金泰賽 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，港口工程建設(shè)經(jīng)歷了十幾年的快速高效推進(jìn)。設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的源頭，設(shè)計(jì)方案對(duì)項(xiàng)目決策、投資籌備起決定性作用。投資人關(guān)心的是項(xiàng)目投入是否達(dá)到期望的產(chǎn)值，設(shè)計(jì)應(yīng)把握好技術(shù)方向，為投資人盡可能節(jié)省工程投資，縮短投資回收期，實(shí)現(xiàn)投資方的經(jīng)濟(jì)效益最大化。為了緊跟建設(shè)的步伐，設(shè)計(jì)工作經(jīng)常被壓縮工期，設(shè)計(jì)常按行業(yè)規(guī)范和類似項(xiàng)目實(shí)例參考，迅速完成設(shè)計(jì)任務(wù)，在設(shè)計(jì)深度、技術(shù)發(fā)揮等方面效果一般。本文基于陽(yáng)江某10萬(wàn)噸級(jí)碼頭工程實(shí)例，充分結(jié)合工程地質(zhì)、工藝荷載等考慮，提出采用PHC樁樁基承臺(tái)作為后樁臺(tái)結(jié)構(gòu)，與樁基梁板、空心板方案比較，結(jié)構(gòu)耐久性好，且更加經(jīng)濟(jì)。

1.工程概況

陽(yáng)江某10萬(wàn)噸級(jí)碼頭,位于陽(yáng)江港海陵灣港區(qū)吉樹(shù)作業(yè)區(qū)，碼頭泊位總長(zhǎng)度287.5m，碼頭頂高程4.9m，前沿設(shè)計(jì)底高程-15.1m。碼頭所在區(qū)域?qū)偻杆接煤?，需采用樁基等透水性結(jié)構(gòu)。碼頭前沿線布置在現(xiàn)有圍堰前方120m位置，陸域形成區(qū)域面積較小，可用空間較有限，為滿足場(chǎng)區(qū)庫(kù)堆能力需要，碼頭平面按滿堂式布置。碼頭結(jié)構(gòu)長(zhǎng)287.5m，寬度120m，斷面方向分為前、后樁臺(tái)。碼頭前樁臺(tái)寬32m，為碼頭前沿作業(yè)地帶，后樁臺(tái)寬88m，作為堆場(chǎng)功能。前樁臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)的高樁梁板結(jié)構(gòu)，樁基選用φ1500mm灌注型嵌巖樁，排架間距為10.0m，上部結(jié)構(gòu)為正交梁板體系。見(jiàn)圖1。

圖1 總平面布置圖

2.設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)高水位3.39 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同），設(shè)計(jì)低水位0.51m，極端高水位4.59m，極端低水位-0.29m。

2.2 設(shè)計(jì)波浪

50年一遇的設(shè)計(jì)波浪要素值見(jiàn)表1。

表1 波浪要素值統(tǒng)計(jì)表

2.3 工程地質(zhì)

圖2 地質(zhì)剖面圖

樁基礎(chǔ)主要設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

表2 樁基礎(chǔ)主要設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

2.4 使用荷載

①后樁臺(tái)均布荷載：40kPa。

②后樁臺(tái)流動(dòng)機(jī)械荷載：30t自卸汽車、牽引車平板車（載重30t）、25t輪胎吊等。

3.原設(shè)計(jì)方案

碼頭結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)287.5m，后樁臺(tái)寬88m，水工結(jié)構(gòu)規(guī)模大，是投資控制的重點(diǎn)。后樁臺(tái)受力簡(jiǎn)單、橫向整體性要求不高，原設(shè)計(jì)方案采用樁基梁板結(jié)構(gòu)和樁基空心板結(jié)構(gòu)對(duì)比。空心板結(jié)構(gòu)不需要設(shè)縱梁，空心板直接擱置橫梁上，板縫采用鉸接處理，空心板結(jié)構(gòu)自重輕，面板預(yù)制質(zhì)量好，安裝速度快，工程造價(jià)相對(duì)較低，但單向彈性薄板受荷能力較有限，且空心板對(duì)集中荷載非常敏感，不是特別適合作業(yè)形式較為復(fù)雜的堆場(chǎng)使用。

因此，前期設(shè)計(jì)采用高樁梁板結(jié)構(gòu)方案。排架結(jié)構(gòu)受力明確，對(duì)樁基承載力要求高，工程區(qū)域巖層埋深淺，樁基采用φ1000mm灌注型嵌巖樁，排架間距取與前樁臺(tái)一致為10.0m，樁距5.0m，上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆橫梁，預(yù)制+現(xiàn)澆的疊合縱梁及面板結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)方案見(jiàn)圖3。

圖3 原設(shè)計(jì)方案后樁臺(tái)斷面

為了滿足投資方的整體進(jìn)度需求，此方案在較短設(shè)計(jì)工期內(nèi)粗獷完成，設(shè)計(jì)方案基本合理，但不夠精細(xì)化。主要體現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：

（1）灌注型嵌巖樁樁數(shù)多，成孔施工進(jìn)度慢，工期長(zhǎng)。

（2）灌注型嵌巖樁樁身質(zhì)量易受混凝土質(zhì)量、澆筑過(guò)程質(zhì)量控制等影響，質(zhì)量控制難度大。

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，老年人日常生活能力下降的前幾位分別為：打電話、使用交通工具、購(gòu)物、做家務(wù)、備餐和洗澡，自己完全可以做的老年人分別占10.97%、15.01%、17.91%、25.98%、30.01%和32.03%（見(jiàn)表5）。各項(xiàng)目中老年人日常生活能力水平分布位置不全相同，主要反映老年人存在不同程度的功能性日常生活能力下降，提示老年人很難獨(dú)立生活，不具備良好的日常生活能力。

（3）灌注型嵌巖樁需設(shè)鋼護(hù)筒，用鋼量大，造價(jià)高。

（4）上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件多，安裝工程量大。

因此，有必要根據(jù)本工程的特點(diǎn)對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，把項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度及工程投資控制在預(yù)期范圍內(nèi)。其中樁基是項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃的關(guān)鍵工作之一，單項(xiàng)造價(jià)約占整體造價(jià)的40%，是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

4.優(yōu)化方案

（1）樁基選型。本工程后樁臺(tái)樁基的選型須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

①沉樁的可行性；②經(jīng)濟(jì)性；③樁基承載力。

工程區(qū)域巖層埋深淺，樁基選型優(yōu)先考慮是否具備沉樁可行性。預(yù)制樁進(jìn)入N≧50擊的強(qiáng)風(fēng)化巖深度有限，下部中風(fēng)化巖層完全無(wú)法沉入，工程區(qū)域部分覆土為軟土層，樁基側(cè)摩阻力小，單樁承載力較低。從樁基穩(wěn)定性及承載力等方面考慮，預(yù)制樁應(yīng)沉入強(qiáng)風(fēng)化巖中一定深度。通過(guò)加長(zhǎng)鋼樁靴長(zhǎng)度，提高沉樁時(shí)樁尖的穿透力，可將預(yù)制樁沉入強(qiáng)風(fēng)化巖中一定深度。同時(shí)在樁靴底部焊接十字形肋板，可增加樁端承載力。預(yù)制樁沉樁方式一般有錘擊沉樁和靜壓沉樁。錘擊沉樁施工速度快，穿透能力強(qiáng)；靜壓沉樁單樁承載力較為保證，沒(méi)有噪音污染。本工程后樁臺(tái)自然泥面標(biāo)高約為0.8m，設(shè)計(jì)高水位時(shí)淹沒(méi)，設(shè)計(jì)低水位時(shí)露出，可采用填筑法+錘擊沉樁/靜壓沉樁，分區(qū)回填土至設(shè)計(jì)高水位以上，采用打樁機(jī)或靜壓樁機(jī)陸上沉樁，施工完成之后再挖除回填土，恢復(fù)海洋功能。

預(yù)制樁造價(jià)低廉，特別是直徑小于700mm的PHC樁。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，φ600mmPHC樁購(gòu)置費(fèi)僅為φ700mmPHC樁的0.66倍，兩者有階梯型價(jià)格差異。主要原因是直徑小于700mm的PHC樁需求量廣，生產(chǎn)廠家多，供應(yīng)能力強(qiáng)，所以購(gòu)置費(fèi)用低。且直徑小于700mm的PHC樁沉樁機(jī)械更多，選型豐富、多樣化。因此，將φ600mmPHC樁作為后樁臺(tái)基礎(chǔ)樁有較大的優(yōu)勢(shì)。

（2）上部結(jié)構(gòu)選型。排架結(jié)構(gòu)受力明確，對(duì)樁基的承載力要求較高，不宜采用。碼頭后樁臺(tái)受集中力荷載、均布荷載等，豎向作用力形式多樣化，采用現(xiàn)澆承臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)荷載變化適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)耐久性好，樁基布置不受橫梁限制，布置靈活，各樁受力較均衡。通過(guò)增設(shè)樁基數(shù)量從而減少單樁壓樁力，PHC樁單樁承載力較小也可滿足承載力要求。

綜上分析，后樁臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案采用PHC樁樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)，樁基為φ 600 mm PHC 樁，橫縱向樁距3.0m，樁頂部現(xiàn)澆1.5m厚的承臺(tái)。結(jié)構(gòu)方案見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 優(yōu)化方案后樁臺(tái)斷面

圖5 優(yōu)化方案后樁臺(tái)樁位布置圖

優(yōu)化方案單樁承載力驗(yàn)算結(jié)果及承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4，承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算圖示見(jiàn)圖6。

圖6 承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果圖示

表3 單樁承載力驗(yàn)算結(jié)果（φ600mmPHC樁）

表4 承臺(tái)內(nèi)力結(jié)果（彈性墩臺(tái)）

5.技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

原樁基梁板結(jié)構(gòu)方案，排架受力明確，對(duì)單樁承載力要求較高，采用灌注樁嵌巖，單樁承載力高。但上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件多，安裝工程量大；面板等細(xì)薄構(gòu)件在海水環(huán)境下耐久性較差；樁基施工速度慢，施工質(zhì)量控制難度大。此方案后樁臺(tái)工程費(fèi)用18088.7萬(wàn)元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為7150元/m。

樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)方案，承臺(tái)布置樁基靈活、不受限制；φ600mmPHC管樁供應(yīng)廠家資源豐富，供貨能力有保障；陸上預(yù)制，成樁質(zhì)量好；沉樁速度快，施工進(jìn)度有保證；上部承臺(tái)厚大敦實(shí)，結(jié)構(gòu)耐久性好。但樁數(shù)較多，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)度7～15m，接樁工程量大；樁基進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)巖深度有限，單樁承載力低。此方案后樁臺(tái)工程費(fèi)用12986.6萬(wàn)元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為5133元/m。

方案優(yōu)化后，后樁臺(tái)大大節(jié)省工程投資，縮短投資回收期，提升投資方經(jīng)濟(jì)效益。

6.結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)述了碼頭后樁臺(tái)采用樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)計(jì)算和技術(shù)對(duì)比證明，巖面埋深較淺地區(qū)的后樁臺(tái)采用PHC樁合適。φ600 mm PHC 樁具備供應(yīng)能力強(qiáng)、使用性廣泛、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，用于后樁臺(tái)可減少工程投資。φ600mmPHC樁沉樁方式多樣化，沉樁機(jī)械選型豐富，沉樁速度快，進(jìn)度有保障。后樁臺(tái)上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆承臺(tái)具備結(jié)構(gòu)耐久性好，樁基布置靈活、不受限制等優(yōu)勢(shì)。