預(yù)制場出梁碼頭擋墻設(shè)計(jì)選型與施工

秦小鋒 魯學(xué)成 江大騏

(中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢 430000)

1 出梁碼頭的技術(shù)要求

麻涌預(yù)制廠主要承擔(dān)廣深沿江高速公路4標(biāo)30 m箱梁的預(yù)制任務(wù)，梁重138 t，考慮采用2臺(tái)120 t龍門吊抬吊至出梁碼頭后放到運(yùn)梁船上。為了能夠保證預(yù)制箱梁通過出梁碼頭利用運(yùn)梁船運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，出梁碼頭必須滿足以下技術(shù)要求:1)出梁碼頭長至少50 m;2)出梁碼頭寬至少17.5 m;3)最低水位時(shí)，水深至少2 m?，F(xiàn)有碼頭長24 m，寬28 m，由于不能占用航道，不能在水上施工棧橋，所以需要在現(xiàn)有出梁碼頭基礎(chǔ)上向岸上開挖，重新設(shè)計(jì)施工擋墻，如圖1所示。

圖1 出梁碼頭平面布置圖

2 出梁碼頭擋墻的選型

2.1 出梁碼頭設(shè)計(jì)的初始條件

1)地面標(biāo)高+5.7 m，低潮位標(biāo)高+2.4 m，低潮位水深2 m，即河床底標(biāo)高+0.4 m，碼頭開挖深度5.3 m。

2)地質(zhì)條件。根據(jù)巖土勘察報(bào)告，地質(zhì)資料如表1所示。

表1 出梁碼頭處土體參數(shù)

由于地質(zhì)資料中沒有給出回填土的c，φ值，根據(jù)現(xiàn)場開挖情況，回填土可以垂直開挖1.2 m，所以這里在1.2 m范圍內(nèi)的回填土不考慮土壓力作用，在1.2 m以下的回填土的c，φ值按淤泥土取。

2.2 出梁碼頭設(shè)計(jì)方案

出梁碼頭設(shè)計(jì)主要有兩種思路:1)采用水泥土擋墻或者雙排樁直接在原位形成支護(hù)，不需要先開挖再施工支護(hù)結(jié)構(gòu);2)利用擋土墻支護(hù)，由于擋土墻基礎(chǔ)落在淤泥層上，基地承載力和擋土墻抗滑移不能滿足要求，需要對(duì)基地進(jìn)行處理。

2.2.1 方案一:雙排樁

原理是在原位打樁，基坑深度大、地質(zhì)差，考慮采用雙排樁，樁頂用鋼筋混凝土鎖口梁連接，可將前后排樁與樁頂連梁看做一個(gè)底端固定的剛架結(jié)構(gòu)，樁頂與連梁連接點(diǎn)視為直角剛結(jié)點(diǎn)。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，雙排樁剛架的固定端取為開挖面以下(1/3～1/5)H，本工程場地土質(zhì)差，取1/3H。

根據(jù)《深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工手冊》得:

前排樁:

后排樁:

其中，Paf，Ppf，Pab，Ppb分別為前后排樁所承受主動(dòng)、被動(dòng)土壓力;L為樁的間距;α為土壓力分配系數(shù)分別為兩排樁的排距、挖深。

根據(jù)以上假設(shè)利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器建模計(jì)算，每延米受力如表2所示。

表2 雙排樁受力計(jì)算

為滿足上述受力要求，需采用φ500 C型的PHC樁或者鉆孔灌注樁，成本高。

2.2.2 方案二:水泥土擋墻

原理是利用水泥攪拌法在原位形成一道墻體，墻體的自重平衡土體的傾覆力，以達(dá)到支護(hù)的目的。出梁碼頭不能采用內(nèi)支撐，完全由自重來平衡土體的傾覆力。經(jīng)計(jì)算墻厚4 m，墻高12 m，支護(hù)長度26+26+17.5=69.5 m。選擇φ500水泥攪拌樁，樁與樁間距0.4 m，搭接0.1 m，樁呈正三角布置，如圖2所示。

經(jīng)計(jì)算，水泥土擋墻共計(jì)1 903根，單根長12 m，32元/m，總造價(jià)73萬元，成本太高。

2.2.3 方案三:擋土墻+木樁

原理是在原位開挖施工重力式擋墻，利用墻體的自重抵抗土體的傾覆力，同時(shí)墻后填土采用較好的砂性土，降低土體的側(cè)壓力。由于擋土墻底為淤泥層，地基承載力和抗滑移能力都不足，基地采用木樁處理，如圖3，圖4所示。平均每根樁需要提供的力:水平力H=5.975 kN，豎向力N= －17/40.5 kN。經(jīng)計(jì)算只需要進(jìn)入中砂層7.1 m 即樁長L=2.6+8.7+7.1 － 6.3+0.5=12.6 m。本方案成本較低，但是由于木樁施打的深度一般為5 m～6 m，本方案需要12.6 m的木樁施工很困難，另外擋墻的底標(biāo)高在低潮位下3 m，為水下施工，同時(shí)開挖深度達(dá)到6.3 m，所以施工的工程量大，難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。

圖2 水泥土擋墻平面布置圖

圖3 擋墻結(jié)構(gòu)圖

圖4 木樁平面布置圖

2.2.4 方案四:擋土墻+PHC樁

原理同方案三，墻底基礎(chǔ)采用PHC樁處理。為避免水下施工，提高擋土墻墻底標(biāo)高，使其位于最低水位上，基坑的開挖深度3.2 m，開挖的工程量和難易程度遠(yuǎn)小于方案三，如圖5所示。

圖5 擋土墻+PHC樁結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)計(jì)算每延米需要由PHC樁承擔(dān)的荷載為:水平力H=51.13 kN，豎向力N=105.43 kN，彎矩M=56.76 kN·m。

在擋墻底布置兩排PHC樁，排距1.2 m，間距1.2 m，呈梅花形布置。根據(jù)工程具體實(shí)踐，PHC樁樁頭處與擋墻底的連接抗彎能力較弱，所以樁頭與擋墻連接處偏安全的認(rèn)為是鉸接;考慮前后兩排樁受力平均分配，單根樁樁頂荷載為豎向力，水平力Qi=H0× 0.6=30.68 kN，彎矩Mi=0 kN·m。根據(jù)《基礎(chǔ)工程》(凌治平，易經(jīng)武)來計(jì)算單樁樁頂?shù)暮奢d。得到在距離河床底h=2.09 m時(shí)彎矩最大Mmax=105.8 kN·m。選用φ400 C型PHC樁。

2.3 出梁碼頭設(shè)計(jì)方案比選

各方案比較見表3。

表3 各方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過方案比選，方案四擋土墻+PHC樁組合，有意識(shí)的提高擋墻底標(biāo)高，避免擋墻施工時(shí)水下作業(yè)，施工難度低，減少施工成本，方案可行。

3 出梁碼頭擋墻的施工

3.1 主要施工工序

測量放線→施打PHC樁→土體開挖→澆筑墊層、樁頭處理→擋墻施工→墻后土體回填。

3.2 主要施工工藝

1)測量放線，確定施工區(qū)域平面位置。2)用柴油錘樁機(jī)施沉擋土墻下預(yù)應(yīng)力管樁(雙排)，送樁3.1 m。3)擋土墻位處土體開挖，擋墻施工。首先施工距離河邊4 m以外的區(qū)域，距離河邊4 m部分待其余部分擋墻施工完成后再開挖施工。4)擋墻施工結(jié)束后，墻后土體回填。選擇較好的砂性土回填，并且壓實(shí)，表面硬化，防止雨水滲入。

4 結(jié)語

在淤泥層厚度深，覆蓋層淺，地下水位高的地區(qū)修建小型碼頭、船塢等結(jié)構(gòu)時(shí)，PHC樁+擋土墻組合不僅施工難度小，成本低，同時(shí)可以很好的解決以下問題:

1)提高擋土墻的底標(biāo)高，使之位于水面以上，既避免了擋土墻水下施工，需要大開挖，基坑需要支護(hù)等難題，同時(shí)擋土墻高度的減少，擋墻所承受的荷載大幅下降，特別是承受的水平推力和傾覆力，方便擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);2)PHC樁做擋土墻的基礎(chǔ)，承擔(dān)擋墻的重力以及部分水平推力，可避免擋墻底地基承載力和抗滑力不夠等難題，提高擋土墻在此類結(jié)構(gòu)中的使用性。

[1]JTG/F 50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社，1997:102-128.

[3]管楓年，薛廣瑞，王殿印.水工擋土墻的設(shè)計(jì)[M].北京:中國水利水電出版社，1995:58-105.