攪拌樁格柵墻擋土結構 在板樁碼頭與岸坡連接段的應用

徐春雷

摘 要：板樁碼頭端部與岸坡連接段建筑物常規設計中，易忽略該段擋墻不直接承受船舶荷載的特殊性，結構型式基本與碼頭主體結構相近，造成工程投資的一定浪費。參照高層建筑深基坑支護技術，經分析、比較，等截面格柵型水泥土墻體結構布置型式應用于碼頭與岸坡連接部位，具有節省工程投資、加快施工進度等優點，可應用于類似工程。

關鍵詞：板樁碼頭;岸坡連接段;格柵型水泥土墻體;新型結構

中圖分類號：U656.1+1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0072-03

1 工程概況

平原河網地區的內河三級航道，一般航道水深約為3.2～3.5m，最低、最高通航水位之間差值約2.5m，考慮碼頭前沿富裕水深以及碼頭面超高后， 1000噸級碼頭直立式岸壁擋土建筑物高度基本在7～8m左右。碼頭平面布置型式方面，普遍采用前沿利用天然水深順岸布置型式，方便船舶靠離碼頭作業的同時，也可減少碼頭對水流和泥沙沖淤變化的影響。碼頭與堤防銜接部位，按規范要求，端部泊位的水域底邊線與碼頭前沿線以30o～35o順接[1]，基本布置方式如圖1。

為避免侵占通航水域，內河碼頭主體結構一般根據現場地形、地質、施工條件，以重力式或單錨板樁式型式為主。設計中通過多方案技術、經濟比較，選用較為適宜的結構型式。其中單錨板樁式結構具有結構簡單、材料用量較少、避免施工期間土方開挖回填量較小、臨水側無需填筑施工圍堰等優點，在中小型碼頭中應用較為廣泛。

由圖1可知，在碼頭端部，為便于船舶進出港區并與兩側堤防平順連接，一般均需設置必要的直立式過渡段。該段擋墻主要承受碼頭側土壓力、剩余水壓力以及碼頭地面超載，基本不直接承受船舶系纜力、撞擊力等荷載，擋墻的長度根據水域底邊線與碼頭前沿線夾角及堤防岸坡的穩定性確定。在一般性場地地質條件下，碼頭前沿高差7～8m時，為滿足整體滑動穩定性要求，堤防迎水坡坡比基本在1：3～1：4之間，碼頭端部泊位兩側常需分別設置30m長度左右的連接段擋土建筑物。常規工程設計中，從標準化施工角度出發，連接段擋土建筑物結構基本與碼頭主體結構相似，往往忽略了該段擋墻不直接承受船舶荷載的特殊性，造成工程投資的一定浪費。特別是對于吞吐量不大，碼頭泊位較少的中小型碼頭，如前沿僅設置2至3個泊位情況下，連接段長度約為碼頭前沿長度的20～30%。對該部位擋土結構根據其荷載的特殊性進行認真、細致的分析比選，可大量節省工程投資。

某工程為一大型商品砼企業專用砂石材料碼頭，位于航道北側，采用順岸布置型式，碼頭前沿線與航道中心線平行，泊位長度120m。根據航道最高、最低通航水位及河道防洪水位以及船舶吃水，確定碼頭前沿底高程為-3.9m，碼頭面高程4.0m。工程位置自上而下土層分別是淤泥質粉質粘土和粉質粘土。

2 碼頭設計

2.1碼頭前沿結構設計

工程所在地河道非汛期常水位1.5m，汛期常水位2.0～2.5m。考慮到碼頭前沿水深較大，航道運量較大，船只運輸頻繁等因素，經技術經濟比較，空箱式砼擋墻、扶壁式砼擋墻、漿砌式重力式等重力式結構存在圍堰施打較為困難、維護費用較高、基坑降水困難、綜合造價較高等缺點，設計中最終選用鉆孔灌注樁連排套打的單錨板樁式結構[2]。結構設計如下：碼頭面高程4.0m，灌注樁頂高程1.5m，灌注樁底高程為-15.0m，拉桿中心高程2.5m，拉桿直徑70mm，拉桿間距1.8m。墻后設置雙排套打水泥土攪拌樁（D=60cm），以防止灌注樁間隔之間漏土，影響碼頭正常運行。碼頭平面布置及結構剖面詳見圖2、圖3。

2.2常規銜接段碼頭結構設計

本工程受征地范圍限制，端部銜接段平面上采用圖4所示反向布置型式。按常規，臨近泊位側銜接段結構型式與碼頭主體同，可采用鉆孔灌注樁連排套打的單錨板樁結構。為避免該處的拉桿與碼頭前沿的拉錨結構在平面位置相互交叉，將拉桿高程降低，錨定系統采用錨定樁結構以減少錨定系統開挖量。銜接段后方臨近堤防部位擋土高度較小，擋墻采用重力式結構，底板寬度向堤防側逐漸減小，以節省工程投資。

2.3格柵型水泥土墻體新型銜接段結構設計

按圖4布置方式，單錨式板樁碼頭結構穩定性、安全性均能滿足規范要求，但該方案存在工程施工較為復雜，施工工序之間限制性因素較多等缺點。鑒于銜接段墻體主要起擋土作用，并不直接承受船舶荷載，設計中參照高層建筑深基坑支護技術，采用等截面格柵型水泥土墻體斷面型式代替常規單錨板樁結構，具體布置如圖5。

2.4格柵型水泥土墻體計算

格柵型水泥土墻[3]一般采用深層攪拌樁或旋噴樁構成 ，主要用于坑深不大于6m的軟土地層基坑支護工程中。這種支護結構具有隔水與支護的雙重作用，相對較為經濟。格柵型水泥土墻結構計算主要包括穩定計算以及墻體正截面應力計算等[4]。

水泥土墻穩定計算與重力式碼頭相似，可將墻體看作脫離體，驗算結構抗滑穩定及抗傾覆穩定性。同時還應進行深層圓弧滑動穩定性驗算;當墻底以下存在軟弱下臥土層時，穩定性驗算的滑動面中尚應包括由圓弧與軟弱土層層面組成的復合滑動面;嵌固深度應滿足坑底隆起穩定性要求，墻底面以下有軟弱下臥層時，墻底面土的抗隆起穩定性驗算的部位也應包括軟弱下臥層。

水泥土墻體正截面應力計算包括臨土側墻體邊緣拉應力計算、墻體壓應力、剪應力等，通過驗算正截面應力，可合理確定水泥土墻體厚度及水泥土抗壓強度，以上計算可按公式（1）～（3）進行。

當邊緣應力為拉應力時：

（1）

壓應力? ? ?（2）

剪應力? ? （3）

上式（1）～（3）中：Mi：水泥土墻驗算截面的彎矩設計值（KN.m/m）;B： 驗算截面處水泥土墻的寬度（m）;rcs：? 水泥土墻的重度（KN /m3）; fcs：水泥土開挖齡期時的軸心抗壓強度設計值（kPa）; rF：荷載綜合分項系數;Gi： 驗算截面上的墻體自重（KN/m）;U： 墻體材料的抗剪斷系數，取0.4～0.5

2.5格柵型水泥土墻體在工程中應用

本工程探索性將該結構型式應用于碼頭連接段部位設計中，基本達到了經濟合理、安全的擋土目的。經結構計算，如圖6所示，工程中格柵型水泥土墻墻體總厚度取6.4m。水泥攪拌樁墻體水泥摻量為15%，單樁樁徑D=60cm，前沿位置采用雙排套打，掿接寬度為15cm，前后排格柵樁體中心距約2m。經計算，整個格柵型水泥土墻體水泥土置換率為64%，滿足規范一般粘性土及砂土中置換率（即水泥土面積與水泥土擋土結構面積的比例）不宜小于0.6的要求。墻體抗滑位移穩定安全系數KS1=1.41，大于規范1.2的允許值。經采用簡單條分法進行圓弧滑動計算，樁底位于粉質粘土 32層，底高程-7.1m時，滿足墻體圓弧滑動穩定及嵌固深度不小于0.4倍墻體高度的要求。格柵型水泥土墻墻體臨水面胸墻以下，最低通航水位以上設置20cm厚鋼筋砼貼面對墻體形成一定保護并美化外觀效果。為防止船舶意外碰撞并增強連接段與前沿整體強度，在碼頭前沿結構連接處約5m范圍水泥土墻前設置灌注樁防護。

2.6格柵型水泥土墻體與灌注樁拉錨結構造價比較

按常規采用單排灌注樁拉錨結構型式與格柵式水泥土墻結構型式每延米工程量及造價估算見表1、表2。

單排灌注樁拉錨結構型式每延米工程造價2.45萬元，格柵型水泥土墻結構型式每延米工程造價1.61萬元，每延米工程投資可減少近35%。

3 結語

水泥土墻一般用于坑深6.0m以內的軟土基坑中，一般較少用于碼頭結構。碼頭主體一般選用重力式擋墻或拉錨結構，但對于連接部位，不承受船舶荷載作用，可以考慮根據荷載特點及地質條件，適當采用格柵型水泥土墻這種新型擋土結構，在保證工程運行安全的基礎上，節約工程投資、提高施工進度。

參考文獻：

[1] JTJ212-2006《河港碼頭總體設計規范》[S].

[2]《板樁式碼頭設計與施工規范》JTJ167-3-2009[S].

[3]黃思光. 變截面格柵型水泥土墻在深基坑工程中的應用[J]，巖土工程界，2003（12）.

[4] JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》[S].