域，不宜作為樁基持力層，在埋深與厚度適中的區(qū)域，可作為樁基持力層；全風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，主要在碼頭附近區(qū)域及引橋局部區(qū)域較為發(fā)育，厚度較大且埋深適中，可選用作為打入樁基持力層，但該二層在引橋部分區(qū)域，厚度較薄且埋深較淺，不適宜選做樁基持力層，在此類區(qū)段可選用中風(fēng)化花崗巖作為樁基持力層，樁型可選用嵌巖樁（見表2）。

2.3 地震設(shè)防烈度

場地設(shè)計基本地震加速度值按0.1g考慮，對應(yīng)的抗震設(shè)防烈度按7度考慮。本場地土的類型為中軟場地土，場地類別為Ⅲ類。

2.4 設(shè)計荷載

2.4.1 均布荷載

碼頭面均布荷載20kN/m2，引橋面均布荷載10kN/m2。

2.4.2 工藝荷載

（1）2臺固定式卸船機(jī)：每臺固定式缷船機(jī)垂直力3，000kN，最大傾覆力矩20，000kNm，最大水平力800kN。

（2）25t平板車：軸距5.20m+1.25m，軸數(shù)3，軸壓100kN+2×120kN，每軸8個輪子，輪胎接地面積0.5m×0.2m。

（3）40t汽車式起重機(jī)：自重35.7t，使用吊重16.0t。

3 碼頭結(jié)構(gòu)型式

碼頭平臺結(jié)構(gòu)采用高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，長120m，寬18m，碼頭面頂標(biāo)高5.60m，碼頭前沿設(shè)計泥面-5.70m，一般排架間距為8m，樁基采用直徑1000mmPHC樁，每榀排架設(shè)置4根樁，為承受船舶系纜力、撞擊力、擠靠力以及波浪水流產(chǎn)生的水平力，其中間布置1對斜樁。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆橫梁，疊合式縱梁和面板。

連接碼頭與陸域的引橋長1600m，寬7.6m，采用樁基排架結(jié)構(gòu)，排架間距16m，樁基采用直徑1000mmPHC樁，每榀排架設(shè)置2根斜樁。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆橫梁，疊合式預(yù)應(yīng)力空心板，為增加引橋橫向剛度，預(yù)制空心板通過現(xiàn)澆層與橫梁連成整體，并每隔一段距離設(shè)置一個簡支跨。

4 樁基設(shè)計

4.1 樁型選取

在港口工程當(dāng)中，應(yīng)用較為廣泛的打入樁有鋼管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。鋼管樁強(qiáng)度高、抗彎能力大；可承受較大的水平力，彈性好，能吸收較大的變形能；穿過硬土層能力強(qiáng)，且制作方便、施打容易。但鋼管樁鋼材用量大、造價較高，且易腐蝕，耐久性差，后期維護(hù)費(fèi)用較高。因此，鋼管樁一般用于受風(fēng)浪、水流及船舶作用力較大的深水碼頭。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁根據(jù)制造工藝的不同，分為后張法和先張法2種。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用后張法施加預(yù)應(yīng)力，需在專門的預(yù)制廠離心機(jī)上分節(jié)預(yù)制，管節(jié)預(yù)制的分節(jié)長度一般為1～4m。分節(jié)運(yùn)至施工現(xiàn)場后，拼接成需要的樁長，并一次性施加后張預(yù)應(yīng)力。

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁也稱PHC管樁，其制作采用高速離心、兩次養(yǎng)護(hù)的工藝，主筋一般采用預(yù)應(yīng)力鋼筋，樁身混凝土強(qiáng)度不低于C80。PHC管樁由于具有單樁承載力高、設(shè)計選用范圍廣、吊裝運(yùn)輸方便、樁身耐打且穿透力強(qiáng)、施工方便、綜合選價低等優(yōu)點(diǎn)，在港口工程當(dāng)中得到廣泛的使用。

根據(jù)工程區(qū)域場地土層的特性，在水深合適打樁的區(qū)域，碼頭和引橋的樁基均采用PHC樁，樁徑為1m，樁尖3m為鋼樁靴，樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層。工程建設(shè)水域巖面起伏較大，部分區(qū)域中風(fēng)化巖頂板較高（11.2m～13m），覆蓋層厚度較薄且工程性質(zhì)較差，因此該區(qū)域的樁基由于承載力不滿足要求，需要進(jìn)行PHC樁灌注嵌巖施工。樁基計算結(jié)果見表3。

4.2 沉樁標(biāo)準(zhǔn)

持力層為殘積砂質(zhì)黏性土的摩擦樁沉樁標(biāo)準(zhǔn)為：以標(biāo)高控制為主，貫入度小于5mm作為校核；當(dāng)樁尖未達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，且超高小于1m時，以最后200mm，平均貫入度小于2mm為停錘標(biāo)準(zhǔn)。持力層為基巖的端承樁沉樁標(biāo)準(zhǔn)為：沉樁以貫入度控制為主，超高小于1m作為校核，以最后200mm，平均貫入度小于2mm為停錘標(biāo)準(zhǔn)。由于該工程附近無類似港口工程，沉樁能否達(dá)到設(shè)計樁尖標(biāo)高，停錘標(biāo)準(zhǔn)是否合適，均無可供參考的資料。因此在樁基施工前，需要進(jìn)行試打樁試驗。另外為驗證沉樁效果，確定樁基的軸向承載力和樁身完整性，需要對樁基進(jìn)行動力測試。

4.3 PHC樁嵌巖

工程建設(shè)水域巖面起伏較大，部分區(qū)域中風(fēng)化巖頂板較高（11.2m～13m），覆蓋層厚度較薄且工程性質(zhì)較差，該區(qū)域的樁基由于承載力不滿足要求，需要進(jìn)行PHC樁灌注嵌巖施工。

PHC樁嵌巖要求進(jìn)入中風(fēng)化巖不小于3m，施工采用鉆機(jī)成孔，并對所有樁進(jìn)行超聲波完整性檢測。在嵌巖施工中，以渣樣對比方法判斷強(qiáng)風(fēng)化巖層和中風(fēng)化巖層的分界：對單程沖擊鉆機(jī)泥漿反循環(huán)排渣的渣樣含中等風(fēng)化層70%以上，視作已進(jìn)入中等風(fēng)化層，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)鉆進(jìn)50cm作為中等風(fēng)化巖起始面標(biāo)高；對泵吸和氣舉反循環(huán)排渣的，其渣樣中中等風(fēng)化層含量必須在100%，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)鉆進(jìn)50cm作為中等風(fēng)化巖起始面標(biāo)高。PHC樁嵌巖結(jié)構(gòu)圖見圖2。

5 結(jié)束語

濱海相沉積平原地貌在港口工程設(shè)計當(dāng)中也十分常見，該種區(qū)域土層一般上部有一定厚度的軟弱粘性土和松散砂土層覆蓋層，含水量高、壓縮性高，工程地質(zhì)性質(zhì)較差且不宜作為碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的持力層，下部為性質(zhì)較好的具有不同風(fēng)化程度的風(fēng)化巖，但巖面起伏較大。對于在該種類型場地上建設(shè)碼頭工程，基礎(chǔ)類型的選擇直接影響到施工的難易程度與工程的總造價。綜合場地土層的特性與工程造價等因素，水工建筑物的基礎(chǔ)可選用力學(xué)性能良好和價格較低的PHC樁。當(dāng)中風(fēng)化巖頂板較高，覆蓋層厚度較薄且工程性質(zhì)較差，樁基承載力不滿足要求時，可考慮進(jìn)行PHC樁灌注嵌巖施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭天祥，王欣.預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)在濱海腐蝕性場地的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（02）：73-74.

[2]丁昕.預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)在濱海相場地中的設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2012，42（S1）：839-843.

[3]李華強(qiáng).PHC管樁嵌巖施工中常見問題及措施[J].中國水運(yùn)（下半月），2010，10（04）：202-203.

[4]付愛珍，郭春玲.PHC嵌巖樁在某電廠重件碼頭工程中的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2010，12（6）：30-34.

[5]趙敬考，頓軍華，趙冬生，王宏志.海上傾斜PHC管樁內(nèi)鉆孔嵌巖工程實(shí)踐[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2015（03）：31-33.

[6]JTJ 285-2000.港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].2000.

[7] JTS 167-8-2013.水運(yùn)工程先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].2013.