泰興港區虹橋通用碼頭樁基力學參數設計計算

盧超健，胡建華（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢　430060）

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泰興港區虹橋通用碼頭樁基力學參數設計計算

盧超健，胡建華
（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢430060）

摘要：以泰興港區虹橋通用碼頭為研究對象，首先對其工程地質與水文地質條件進行了調查，通過巖土物理力學試驗，獲取了碼頭工程區巖土的物理性指標、壓縮指標以及直接快剪強度指標。以此為基礎，結合碼頭建筑物的特點及對地基的要求，對碼頭基礎型式及持力層的選擇進行了設計，對碼頭樁基的力學參數進行了計算，對樁基設計方案進行了說明，同時交代了施工中應注意的一些事項，研究結論能夠為碼頭的設計和施工提供依據。

關鍵詞：碼頭；樁基；持力層；力學參數

0　引言

樁基作為常用的基礎結構形式，由于能將上部結構荷載通過樁基傳遞給巖土體中的穩定持力層，而受到廣泛使用［1-3］。樁基的顯著特點是能適應各類復雜的地質和地形條件，正因為此，樁基在港口碼頭中也無可爭議的成為首選基礎形式［4］。然而，近些年來碼頭樁基質量問題越發突出，已經成為影響碼頭安全使用的最大安全隱患，引發質量問題的因素除了施工方面，其設計參數計算的準確性，也是不可忽視的一部分［5］。本文以泰興港區虹橋通用碼頭為研究對象，對其樁基的力學參數進行設計計算。為確保設計參數的準確性，首先對工程場地進行詳細勘察，對勘察成果進行細致分析，從而獲取了工程場地的詳細工程概況；其次，現場取樣對巖土的物理力學性質及指標開展多項試驗研究和分析，從而獲得工程場地巖土的準確工程性質；在此基礎上，根據碼頭建筑物的特點及對地基的要求，結合場地條件、綜合荷載組合、施工技術等因素，有針對性地選擇天然地基、樁基作為該工程的樁基設計選型；最后對樁基的力學參數開展設計計算，從而為碼頭的設計和施工提供參考借鑒。

1　工程概況

1.1工程概況

工程擬建70000DWT通用泊位1個，50000DWT件雜（含重大件）1個和10000DWT件雜貨泊位1個，占用長江岸線689m，長江碼頭水工結構按照100000DWT散貨船設計；擬利用七圩閘段岸線開挖形成內港池，新建6個1000DWT普通散貨泊位，占用岸線長476.5m。

1.2工程地質與水文地質條件

1.2.1地形地貌

項目地處泰興市虹橋鎮七圩閘附近，七圩汽渡上游約1km處。勘區地貌單元屬長江下游沖積成因的河床及河漫灘地貌，擬建碼頭位于長江北（東）岸，長江水流在此呈南偏東方向。勘區所處的長江水面較寬，擬建碼頭與長江對面現有碼頭的距離約2km。江邊天一重工廠區段采用漿砌塊石或拋石護岸，其余部分為袋裝吹填砂護岸或自然岸坡。

防洪堤勘區防洪堤內側陸域地形較平坦，區內主要為廠房、村莊、農田、水溝、漁塘。堤頂高程一般在6.9～7.2m之間。防洪堤迎水面坡角外陸域地勢平坦開闊，自然地貌形態單一，為河漫灘人工吹填抬高而成。地面高程一般4～6m，局部略有起伏，靠近七圩閘河、內港池泊位處局部堆有較高的吹填砂，坡頂高程達9～10m。地形地貌如圖1所示。

圖1　現場地形地貌

1.2.2地質構造

泰興市大地構造上位于揚子準地臺下揚子臺坳鹽城～南京臺拱褶帶，位于鎮江～溧水斷隆沿江凹陷內；地質構造上位于寧—通構造帶，屬于蘇北拗陷區和蘇南隆起區的交接地區，地表均覆蓋了第四季全新系統現代沉積。區域性斷裂為靖江～如皋斷裂，呈NE向，從常州市金壇縣經靖江生祠鎮進入泰興市南部，該斷裂是一條規模大、切割深、控制地層多的區域性大斷裂，是兩個三級構造單元的分界。在周邊的泰州市境內主要有泰州斷裂和姜堰斷裂兩條隱伏斷裂。

根據區域地質資料，勘區無活動斷裂構造通過，地質構造處于相對穩定狀態，適宜工程項目建設。

1.2.3地層條件

工程區巖土層主要為第四系全新統河流沖積形成的河床相及漫灘相地層，陸域表層分布有吹填砂或人工填土。依據鉆探資料及土工試驗成果、原位測試等數據資料分析，自上而下可分為以下單元土體：

1.2.4特殊巖土

工程區的特殊巖土主要為吹填砂及軟土。陸域表層廣泛分布有粉細砂，人工吹填而成，厚度、密實度不均，一般呈松散狀，工程性能較差［6］。上部分布有淤泥及淤泥質粉質黏土，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性低、抗剪強度低、靈敏度高、觸變性及流變性強的特征，工程性能極差［7］。區域有不規則夾鈣質膠結塊，類型為鈣質膠結粉砂～細砂巖、含粉砂的鈣質泥巖、粉砂質微～泥晶灰巖，其極限單軸抗壓強度在6.56～37.01MPa之間，點荷載強度在0.22～1.91MPa之間。具有分布不均，厚度不均的特點，強度高的特征。

1.2.5水文地質

該區域陸域地勢平坦，微地形略有起伏，地表水主要為河流水、溝塘水。由于臨近長江，與長江水有密切的水力聯系，其補給來源為大氣降水及長江水補給。

地下水主要含水層為第四系沖積沉積的粉細砂層、粉土層及中粗砂層，分布較連續，貫通性較好，厚度較大，地下水賦存量較大。地下水為上層滯水和承壓水。

2　巖土物理力學試驗

2.1試驗方案

為設計計算碼頭樁基的力學參數，需首先對其巖土的物理力學性質及指標進行研究，巖土物理力學性質通過室內土工試驗獲取。從現場取樣，經密封防震處理后運回土工試驗室。試驗操作過程嚴格遵照《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999［8］規定進行，確保試驗數據的真實可靠性，主要試驗項目包括［9］：物理性試驗——含水量、重度、比重、飽和度、孔隙比、塑限、塑性指數、液限、液性指數等；力學性試驗——直剪、固結快剪、無側限抗壓強度、固結試驗、滲透試驗等；水質分析試驗——判斷地下水對混凝土及鋼結構的腐蝕性；土質分析試驗——判斷土對混凝土、鋼筋及鋼結構的腐蝕性。

2.2試驗結果

經單元土體特性指標綜合統計，除粉質黏土混砂不均及不規則夾薄砂層造成固結系數、滲透系數統計結果離散性較大外，力學性質指標變異系數多小于0.3，統計結果表明各項試驗數據準確。各巖土層試驗測試指標統計結果如表1、表2所示。

表1　土層一般物理性指標及壓縮指標

表2　土層直接快剪強度指標

3　樁基設計與計算

3.1基礎型式設計

根據碼頭建筑物的特點及對地基的要求，結合場地條件、綜合荷載組合、施工技術等因素，工程建筑物基礎分別選用天然地基、樁基。

（1）長江碼頭區：根據巖土層分布特征及建筑物特點，碼頭平臺及引橋采用樁基礎方案，采用打入樁或鉆孔灌注樁，根據上部荷載要求選用粉細砂層或中粗砂層作為樁基樁端持力層。樁入土深度視荷載大小經計算后確定。

（2）內港池區：內港池碼頭根據各建筑物特點及荷載選用樁基礎方案。樁基選用打入樁、鉆孔灌注樁或板樁，根據上部荷載要求選用粉質黏土以下單元體作為樁基樁端持力層，樁入土深度視荷載大小經計算后確定。

（3）陸域堆場及土建區：根據各建筑物特點及荷載選用樁基礎方案或天然基礎方案。天然基礎：利用陸域上部①②土層經強度、變形驗算后視需要選取，必要時可先進行地基處理。樁基礎：根據構筑物基礎類型，上部荷載等因素選擇合適的樁基類型。以④及以下土層作為樁基樁端持力層，采用鉆孔灌注樁或打入樁，樁入土深度視荷載大小經計算后確定。

3.2樁基力學參數設計

樁基力學參數設計結果如表3、表4所示。

表3　碼頭區巖土設計參數

表4　陸域堆場區巖土設計參數

4　樁基設計方案說明

4.1鉆孔樁設計方案說明

工程場地內中上部地層的粉細砂、粉質黏土，淤泥質粉質黏土、粉土強度較差或一般，不影響鉆、沖孔灌注樁成孔，但在成樁過程中應保持鉆孔內水位不低于地下水位，同時根據地層情況調整泥漿配合比，保證在沖、鉆孔過程中不出現垮孔或者縮孔。

場地中部粉細砂層，在沖、鉆孔過程中需保持孔內水位不低于地下水位，同時保證泥漿的比重，防止孔壁滲水、失穩，同時保證泥漿能夠將粗顆粒隨泥漿帶出。在沖、鉆孔樁達到設計標高時，應仔細檢查樁底沉渣厚度，防止沉渣厚度過大影響樁基單樁承載力及加大樁基沉降。此外，在施工過程中應注意可能對江水造成的泥漿污染。

4.2打入樁設計方案說明

工程場地上部地層均為強度較低的黏性土層或松散-稍密的砂土層，對于打入樁的沉樁影響不大。下部為中密～密實砂層，沉樁較困難，另據勘察結果揭示，在粉細砂、粉質黏土、粉土、粉細砂、粉細砂土層中局部夾鈣質膠結塊（巖塊類型為含粉砂灰巖、鈣質泥巖、鈣質膠結粉細砂巖），厚2～10cm不等，沉樁會有一定難度，基礎施工時選擇合適的機械設備，選用有效的施打能量，同時防止樁頭被打裂。

此外，在局部厚度較大的軟土層中打入長樁，可能會產生因拉應力而造成的樁拉裂，在施工過程中應予注意。

4.3施工中的注意事項

工程場地的陸域表層分布有人工吹填而成的粉細砂，厚度及密實度不均，在Ⅵ度地區雖不用考慮其液化影響，但設計須對其不均勻沉降予以考慮。另外，對于淤泥及淤泥質粉質黏土，分布較廣泛，厚度較大，工程性能極差，在Ⅵ度地區雖不用考慮其震陷的風險，但應對其可能產生的負摩阻力及不均勻沉降予以關注。

若采用打入樁，需合理安排打樁順序和進度，并注意軟弱土層中的粉細砂夾層，應采取一定措施進行沉樁，以免造成樁身偏移或傾斜等現象；若采用鉆孔灌注樁，由于場區地層砂層較多，易沉淀，建議調配好泥漿濃度，并應盡量減少空孔時間，采取合理的護壁措施，做好沉渣處理，以保證樁尖達到設計層位。局部地段軟弱土層較厚，灌注樁施工時，應注意側壁土縮孔對護筒的擠壓變形影響。

5　結語

本文通過對泰興港區虹橋通用碼頭樁基力學參數展開設計與計算，得到了一些有益的結論，同時，在后續樁基施工過程中，應特別注意以下事項：在鉆孔樁成樁過程中，應保持鉆孔內水位不低于地下水位，同時根據地層情況調整泥漿配合比，保證在沖、鉆孔過程中不出現垮孔或者縮孔。在打入樁沉樁過程中，會遇到土層中局部夾鈣質膠結塊（巖塊類型為含粉砂灰巖、鈣質泥巖、鈣質膠結粉細砂巖），沉樁會有一定難度，基礎施工時選擇合適的機械設備，選用有效的施打能量，同時防止樁頭被打裂。此外，在局部厚度較大的軟土層中打入長樁，可能會產生因拉應力而造成的樁拉裂，在施工過程中應予注意。

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責任編輯：孫蘇，李紅

Design and Calculation of Mechanical Parameters for Pile Foundations of Hongqiao General Cargo Terminal in Taixing Port

Keywords:wharf；pile foundation；supporting layer；mechanical parameters

Abstract:Based on Hongqiao general cargo terminal in Taixing port，its engineering geological and hydrogeological conditions are investigated.Through the rock physical mechanics test，the geotechnical physical index，compression index and direct quick shear strength index are obtained.On the basis，combined with the characteristics of the wharf structure and the requirements of the foundation，the pier foundation type and the bearing layer are designed.In addition，the mechanical parameters of the project are calculated，with some note-worthy factors in the construction presented.The study can provide the basis for design and construction of similar projects.

中圖分類號：TU411

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）04-0039-04

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.04.039

收稿日期：2015-12-26

作者簡介：盧超健（1975-），男，湖北武漢人，本科，工程師，主要從事工程地質方面工作。