濱海相沉積海域水工建筑物基礎類型選擇

廖振華

摘 要：在港口工程當中，樁基可采用多種形式，其設計方案以及施工技術都有較高的難度，并且在整個工程建設當中占據較大的工程總價比例。本文結合具體工程實例，闡述在濱海相沉積平原地貌環境下碼頭工程PHC樁基的設計與應用，供類似工程施工參考。

關鍵詞：港口工程；濱海相；PHC樁；嵌巖

中圖分類號：TV52 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0046-03

濱海相沉積平原地貌廣泛地分布在沿海區域，因此在港口工程設計當中也十分常見。濱海相沉積區域土層一般上部有一定厚度的軟弱粘性土和松散砂土層覆蓋層，含水量高、壓縮性高，工程地質性質較差且不宜作為碼頭結構基礎的持力層，下部為性質較好的具有不同風化程度的風化巖，但巖面起伏較大。在此類地質條件下進行樁基設計時，如重視不夠或處理不當，極易產生質量隱患和缺陷，增加施工成本，或造成不必要的經濟損失。本文結合境外某工程實例，闡述在濱海相沉積平原地貌環境下碼頭工程樁基的設計與應用，對于保證工程質量，提高工程建設效益具有一定意義。

1 工程概況

某電廠配套碼頭位于西太平洋島弧帶中部沿海，工程海域為濱海相沉積平原地貌，海岸多為砂質海灘，西南近岸側局部有零星礁石出露，水下地形整體呈現由海側向岸側逐漸升高走勢，碼頭設計規模為8，000t海運駁船泊位，碼頭長120m，寬18m，碼頭通過引橋與陸域連接，引橋長1，600m，寬7.6m，碼頭、引橋水域泥面標高一般為0.0～-6.0m。碼頭平面布置見圖1。

2 設計條件

2.1 水文

2.1.1 設計水位

設計高水位1.38m（海圖基面，下同），設計低水位-0.02m，極端高水位2.08m，極端低水位-0.32m。

2.1.2 設計波浪

工程區海岸向西開敞，西北季風期風浪可以充分成長。工程區控制浪向WNW-NNW向50年一遇設計波要素見表1。

2.1.3 海流

工程海域屬于規則全日潮流，由于受當地地形影響和潮波傳播變形，潮流淺水影響非常顯著，工程區海域設計流速為1.5m/s。

2.2 工程地質

根據該區域勘探報告，粉質黏土及其以上土層一般為軟弱黏性土層或松散砂土層，且分布廣泛，工程地質性質較差，均不宜作為持力層；殘積砂質黏性土層可塑偏硬或硬塑，工程地質性質較好，在一般埋深較淺或厚度較薄的區域，不宜作為樁基持力層，在埋深與厚度適中的區域，可作為樁基持力層；全風化花崗巖，強風化花崗巖，工程地質性質較好，主要在碼頭附近區域及引橋局部區域較為發育，厚度較大且埋深適中，可選用作為打入樁基持力層，但該二層在引橋部分區域，厚度較薄且埋深較淺，不適宜選做樁基持力層，在此類區段可選用中風化花崗巖作為樁基持力層，樁型可選用嵌巖樁（見表2）。

2.3 地震設防烈度

場地設計基本地震加速度值按0.1g考慮，對應的抗震設防烈度按7度考慮。本場地土的類型為中軟場地土，場地類別為Ⅲ類。

2.4 設計荷載

2.4.1 均布荷載

碼頭面均布荷載20kN/m2，引橋面均布荷載10kN/m2。

2.4.2 工藝荷載

（1）2臺固定式卸船機：每臺固定式缷船機垂直力3，000kN，最大傾覆力矩20，000kNm，最大水平力800kN。

（2）25t平板車：軸距5.20m+1.25m，軸數3，軸壓100kN+2×120kN，每軸8個輪子，輪胎接地面積0.5m×0.2m。

（3）40t汽車式起重機：自重35.7t，使用吊重16.0t。

3 碼頭結構型式

碼頭平臺結構采用高樁梁板結構型式，長120m，寬18m，碼頭面頂標高5.60m，碼頭前沿設計泥面-5.70m，一般排架間距為8m，樁基采用直徑1000mmPHC樁，每榀排架設置4根樁，為承受船舶系纜力、撞擊力、擠靠力以及波浪水流產生的水平力，其中間布置1對斜樁。上部結構為現澆橫梁，疊合式縱梁和面板。

連接碼頭與陸域的引橋長1600m，寬7.6m，采用樁基排架結構，排架間距16m，樁基采用直徑1000mmPHC樁，每榀排架設置2根斜樁。上部結構為現澆橫梁，疊合式預應力空心板，為增加引橋橫向剛度，預制空心板通過現澆層與橫梁連成整體，并每隔一段距離設置一個簡支跨。

4 樁基設計

4.1 樁型選取

在港口工程當中，應用較為廣泛的打入樁有鋼管樁和預應力混凝土管樁。鋼管樁強度高、抗彎能力大；可承受較大的水平力，彈性好，能吸收較大的變形能；穿過硬土層能力強，且制作方便、施打容易。但鋼管樁鋼材用量大、造價較高，且易腐蝕，耐久性差，后期維護費用較高。因此，鋼管樁一般用于受風浪、水流及船舶作用力較大的深水碼頭。

預應力混凝土管樁根據制造工藝的不同，分為后張法和先張法2種。后張法預應力混凝土管樁采用后張法施加預應力，需在專門的預制廠離心機上分節預制，管節預制的分節長度一般為1～4m。分節運至施工現場后，拼接成需要的樁長，并一次性施加后張預應力。

先張法預應力混凝土管樁也稱PHC管樁，其制作采用高速離心、兩次養護的工藝，主筋一般采用預應力鋼筋，樁身混凝土強度不低于C80。PHC管樁由于具有單樁承載力高、設計選用范圍廣、吊裝運輸方便、樁身耐打且穿透力強、施工方便、綜合選價低等優點，在港口工程當中得到廣泛的使用。

根據工程區域場地土層的特性，在水深合適打樁的區域，碼頭和引橋的樁基均采用PHC樁，樁徑為1m，樁尖3m為鋼樁靴，樁尖進入強風化巖層。工程建設水域巖面起伏較大，部分區域中風化巖頂板較高（11.2m～13m），覆蓋層厚度較薄且工程性質較差，因此該區域的樁基由于承載力不滿足要求，需要進行PHC樁灌注嵌巖施工。樁基計算結果見表3。

4.2 沉樁標準

持力層為殘積砂質黏性土的摩擦樁沉樁標準為：以標高控制為主，貫入度小于5mm作為校核；當樁尖未達到設計標高，且超高小于1m時，以最后200mm，平均貫入度小于2mm為停錘標準。持力層為基巖的端承樁沉樁標準為：沉樁以貫入度控制為主，超高小于1m作為校核，以最后200mm，平均貫入度小于2mm為停錘標準。由于該工程附近無類似港口工程，沉樁能否達到設計樁尖標高，停錘標準是否合適，均無可供參考的資料。因此在樁基施工前，需要進行試打樁試驗。另外為驗證沉樁效果，確定樁基的軸向承載力和樁身完整性，需要對樁基進行動力測試。

4.3 PHC樁嵌巖

工程建設水域巖面起伏較大，部分區域中風化巖頂板較高（11.2m～13m），覆蓋層厚度較薄且工程性質較差，該區域的樁基由于承載力不滿足要求，需要進行PHC樁灌注嵌巖施工。

PHC樁嵌巖要求進入中風化巖不小于3m，施工采用鉆機成孔，并對所有樁進行超聲波完整性檢測。在嵌巖施工中，以渣樣對比方法判斷強風化巖層和中風化巖層的分界：對單程沖擊鉆機泥漿反循環排渣的渣樣含中等風化層70%以上，視作已進入中等風化層，在此基礎上繼續鉆進50cm作為中等風化巖起始面標高；對泵吸和氣舉反循環排渣的，其渣樣中中等風化層含量必須在100%，在此基礎上繼續鉆進50cm作為中等風化巖起始面標高。PHC樁嵌巖結構圖見圖2。

5 結束語

濱海相沉積平原地貌在港口工程設計當中也十分常見，該種區域土層一般上部有一定厚度的軟弱粘性土和松散砂土層覆蓋層，含水量高、壓縮性高，工程地質性質較差且不宜作為碼頭結構基礎的持力層，下部為性質較好的具有不同風化程度的風化巖，但巖面起伏較大。對于在該種類型場地上建設碼頭工程，基礎類型的選擇直接影響到施工的難易程度與工程的總造價。綜合場地土層的特性與工程造價等因素，水工建筑物的基礎可選用力學性能良好和價格較低的PHC樁。當中風化巖頂板較高，覆蓋層厚度較薄且工程性質較差，樁基承載力不滿足要求時，可考慮進行PHC樁灌注嵌巖施工。

參考文獻：

[1]郭天祥，王欣.預應力管樁基礎在濱海腐蝕性場地的應用[J].建筑結構，2009，39（02）：73-74.

[2]丁昕.預應力管樁基礎在濱海相場地中的設計[J].建筑結構，2012，42（S1）：839-843.

[3]李華強.PHC管樁嵌巖施工中常見問題及措施[J].中國水運（下半月），2010，10（04）：202-203.

[4]付愛珍，郭春玲.PHC嵌巖樁在某電廠重件碼頭工程中的應用[J].港工技術，2010，12（6）：30-34.

[5]趙敬考，頓軍華，趙冬生，王宏志.海上傾斜PHC管樁內鉆孔嵌巖工程實踐[J].勘察科學技術，2015（03）：31-33.

[6]JTJ 285-2000.港口工程嵌巖樁設計與施工規程[S].2000.

[7] JTS 167-8-2013.水運工程先張法預應力高強混凝土管樁設計與施工規程[S].2013.