帶既有護岸結(jié)構(gòu)老港改造項目PHC樁沉樁規(guī)律研究

2021-11-22 12:06:18馮光華劉志威

施工技術(shù)(中英文) 2021年19期

馮光華，劉志威

(中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510310)

0 引言

為保證港口作業(yè)安全，實現(xiàn)港口的可持續(xù)發(fā)展，對舊有碼頭進行升級改造是目前水運工程行業(yè)面臨的重要課題[1]。國內(nèi)外同行在老港升級改造方面進行了大量的工程實踐[2-5]。胡家順等[6]結(jié)合海港碼頭結(jié)構(gòu)升級改造的實際案例，將重力式和高樁碼頭的結(jié)構(gòu)劃分為碼頭前沿線不變和碼頭前沿線前移兩類。李華強等[7]為解決媽灣電廠專用卸煤碼頭升級改造中的穩(wěn)定和安全靠泊問題，提出了模袋混凝土護底結(jié)構(gòu)、基床局部高壓灌漿及大型漂浮式護舷等技術(shù)解決方案。在招商港務(wù)(深圳)有限公司10號泊位改造工程中，大直徑管樁的樁尖設(shè)置樁靴以打入標貫擊數(shù)在80擊的強風化巖層[8]。而帶既有護岸的老港改造項目PHC樁沉樁作業(yè)能否沉樁至設(shè)計標高、既有護岸穿透過程中是否會出現(xiàn)樁偏位的情況以及沉樁振動是否會導(dǎo)致護岸滑移，是老港改造樁基工程面臨的技術(shù)問題。

1 工程概況

項目位于非洲東海岸的坦桑尼亞達累斯薩拉姆港，共建設(shè)8個泊位及2個堆場，其中RORO泊位和4～7號泊位采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，RORO泊位總長320m,采用直徑0.8m PHC樁作為樁基礎(chǔ)[9]。1～3號泊位總長573m，是在保留原重力式碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，海側(cè)外擴高樁承臺式結(jié)構(gòu)。4～7號泊位碼頭總長696m,須將原碼頭面層結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施和樁基礎(chǔ)拆掉，在原址上及海側(cè)外拓新建高樁梁板式結(jié)構(gòu)碼頭，樁基礎(chǔ)采用PHC樁和灌注樁，項目平面布置如圖1所示。

圖1 項目施工平面布置

2 既有護岸結(jié)構(gòu)區(qū)域PHC樁沉樁分析

2.1 4號和5號泊位碼頭樁基概況

4號和5號泊位碼頭面尺寸分別為151m×41m和183m×40m，海側(cè)外擴部分采用PHC樁。上述2個泊位從海側(cè)到岸側(cè)，樁基分為7排，海側(cè)前3排D，E，F(xiàn)樁基均為PHC樁，后4排G，H，J，K樁基為灌注樁。PHC樁樁徑為1m，壁厚130mm。4號泊位E排為俯樁(斜率4∶1，扭角25°)，F(xiàn)排為仰樁(斜率4∶1，扭角0°)。4，5號泊位標準段樁基平面布置分別如圖2，3所示，樁基設(shè)計參數(shù)如表1所示。

圖2 4號泊位樁基平面布置

圖3 5號泊位樁基平面布置

表1 項目4號泊位和5號泊位PHC樁設(shè)計參數(shù)

4號和5號泊位碼頭改造前舊碼頭泥面標高為-10.060m，D，E排PHC樁位于既有護岸結(jié)構(gòu)坡腳區(qū)域。其中4號泊位F排俯樁斜向穿插經(jīng)過護岸塊石層，以4號泊位D排直樁最大樁尖標高為-34.000m。既有護岸結(jié)構(gòu)塊石如圖4所示。

圖4 既有護岸結(jié)構(gòu)塊石

2個泊位的剖面如圖5，6所示，4號泊位斜樁樁尖標高-33.000m,直樁樁尖標高-34.000m，持力層均為N=83～188擊的珊瑚礁礫砂巖。5號泊位直樁樁尖標高為-32.000m和-33.000m，持力層均為N=103～188擊的珊瑚礁礫砂巖。

圖5 項目4號泊位剖面

圖6 項目5號泊位剖面

2.2 沉樁施工對既有護岸結(jié)構(gòu)的影響

PHC樁沉樁采用永安YC系列液壓錘，錘芯重30t，沉樁施工時錘芯跳高為30cm，施工前復(fù)核樁身垂直度，根據(jù)實際需要通過微調(diào)壓倉水或樁架傾斜度進行定位精度微調(diào)。停錘標準采用設(shè)計樁尖標高和貫入度雙控。滿足以下3個條件之一，可以收錘。

1)最后3陣，每陣10 擊，平均貫入度≤5mm/擊，且達到設(shè)計樁尖標高，可以終錘；如果達到設(shè)計標高貫入度仍>5mm/擊，應(yīng)繼續(xù)沉樁至貫入度<5mm/擊。

2)未達到設(shè)計樁尖標高，平均貫入度≤3mm/擊(最后3陣，每陣10 擊)，且樁尖距設(shè)計值≤1.0m，可以終錘。

3)其他異常情況應(yīng)停錘，需檢查樁身質(zhì)量，綜合評估沉樁過程記錄、地質(zhì)情況及時反饋設(shè)計。

2.2.1既有護岸結(jié)構(gòu)坡腳疏浚對護岸的影響

在5號泊位取塊狀較大的巖樣進行打磨后測試抗壓強度，3個芯樣無側(cè)限抗壓強度值在15.5～18.9MPa。4號泊位采用抓斗船疏浚至設(shè)計標高后進行沉樁作業(yè)，清除了既有護岸的坡腳塊石。5號泊位不進行疏浚工作，直接進行沉樁作業(yè)。4號泊位和5號泊位進行沉樁作業(yè)前，均在碼頭縱向長度的中間位置布設(shè)測斜管，采用潛孔鉆鉆穿現(xiàn)有碼頭面在下方布設(shè)測斜管。測斜管埋深28.5m，深度方向測量間距為0.5m以監(jiān)測沉樁過程中舊護岸塊石層及下方地質(zhì)位移值。位移監(jiān)測采用RST數(shù)字測斜儀，監(jiān)測頻率為每3天監(jiān)測1次。4號泊位和5號泊位沉樁過程中護岸累計滑移量與深度的關(guān)系曲線如圖7,8所示。

圖7 項目4號泊位深層位移監(jiān)測結(jié)果

圖8 項目5號泊位深層位移監(jiān)測結(jié)果

由上圖可知，4號泊位最大水平位移為17.4cm，5號泊位最大水平位移為8.2cm，5號泊位最大水平位移僅為4號泊位值的47.1%。4號泊位未進行護岸坡腳塊石的疏浚，其舊護岸的滑動位移較大，其19d內(nèi)沉樁施工累計位移值相差超過2倍。先沉樁后疏浚利于降低PHC樁沉樁過程對既有護岸結(jié)構(gòu)的擾動。但上述2個泊位沉樁施工完畢后，PHC樁沒有明顯傾斜的現(xiàn)象，低潮位露出水面的護岸塊石層也無明顯變化，既有護岸在沉樁后保持穩(wěn)定。

2.2.2沉樁過程不同樁尖形式對護岸的影響

選取純鋼管樁靴、內(nèi)嵌十字樁尖和外突十字樁尖這3種不同的樁尖形式樁基各1根在4號泊位、5號泊位各施打3根試驗樁，均為直樁、連續(xù)排架號，內(nèi)嵌十字樁尖樁靴結(jié)構(gòu)如圖9所示，3根試驗樁均沉樁至設(shè)計標高，得到不同土層的貫入度值如圖10,11所示。

圖9 內(nèi)嵌十字樁尖的樁靴結(jié)構(gòu)

圖10 項目4號泊位不同樁靴試驗樁貫入度變化

圖11 項目5號泊位不同樁靴試驗樁貫入度變化

4號泊位因為清除了護岸坡腳塊石，樁尖首層土為N=7～12擊的松散黏土層含貝殼珊瑚碎片。而5號泊位樁尖首層土為舊護岸塊石，其初始貫入度較小。在同一個泊位相同情況下，純鋼管樁靴、內(nèi)嵌十字樁尖、外突十字樁尖樁基的沉樁貫入度依次增加，3種樁尖形式的樁基穿透能力依次增強。

2個泊位的各3根不同樁尖形式樁基沉樁后碼頭深層位移如圖12,13所示。4號泊位外凸十字樁尖、內(nèi)嵌十字樁尖、純鋼管樁靴3種樁靴形式樁基沉樁后碼頭深層位移最大值分別為：3.17，3.45，3.96mm。5號泊位外凸十字樁尖、內(nèi)嵌十字樁尖、純鋼管十字樁尖樁基沉樁后碼頭深層位移最大值分別為：1.29，1.56，1.77mm。2個泊位的外凸型十字樁尖的鋼樁靴樁基沉樁后碼頭的最大深層位移值最小，純鋼管的樁靴形式其深層位移值最大。