徐瑋

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 江蘇 570203）

隨著我國港口建設(shè)的迅速發(fā)展，所處的工程地質(zhì)情況也日益復(fù)雜，因此，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對不同的工程特點(diǎn)，合理地選取和優(yōu)選適合于工程特點(diǎn)的碼頭地基，以達(dá)到安全、合理和經(jīng)濟(jì)的目的。本文以武漢新港陽邏港三碼頭一期項(xiàng)目為例，對結(jié)構(gòu)選型和布置優(yōu)化進(jìn)行了細(xì)致的探討，并利用樁基礎(chǔ)的平衡檢驗(yàn)驗(yàn)證了其承載量。

1 工程概況

該項(xiàng)目是武漢陽邏經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)長江陽邏水道的左岸，距離武漢關(guān)29.5 公里，長江陽邏大橋1.9 公里，距離吳淞口下游1013.5 公里。其地理位置是：東經(jīng)114度32 度59 英寸，而北緯30 度39 度28 英寸。工程高水位為26.00 米（50 年代）；設(shè)計(jì)的低潮面8.95 米（安全系數(shù)98%）；工程高程為27.20 米，高程11.0 米。

經(jīng)對該項(xiàng)目的集裝箱運(yùn)輸能力進(jìn)行了預(yù)測和分析，2020 年和2030 年集裝箱運(yùn)輸能力將達(dá)到1620,000 TEU和3580,000 TEU。根據(jù)項(xiàng)目的地形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了8 個(gè)貨柜碼頭，總長度563 米。該項(xiàng)目是一艘5000 噸的江海船，其規(guī)格為122.8*18.8*8.6*4.2[3]。

2 結(jié)構(gòu)選型比較

按照作者的工作經(jīng)歷，[4～6]認(rèn)為，在淺巖地基上建造的港口主要有兩種：高樁型和重力型。為此，文章對兩種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足進(jìn)行了討論，并對其進(jìn)行了較為合理的選擇。

（1）由于該項(xiàng)目為淺層巖石地基，其開挖深度較低，承載力大，采用高樁型和重力型碼頭是技術(shù)上的可行性。

（2）該項(xiàng)目為一個(gè)大水位差的典型區(qū)域，設(shè)計(jì)最高水位差為17.05 米。高樁碼頭在總體布局、船型設(shè)計(jì)、裝卸工藝等方面均優(yōu)于重力式。

（3）該港口的面積很大，如果使用重力型（例如方形碼頭），由于積木的數(shù)量過多，整體會降低，而且每一方的吊重都會增大，對船舶的設(shè)備的需求也會很高；所以，重力式構(gòu)造是不可取的。

（4）結(jié)合上述因素，提出了采用高樁支護(hù)形式的方案。由于該碼頭施工場地是基礎(chǔ)地質(zhì)條件，故采取了嵌巖樁法。

3 樁基結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

碼頭的平面規(guī)模是563*30 米（長*寬）.排架間隔8 米，共計(jì)71 米，排架地基為φ1800 灌注式嵌巖樁柱，在兩排中各安裝5 個(gè)直樁（兩個(gè)直樁間間隔2.5米），兩端各有一支斜樁支，并在樁身與樁端安裝直徑為φ1200 的鋼橫支撐。為了提高碼頭的側(cè)向剛性，提高碼頭的側(cè)向剛性。

3.2 方案缺點(diǎn)分析

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的施工背景，結(jié)合以前的設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了一種新的解決方法。

（1）樁基礎(chǔ)距離稍短，因而基礎(chǔ)數(shù)目稍多，增加了項(xiàng)目的建設(shè)投入；

（2）經(jīng)計(jì)算和有關(guān)的分析，無需設(shè)斜樁基。另外兩個(gè)斜樁會加大施工的工作量，提高施工的效益，加大項(xiàng)目的建設(shè)投入；

3.3 樁基優(yōu)化

根據(jù)該方案的不足，提出了兩種最優(yōu)方法：

（1）為了減少樁的數(shù)目和節(jié)省建設(shè)資金，提出了一種基于螞蟻算法的改進(jìn)方法，即在保證結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了樁的間隔。經(jīng)過最優(yōu)的計(jì)算和分析，確定了最適宜的間隔是3.3 米，從而使排架的間隔增加到10 米。

（2）在樁基礎(chǔ)施工中，對斜樁的施工要求高，施工難度大。通過對工程實(shí)例的分析，證明了在去掉原有設(shè)計(jì)中兩個(gè)傾斜樁基后，該工程的受力仍然符合設(shè)計(jì)的要求。所以，把所有的傾斜樁位都去掉。

3.4 后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳化

經(jīng)作者進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際情況，提出了一種新的橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案，即：橋墩間距為10 m，共計(jì)57 m，橋墩基礎(chǔ)為φ1800 灌注式嵌巖樁，并在樁身與樁身間安裝了φ1200 鋼筋支撐。為了提高碼頭的側(cè)向剛性，提高碼頭的側(cè)向剛性。平臺的上部構(gòu)造由橫梁、前邊梁和軌道梁組成；縱梁、鋼系纜平臺、疊合面板、鋼支承部件等。在甲板和下錨索甲板之前，安裝550 kN的錨桿，并在每個(gè)錨桿上安裝DA-A500H 低反力橡膠護(hù)舷，DA-A300H 橡膠護(hù)舷。

4 樁基自平衡檢測

在完成一年的基礎(chǔ)上，利用樁基的自重測試，對樁端阻力、樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值、樁周土的極限水平阻力進(jìn)行了檢驗(yàn)。該測量裝置由2×14000 kN 的載荷盒、60 MPa的油磅、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和電子位移儀；鋼筋測試儀和測頻器等。

4.1 靜載荷測試的檢驗(yàn)與檢驗(yàn)

（1）試驗(yàn)按照 JT/J738-2009 《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》進(jìn)行，以檢測樁為基礎(chǔ)，以高速保持荷載為主。而從成樁到測試間隔的間隔期：在滿足設(shè)計(jì)要求后，不能少于15 個(gè)工作日。

（2）載荷等級：估計(jì)載荷分為10 個(gè)階段，一級載荷分為兩個(gè)階段，第二階段分為5 個(gè)階段。

（3）位移觀察：在每次荷載作用后的第一小時(shí)，分別在5、15 和30 天進(jìn)行；每隔45、60 分鐘測量一次。電子位移傳感器與計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和存儲。

（4）不變的準(zhǔn)則：在前30 分鐘，如果不超過0.1毫米，則可以視為穩(wěn)定。

（5）結(jié)束裝載狀態(tài)：①整體位移。當(dāng)整體位移超過40 毫米時(shí)，在上一階段的荷載作用下，其沉降超過或超過上一階段的5 個(gè)時(shí)，荷載就會結(jié)束。以該端部較低的載荷為最終載荷。②當(dāng)整體位移超過40 毫米時(shí)，在此階段外加24 h 以上的載荷沒有達(dá)到高溫狀態(tài)，則負(fù)載結(jié)束。以該端部較低的載荷為最終載荷。③裝載至測試請求裝載的數(shù)值為終止?fàn)顟B(tài)。

（6）加載、卸載分級

加載步驟：0→2300→3450→4600→5750→6900→8 050→9200→10350→11500

卸載步驟；11500→9200→6900→4600→2300→0

以3 號樁為代表，將其靜載試驗(yàn)位移結(jié)果匯總于表1，將其Q-S 曲線及S-lgt 曲線繪于圖1。

圖1 相關(guān)曲線繪制

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)位移結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在加載到試驗(yàn)最大荷載后，最大累計(jì)向上位移為16.81mm，最大累計(jì)向下位移為-10.93mm，樁身位移未出現(xiàn)陡變。

4.2 軸力及摩阻力計(jì)算

可先根據(jù)樁身預(yù)埋的應(yīng)變計(jì)讀數(shù)得到應(yīng)變量。由于在同級荷載作用下，試樁內(nèi)混凝土所產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋所產(chǎn)生的應(yīng)變量，相應(yīng)樁截面微單元內(nèi)的應(yīng)變量即為鋼筋的應(yīng)變量。因此可根據(jù)《港口與海岸水工建筑物》公式5.1～5.14 來計(jì)算。

根據(jù)3 號樁實(shí)測軸力數(shù)據(jù)，以及文獻(xiàn)[9～10]中等效樁頂荷載-位移曲線計(jì)算流程，可計(jì)算得出等效樁頂荷載為18348.70KN，等效樁頂位移為10.92mm。

4.3 檢測結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以3 號樁為代表，將樁基檢測試驗(yàn)結(jié)果列于表3。試驗(yàn)結(jié)果顯示，試樁在加載到最大試驗(yàn)荷載下時(shí)，樁身未出現(xiàn)陡變，且豎向抗壓極限承載力滿足規(guī)范要求。

表2 試樁分析結(jié)果

5 結(jié)論

文章以武漢新港陽邏港第三碼頭一期項(xiàng)目為例，對結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及樁基自平衡試驗(yàn)進(jìn)行了深入的探討，得出以下幾點(diǎn)：

（1）結(jié)合實(shí)際施工情況，結(jié)合同類碼頭的設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了高樁嵌巖樁施工方案。

（2）通過對原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的研究，得出了樁基礎(chǔ)距離偏短、無需設(shè)斜樁的結(jié)論。為此，利用螞蟻算法進(jìn)行了求解，并在滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行了驗(yàn)證；從2.5 米到3.3 米的樁距，去掉了傾斜樁的設(shè)計(jì)。

（3）在完成一年的碼頭項(xiàng)目運(yùn)行后，對樁基礎(chǔ)進(jìn)行自重試驗(yàn)。對試樁進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)在荷載作用下，樁體沒有發(fā)生急劇的變化，其垂直荷載的極限承載力符合設(shè)計(jì)的規(guī)定。因此，在樁基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化的設(shè)計(jì)。