軟土地基上漁業碼頭結構方案比選

◎ 楊章鋒 吳光林 李芳成 嚴謹 廣東海洋大學海洋工程學院

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軟土地基上漁業碼頭結構方案比選

◎ 楊章鋒 吳光林 李芳成 嚴謹 廣東海洋大學海洋工程學院

在軟土地基上建設漁業碼頭要多方案比選，高樁結構和板樁結構是常用的結構型式，分析兩種結構的優缺點，給出了典型斷面圖，供類似項目參考。

軟土地基 漁業碼頭 鋼板樁

碼頭按照結構型式主要可以分為重力式碼頭、板樁碼頭、高樁碼頭。重力式碼頭耐久性好，對超載和工藝變化適應能力強，但由于自重大，一般適用于承載能力高的地基條件；板樁碼頭結構簡單、用料省、施工速度快、能減少挖填土方量，對復雜地質條件適應性強；高樁碼頭可適應于軟土層較厚的地區，對挖泥超深的適應性強，砂、石料用量少，但對荷載比較敏感，構件易損壞，耐久性不如重力式碼頭和板樁碼頭。對于一個具體的項目，要根據地質條件和使用要求，結合當地的材料價格及供應情況，并考慮施工條件和工期要求，多個方案比選，選擇最適合的結構方案。軟土地基上建設漁業碼頭，可以采用高樁碼頭和板樁碼頭，當然，淤泥不太深時，也可以通過地基處理后采用重力式碼頭，如山東石島中心漁港。與高樁碼頭相比，板樁碼頭具有工期短、挖泥少的優勢，在歐美國家被廣泛使用，尤其是盧森堡和德國，在鋼板樁的制造、使用方面居世界前列。隨著國外項目的不斷增加，板樁設計與施工經驗也越來越豐富，例如：天津中心漁港采用了預應力鋼筋混凝土板樁結構，在三亞和珠海的漁港采用了鋼板樁碼頭結構，這些都取得了較好的經濟和社會效益。本文以一個例子來做簡單分析。

1.設計條件

1.1設計船型

如表1。

1.2工藝荷載

（1）碼頭均布荷載：碼頭均布荷載按照1.5t/m2考慮；

（2）碼頭流動機械：16t輪胎吊并進行打支腿作業，3t叉車，20t汽車。

1.3設計波浪要素

如表2。

1.4工程地質條件

工程區覆蓋土層自上而下分別為：淤泥質土、粉質粘土、粘土、砂質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖等，其中淤泥層厚度約20～30m。

2.結構方案

表1　設計代表船型

表2　碼頭50年一遇設計波浪

考慮到工程地點地質情況，該區域持力層埋藏稍深，且擬建設碼頭噸級較小，如采用重力式結構方案開挖量較大，工程費用較高，故本工程碼頭結構不采用重力式結構方案。根據地質條件及使用要求分析，該區域覆蓋層較厚，使用荷載較小，對上部軟弱土層處理后采用樁基方案和板樁方案均是可行的。

樁基方案可采用預應力樁基礎和灌注樁基礎，灌注樁基礎方案工程造價較高，但可以進行陸上施工，施工進度較快，在工期要求較緊的情況下可以采用。板樁方案可采用鋼板樁方案和地連墻方案，由于地連墻剛度大，對墻身變形限制要求高，而工程所在地淤泥層厚度大，淤泥的物理力學指標很差，為限制墻身位移，需在板樁墻前進行剛性地基處理（如打攪拌樁或高壓旋噴樁），經測算，其造價相對于鋼板樁方案會較貴，故僅考慮鋼板樁方案與高樁方案比選。

2.1鋼板樁結構

碼頭泊位采用單錨板樁結構，碼頭面標高為5.5m。碼頭前墻采用AZ24-700型鋼板樁，材質為S430GP，板樁墻頂高程2.6m，為滿足踢腳穩定，板樁墻底高程分為-21.0m。板樁上部現澆C40鋼筋砼胸墻，導梁采用槽鋼制作，埋入胸墻內。錨碇結構采用現澆C40鋼筋混凝土連續式錨碇墻，墻厚600mm，高3.1m，下設0.8m厚碎石基礎，墻前回填10～100kg塊石，墻后回填中粗砂或開山土石。拉桿頂高程為2.1m，拉桿采用低合金高強結構鋼，直徑為Φ65mm，鋼材屈服強度不小于550Mpa，拉桿安裝后方可進行板樁墻前停泊水域開挖。為了減小墻后剩余水壓力，鋼板樁0.8m高程處每隔2.1m設Φ60排水孔，排水孔后設混合倒濾棱體，防止墻后填土從排水孔流失。鋼板樁采用涂層聯合犧牲陽極進行防腐。

2.2高樁結構

碼頭采用高樁梁板式結構，結構分段長度60-70m，排架間距為6.0m，每排架布置5根φ700mmPHC樁（B型），其中包括3根直樁和1對叉樁，叉樁斜率為4.5∶1，樁底標高為-26.5，基樁上部現澆樁帽，樁帽上部為裝配式梁板結構。橫梁采用倒T型鋼筋砼疊合梁，上橫梁為現澆，寬0.8m，高1.2m；下橫梁為預制，寬1.4m，高0.8m。縱梁及面板亦為疊合結構。縱梁寬0.4m，預制梁高0.9m，現澆梁高0.3m。碼頭預制面板厚0.2m，現澆層厚0.1m。

圖1　鋼板樁結構典型斷面圖

圖2　高樁結構典型斷面圖

表3　碼頭結構方案比選表

3.鋼板樁結構計算

3.1作用效應組合

（1）持久狀況。

組合一：自重力+填料產生的土壓力+剩余水壓力+波吸力+堆載土壓力。

組合二：自重力+填料產生的土壓力+剩余水壓力+系纜力+堆載土壓力。

組合三：自重力+填料產生的土壓力+波吸力+堆載土壓力。

組合四：自重力+填料產生的土壓力+系纜力+堆載土壓力。

其中組合一、組合二計算水位為設計低水位和極端低水位，組合三、組合四計算水位為設計高水位和極端高水位。

（2）短暫狀況。

采用陸上施工，錨碇系統安裝完畢后才進行港池開挖，所有荷載組合的短暫狀況不考慮。

3.2計算內容

（1）踢腳穩定計算；（2）錨碇結構的穩定性計算；（3）板樁強度、拉桿強度計算。計算可以采用《板樁碼頭設計與施工規范》中的豎向彈性地基梁法，如果有精確的土工試驗數據和豐富的軟件使用經驗，也可以用PLAXIS 有限元軟件模擬計算。

4.方案比選

經計算：鋼板樁結構方案每延米11.8萬元，高樁結構方案每延米12.5萬元。根據對地質條件、施工條件、工程造價等的綜合分析，鋼板樁和高樁結構方案在技術上均是可行的，兩種方案主要優缺點對比分析如下：

綜上分析，板樁結構方案具有施工速度快、施工船機簡單、造價低等諸多優點，故本工程推薦采用鋼板樁結構方案。

5.結語

漁業碼頭規范相對滯后，在結構設計中只能參考海港相關規范。在軟土地基上建碼頭，除了傳統的高樁碼頭，板樁碼頭也是很好的方案，在設計的過程中，要分析比較各種因素，選取最合理的方案。

［1］板樁碼頭設計與施工規范（JTS 167-3—2009）［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］漁港總體設計規范（SC/T 9010-2000）［S］.北京:中國標準出版社，2000.

［3］高樁碼頭設計與施工規范（JTS 167-1—2010）［S］.北京:人民交通出版社，2010.

廣東海洋大學創新強校工程科研項目（GDOU2016050258）】