拋石基床與PHC管樁在內河碼頭中的應用研究

◎ 劉洪君 王麗麗 馬衛平 中正信造價咨詢有限公司

小清河是山東省內河航道布局規劃“一縱三橫”高等級航道網中的重要“一橫”，是我國不可多得的具備海河聯運條件的水運資源，也是山東省現階段唯一一條具備開發條件的綠色水運通道。小清河復航工程，是山東省構建“通江達海”內河水運網的重要工程。涵蓋濟南、濱州、淄博、東營、濰坊五市，文章介紹的港口為復航工程的起始點港口，小清河主城港。

1.基本情況

小清河主城港作為小清河復航工程的起始港口，位于山東省濟南市高新區，建設規模為1000噸級通用及多用途泊位8個，其中集裝箱通過能力為40.3萬TEU/年。碼頭泊位長度650.00m，碼頭平臺寬度40.00m。護岸總長441.00m，碼頭前沿頂高程21.00m，碼頭前沿停泊水域設計標高9.85m，碼頭結構設計底高程9.60m。

水工建筑物的結構安全等級為II級，結構重要性系數取1.0，設計使用年限50年。

碼頭基礎位于沖積形成的粉質黏土、粉土、粉砂地層中，需要對地基進行加固處理。經過討論研究提出兩種加固方案，采用大開挖后拋填10～100kg塊石夯實基床（如圖1：拋石加固方案大樣圖）或采用Φ400PHC預應力混凝土管樁（如圖2：PHC管樁加固方案大樣圖）進行加固。

圖1 拋石加固方案大樣圖

圖2 PHC管樁加固方案大樣圖

2.拋石基床加固方案

采用拋基床方案進行加固地基，碼頭結構形式為素混凝土擋墻+卸荷板+直立式胸墻方式，碼頭后方采用10～100kg塊石進行回填。

2.1 施工方案

若采用拋石基床加固方案，施工順序為施工準備→測量定位→基床開挖→安裝控制標桿→塊石拋填壓實→基床整平驗收→胸墻、卸荷板澆筑→后方回填反濾料及拋石棱體。施工周邊道路通暢，各種機械設備進場施工不受影響，能夠滿足施工要求。

本工程基坑開挖按照設計邊坡系數，采用無支護放坡開挖，開挖完成后進行基礎拋石加固處理。

首先進行施工準備，認真研究地勘資料，根據地勘資料編寫放坡開挖施工組織設計。對擬定進場的設備、人員等做好詳細計劃。然后進行測量定位，根據設計平面圖紙，對開挖上口邊線進行放樣測設。分層進行基床開挖，開挖過程嚴格控制邊坡的放坡系數，杜絕出現邊坡滑塌等安全事故的發生。

安裝高程控制標桿，開挖高程控制采用控制標桿進行控制，在開挖后的內邊線內，測設高程控制標桿[1]。間距一般為6m＊6m梅花狀布置。待開挖至設計標高后進行基槽驗收，達到驗收合格標準后進入下一道工序施工。

塊石拋填夯實，根據實際情況本項目可采用挖掘機倒運拋填工藝進行施工，拋填過程中采用人工進行標高控制。夯實采用打夯機進行夯實，厚度超過2m的位置進行分層夯實回填[2]。夯擊次數及夯擊能采用試驗進行確定，最終沉降量達到設計驗收標準即可。

整平驗收，基床高度達到設計標高且完成碾壓整平后，進行復測驗收。測量工具采用GPS進行定位，使用水準儀進行標高測量[3]。按照要求分斷面進行檢查點測量，并繪制斷面圖。然后鋪設導軌，澆筑混凝土墊層[4]。

基床驗收合格，墊層混凝土達到設計強度后，可進行胸墻、卸荷板分段澆筑，澆筑完成進行后方反濾料及拋石棱體施工。

碼頭后方全部采用10～100kg塊石棱體進行回填。拋石棱體填筑采用分層強夯方法進行施工。填方施工過程遵循“4區段；8流程”，即填筑區、平整區、夯實區、檢測區；測量放樣→基地驗收→分層填筑→攤鋪整平→強夯點夯施工→碾壓整平→整修檢驗驗收。

拋石棱體強夯施工首先進行一遍點夯，并測定場地高程，利用起吊設備將夯錘提升并達到指定高度，隨后自由落錘[5]。夯坑深度較大時，允許向其中填入適量填料進行整平后，再次進行點夯作業。單點夯擊次數根據試驗確定，一般為10～12擊。每一層點夯施工后，應采用推土機或鏟車隨即整平，再利用50t輪胎壓路機進行振動碾壓，提升密實度。最后一遍采用滿夯作業，精準設置滿夯基準線，單次夯擊次數一般為3～5擊，結束施工后進行場地平整，回填上一層，直至達到設計標高為止[6]。

2.2 造價分析

根據設計初步方案分別計算各構件工程量，分別包括拋石基床、后方拋石棱體、二片石墊層、碎石倒濾層、水泥碎石墊層及水工建筑物主體工程量，按照市場詢價情況確定測算單價。經過測算分析，采用拋石基床方案650m碼頭泊位造價為7031.53萬元，造價指標為10.817萬元/m，詳見表1。

表1 拋石基床方案造價測算表

3.PHC管樁加固方案

設計管樁參數為高強度混凝土PHC-400 AB95-12型，樁身混凝土強度C80，樁長15m，間距1500mm布置。采用該方案進行加固地基的處理方式，碼頭結構形式有所變化，由直立式胸墻調整為重力擋墻式，后方填料增加部分8%水泥改良土回填。

3.1 施工方案

施工考慮采用靜壓的方法進行沉樁施工。施工順序為施工準備→測量定位→基床開挖→壓樁機就位→喂樁、插樁→靜力壓樁→接樁、送樁→灌注灌芯混凝土→下一點位循環→回填找平料→后方回填反濾料及拋石棱體。本施工方案同樣不受周邊道路等因素影響，具備施工條件。

施工準備同樣為詳細查閱地勘資料，測量放線后進行基床開挖，并準確控制開挖標高。基床開挖過程中，壓樁機進場前，應進行管樁備料。

管樁的場內堆放場地應平整、堅實，并有良好的排水措施。集中堆放時應按照樁長、型號等分類進行堆放。吊裝過程避免出現較大震動，避免出現樁身混凝土受損等[7]。

壓樁機就位后，靜力壓樁設備進場后，即可就位安裝，檢查壓樁機及起重設備的工況，根據壓重配置情況，將壓樁機調整至水平狀態。根據設計平面布置位置進行中心點位測設并做好標記[8]。

喂樁及插樁，首先依據設計樁長對進場的每一節成品樁進行分類編號，并焊接樁尖。按照順序編號將樁身分別插入相應的樁孔內，必須保證樁身的垂直，必要時可拔出后復插。

靜力壓樁，一般初壓時下沉量較大，應控制壓樁機壓力，進行輕壓。伴隨樁身進入土體深度越深，沉樁速度因受阻力影響變慢，壓力可逐漸緩慢增加。隨時觀察壓樁機壓力及樁體入土深度，并做好記錄。也可分段多次下壓，單次樁身入土深度一般控制在1.5m～2.0m。壓樁過程中發現偏差及時糾正，并做好詳細記錄[9]。

接樁、送樁，當前一節樁壓至距離地面0.8m～1.0m時，應進行接樁施工。接樁采用滿焊工藝進行焊接，確保焊縫無漏焊、無砂眼、焊縫均勻飽滿，焊接完成確保自然冷卻后，可持續進行壓樁施工[10]。達到設計入土深度后，單樁壓入完成，進入下一個點位進行循環施工。

壓入完成的樁，進行灌芯混凝土施工，插入灌芯混凝土擋板及鋼筋籠，灌筑C40混凝土。灌芯范圍為樁頂向下1500mm，擋板采用4mm厚Q235圓形鋼板，鋼筋為4φ20HRB400鋼筋，箍筋采用φ6@200HPB300鋼筋。鋼筋與圓形薄鋼板采用T型焊接形式進行連接，混凝土澆筑過程不得隨意加水，振動過程嚴格遵循快插慢拔的原則，不漏振不過振，保證混凝土澆筑質量。

全部管樁施工完成后，墊層找平回填料施工。達到驗收標準后施工上方碼頭墻混凝土墻身。然后分層回填后方二片石拋石棱體、反濾料、水泥改良土等[9]。拋石棱體回填施工與拋石基床方案中相同。

水泥改良土回填采用現場拌、回填、碾壓的方式進行。水泥采用普通硅酸鹽水泥，素土采用港池開挖土方即可。水泥回填料中不得還有草根、垃圾等雜物，水泥摻量按照設計控制在8%。回填分層碾壓厚度不超過300mm，使用20t輪胎壓路機進行振動壓實后再使用光輪壓路機進行碾壓2遍，壓路機輪跡應重疊1/3～1/2.4，保證壓實度滿足設計要求。壓實度檢測采用環刀法進行取樣檢測，每100m2取樣點不少于1個，全部合格后進行上一層水泥土回填，直至達到設計標高。

3.2 造價分析

與拋石基床方案相同，同樣根據設計方案計算管樁及其他各構件工程量，通過詢價確定測算單價。經過測算分析，采用PHC管樁加固方案650m碼頭泊位造價為8575.44萬元，造價指標為13.193萬元/m，詳見表2。

表2 PHC管樁加固方案造價測算表

4.總結

碼頭基礎位于粉質黏土、粉土、粉砂等較軟弱地時，有多種方案進行加固。文章就拋石基床與PHC管樁方案進行研究分析，兩種方案從施工技術方案均可行，且在行業內技術均比較成熟。拋石基床具有承載力高、地基變形小、施工簡單、容易控制質量、巖石地區可就地取材的特點。PHC預應力管樁雖然同樣具有承載力高、變形量小的特點，但需要在工廠內生產后運輸至工地現場后進行打樁，施工設備機械操作難度較大、施工技術較復雜。另外從造價投資角度分析，在碼頭前沿長度一致的情況下，拋石基床方案較PHC管樁可節約投資近1543.91萬元。經過比選分析，本項目最終選用拋石基床方案進行設計施工，避免了投資浪費的情況出現。