預制場出梁碼頭擋墻設計選型與施工

秦小鋒 魯學成 江大騏

(中交第二航務工程局有限公司，湖北武漢 430000)

1 出梁碼頭的技術要求

麻涌預制廠主要承擔廣深沿江高速公路4標30 m箱梁的預制任務，梁重138 t，考慮采用2臺120 t龍門吊抬吊至出梁碼頭后放到運梁船上。為了能夠保證預制箱梁通過出梁碼頭利用運梁船運輸到施工現場，出梁碼頭必須滿足以下技術要求:1)出梁碼頭長至少50 m;2)出梁碼頭寬至少17.5 m;3)最低水位時，水深至少2 m。現有碼頭長24 m，寬28 m，由于不能占用航道，不能在水上施工棧橋，所以需要在現有出梁碼頭基礎上向岸上開挖，重新設計施工擋墻，如圖1所示。

圖1 出梁碼頭平面布置圖

2 出梁碼頭擋墻的選型

2.1 出梁碼頭設計的初始條件

1)地面標高+5.7 m，低潮位標高+2.4 m，低潮位水深2 m，即河床底標高+0.4 m，碼頭開挖深度5.3 m。

2)地質條件。根據巖土勘察報告，地質資料如表1所示。

表1 出梁碼頭處土體參數

由于地質資料中沒有給出回填土的c，φ值，根據現場開挖情況，回填土可以垂直開挖1.2 m，所以這里在1.2 m范圍內的回填土不考慮土壓力作用，在1.2 m以下的回填土的c，φ值按淤泥土取。

2.2 出梁碼頭設計方案

出梁碼頭設計主要有兩種思路:1)采用水泥土擋墻或者雙排樁直接在原位形成支護，不需要先開挖再施工支護結構;2)利用擋土墻支護，由于擋土墻基礎落在淤泥層上，基地承載力和擋土墻抗滑移不能滿足要求，需要對基地進行處理。

2.2.1 方案一:雙排樁

原理是在原位打樁，基坑深度大、地質差，考慮采用雙排樁，樁頂用鋼筋混凝土鎖口梁連接，可將前后排樁與樁頂連梁看做一個底端固定的剛架結構，樁頂與連梁連接點視為直角剛結點。根據模型試驗結果，雙排樁剛架的固定端取為開挖面以下(1/3～1/5)H，本工程場地土質差，取1/3H。

根據《深基坑支護設計與施工手冊》得:

前排樁:

后排樁:

其中，Paf，Ppf，Pab，Ppb分別為前后排樁所承受主動、被動土壓力;L為樁的間距;α為土壓力分配系數分別為兩排樁的排距、挖深。

根據以上假設利用結構力學求解器建模計算，每延米受力如表2所示。

表2 雙排樁受力計算

為滿足上述受力要求，需采用φ500 C型的PHC樁或者鉆孔灌注樁，成本高。

2.2.2 方案二:水泥土擋墻

原理是利用水泥攪拌法在原位形成一道墻體，墻體的自重平衡土體的傾覆力，以達到支護的目的。出梁碼頭不能采用內支撐，完全由自重來平衡土體的傾覆力。經計算墻厚4 m，墻高12 m，支護長度26+26+17.5=69.5 m。選擇φ500水泥攪拌樁，樁與樁間距0.4 m，搭接0.1 m，樁呈正三角布置，如圖2所示。

經計算，水泥土擋墻共計1 903根，單根長12 m，32元/m，總造價73萬元，成本太高。

2.2.3 方案三:擋土墻+木樁

原理是在原位開挖施工重力式擋墻，利用墻體的自重抵抗土體的傾覆力，同時墻后填土采用較好的砂性土，降低土體的側壓力。由于擋土墻底為淤泥層，地基承載力和抗滑移能力都不足，基地采用木樁處理，如圖3，圖4所示。平均每根樁需要提供的力:水平力H=5.975 kN，豎向力N= －17/40.5 kN。經計算只需要進入中砂層7.1 m 即樁長L=2.6+8.7+7.1 － 6.3+0.5=12.6 m。本方案成本較低，但是由于木樁施打的深度一般為5 m～6 m，本方案需要12.6 m的木樁施工很困難，另外擋墻的底標高在低潮位下3 m，為水下施工，同時開挖深度達到6.3 m，所以施工的工程量大，難度大，風險高。

圖2 水泥土擋墻平面布置圖

圖3 擋墻結構圖

圖4 木樁平面布置圖

2.2.4 方案四:擋土墻+PHC樁

原理同方案三，墻底基礎采用PHC樁處理。為避免水下施工，提高擋土墻墻底標高，使其位于最低水位上，基坑的開挖深度3.2 m，開挖的工程量和難易程度遠小于方案三，如圖5所示。

圖5 擋土墻+PHC樁結構圖

經計算每延米需要由PHC樁承擔的荷載為:水平力H=51.13 kN，豎向力N=105.43 kN，彎矩M=56.76 kN·m。

在擋墻底布置兩排PHC樁，排距1.2 m，間距1.2 m，呈梅花形布置。根據工程具體實踐，PHC樁樁頭處與擋墻底的連接抗彎能力較弱，所以樁頭與擋墻連接處偏安全的認為是鉸接;考慮前后兩排樁受力平均分配，單根樁樁頂荷載為豎向力，水平力Qi=H0× 0.6=30.68 kN，彎矩Mi=0 kN·m。根據《基礎工程》(凌治平，易經武)來計算單樁樁頂的荷載。得到在距離河床底h=2.09 m時彎矩最大Mmax=105.8 kN·m。選用φ400 C型PHC樁。

2.3 出梁碼頭設計方案比選

各方案比較見表3。

表3 各方案優缺點比較

通過方案比選，方案四擋土墻+PHC樁組合，有意識的提高擋墻底標高，避免擋墻施工時水下作業，施工難度低，減少施工成本，方案可行。

3 出梁碼頭擋墻的施工

3.1 主要施工工序

測量放線→施打PHC樁→土體開挖→澆筑墊層、樁頭處理→擋墻施工→墻后土體回填。

3.2 主要施工工藝

1)測量放線，確定施工區域平面位置。2)用柴油錘樁機施沉擋土墻下預應力管樁(雙排)，送樁3.1 m。3)擋土墻位處土體開挖，擋墻施工。首先施工距離河邊4 m以外的區域，距離河邊4 m部分待其余部分擋墻施工完成后再開挖施工。4)擋墻施工結束后，墻后土體回填。選擇較好的砂性土回填，并且壓實，表面硬化，防止雨水滲入。

4 結語

在淤泥層厚度深，覆蓋層淺，地下水位高的地區修建小型碼頭、船塢等結構時，PHC樁+擋土墻組合不僅施工難度小，成本低，同時可以很好的解決以下問題:

1)提高擋土墻的底標高，使之位于水面以上，既避免了擋土墻水下施工，需要大開挖，基坑需要支護等難題，同時擋土墻高度的減少，擋墻所承受的荷載大幅下降，特別是承受的水平推力和傾覆力，方便擋土墻結構設計;2)PHC樁做擋土墻的基礎，承擔擋墻的重力以及部分水平推力，可避免擋墻底地基承載力和抗滑力不夠等難題，提高擋土墻在此類結構中的使用性。

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