淺談復(fù)合式碼頭結(jié)構(gòu)—板樁碼頭與重力式碼頭相結(jié)合的碼頭結(jié)構(gòu)

■朱俊裕，王小渭

■1．中交上海港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200000;2．上海港灣工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200000

碼頭按照結(jié)構(gòu)型式可分為重力式碼頭、板樁碼頭、高樁碼頭及復(fù)合式碼頭等。實(shí)際應(yīng)用中，我們會(huì)根據(jù)各地區(qū)的地質(zhì)情況、水文、材料供應(yīng)、施工條件及碼頭使用要求選用不同的碼頭結(jié)構(gòu)形式，一般情況下選用高樁、板樁及重力式的結(jié)構(gòu)較多，復(fù)合結(jié)構(gòu)的較少。本文就以南通港如皋港區(qū)長(zhǎng)青沙港池工程為例，介紹板樁碼頭與重力式碼頭相結(jié)合的復(fù)合式碼頭結(jié)構(gòu)形式在工程實(shí)例中的應(yīng)用。

1 工程概況

南通港如皋港區(qū)長(zhǎng)青沙港池工程建設(shè)規(guī)模為挖入式港池一座，港池長(zhǎng)722m，寬160m，兩側(cè)布置碼頭泊位，碼頭面標(biāo)高為5.2m，泥面標(biāo)高－5.3m，設(shè)計(jì)船型為5000DWT長(zhǎng)江駁船。工程水工建筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

1．1 工程建設(shè)所面臨問(wèn)題的分析

根據(jù)工程所在區(qū)域地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求，該工程在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中需注意以下幾個(gè)方面：

(1)場(chǎng)地淺層土的工程性質(zhì)比較差，必須進(jìn)行原位處理或換填;(2)場(chǎng)地存在可液化的飽和軟土層，必須消除其液化性能;

(3)場(chǎng)地內(nèi)土層很不均勻，特別是在地面標(biāo)高不足而需要大面積填土的情況下會(huì)引起較大的不均勻沉降;

(4)碼頭還需填土厚度約2.3m，它既是下伏土層的荷載，也是需要壓實(shí)的土層;

2．2 建設(shè)方案比選

針對(duì)以上問(wèn)題的分析，碼頭結(jié)構(gòu)可選擇的方案有板樁式、高樁式，其各自特點(diǎn)如下：

(1)板樁式。下部采用600mm厚地下連續(xù)墻，上部為現(xiàn)澆胸墻+鋼拉錨桿。由于墻后土體較差，進(jìn)行換填并分層碾壓，這種方法可以滿足設(shè)計(jì)要求，但造價(jià)比較高。且板樁墻后方土體長(zhǎng)期蠕變可能導(dǎo)致錨碇系統(tǒng)松弛導(dǎo)致位移較大，從而對(duì)碼頭安全造成威脅。

(2)高樁式。在現(xiàn)地面以下碼頭前緣采用一排鉆孔灌注樁擋土和兩排水泥土攪拌樁止水，后面采用多根PHC樁，胸墻采用扶壁式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，胸墻填土并分層壓實(shí)，此方法可以滿足要求，但造價(jià)相對(duì)較高，另外樁周?chē)耐馏w自重固結(jié)沉降后會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的負(fù)摩阻力，不利于正常工作。

(3)復(fù)合式結(jié)構(gòu)方案。針對(duì)以上情況，經(jīng)過(guò)綜合考慮決定選用一種板樁與重力式相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，即在現(xiàn)地面以下碼頭前緣采用密排鉆孔灌注樁，其后采用一定寬度的格柵式水泥土攪拌樁，胸墻采用扶壁式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。如此可由上下兩部分共同承擔(dān)上部豎向荷載與后方土體的水平荷載。

我們認(rèn)為此復(fù)合式碼頭方案機(jī)理明確，對(duì)工程所在區(qū)域的不利地質(zhì)情況適應(yīng)性較強(qiáng)，造價(jià)也相對(duì)較低。考慮到為了消除軟土液化、減少后方土體的沉降量和不均勻沉降，必須事先進(jìn)行地基處理，因此總體方案應(yīng)該是：①對(duì)水泥土攪拌樁外邊寬約25m的區(qū)域進(jìn)行地基處理，處理深度需達(dá)到現(xiàn)地面標(biāo)高以下5～7m;②施工鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁;③以上灌注樁與攪拌樁達(dá)到28天強(qiáng)度后進(jìn)行扶壁式胸墻澆注及倒濾體等施工;④鋼筋混凝土胸墻達(dá)到28天強(qiáng)度后，回填土并分層分段碾壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高;⑤施工面層、交工;⑥港池開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

施工參數(shù)如下：

地基處理采用動(dòng)力排水快速固結(jié)法，這種方法可以在短時(shí)間內(nèi)快速提高地基承載力和減少施工后沉降。

碼頭前沿采用φ800@900的密排鉆孔灌注樁，其后采用規(guī)格為φ700@500、寬為9.2m的水泥土攪拌樁，水泥摻量為16%，水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)以上普通硅酸鹽水泥，水灰比0.45～0.5。

回填土要求：顆粒級(jí)配曲線中不均勻系數(shù)要求大于10，曲率系數(shù)要求在1～3之間。

結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖1 如皋港長(zhǎng)青沙港池?cái)嗝媸疽鈭D

2 上述復(fù)合式碼頭結(jié)構(gòu)計(jì)算分析原理

本結(jié)構(gòu)方案采用的是板樁與重力式相結(jié)合的復(fù)合式碼頭結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)要考慮板樁碼頭和重力式碼頭的計(jì)算方法。

2．1 按板樁碼頭計(jì)算

按照無(wú)錨板樁碼頭進(jìn)行計(jì)算，水泥攪拌樁處理區(qū)域的土體，原狀土粘聚力4～16kPa，內(nèi)摩擦角14.7～21.1°，經(jīng)處理后，該區(qū)域土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)可取粘聚力為0.1MPa，內(nèi)摩擦角為20°，雙軸水泥土攪拌樁同時(shí)作為防滲止水帷幕;通過(guò)計(jì)算板樁墻內(nèi)力及踢腳穩(wěn)定，初步確定作為板樁墻的灌注樁直徑及樁長(zhǎng);再進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算及單樁垂直極限承載能力計(jì)算最終確定灌注樁的長(zhǎng)度。

2．2 按重力式碼頭計(jì)算

按照重力式碼頭進(jìn)行計(jì)算，將灌注樁連續(xù)墻、錨板、胸墻及格柵式水泥攪拌樁視為整體，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的抗傾、抗滑及地基承載力計(jì)算，由此確定整體結(jié)構(gòu)的寬度及深度。

3 結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中主要注意事項(xiàng)

(1)本工程樁基施工過(guò)程中需注意施工順序：先進(jìn)行鉆孔灌注樁的施工，再做雙軸水泥攪拌樁。如果順序調(diào)換，則由于鉆孔灌注樁孔徑和深度較大，加上攪拌樁本身就存在下部咬合不好的問(wèn)題，如果受鉆孔樁施工擾動(dòng)，其整體性將會(huì)受到一定破壞，止水防滲效果就會(huì)下降;為能有效的提高結(jié)構(gòu)耐久性，防止碼頭前沿灌注樁后方的雙軸水泥攪拌樁因施工不到位而造成水土流失，故在灌注樁樁間設(shè)置高壓旋噴樁進(jìn)行封堵。

(2)本工程中水泥攪拌樁作為結(jié)構(gòu)的重要組成部分，一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)提出的要求進(jìn)行施工。

(3)本工程將胸墻、錨板及水泥攪拌樁連接成為整體結(jié)構(gòu)，故錨板及胸墻的施工要待灌注樁及水泥攪拌樁達(dá)到28天強(qiáng)度后并待水泥攪拌樁沉降完成后進(jìn)行，否則容易在錨板及水泥攪拌樁樁頭間出現(xiàn)空洞而導(dǎo)致錨板破壞，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮水泥攪拌樁周?chē)馏w對(duì)攪拌樁的負(fù)摩阻力。

(4)土方回填。胸墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到28天強(qiáng)度后，方可進(jìn)行后方回填土施工，胸墻后方填料應(yīng)分層回填及壓實(shí)，每層填土虛鋪厚度：對(duì)人工夯實(shí)不宜大于0.2m，對(duì)機(jī)械夯實(shí)或輾壓不宜大于0.4m，回填順序應(yīng)為自離墻背近處向離墻背遠(yuǎn)處依次回填。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，長(zhǎng)青沙港池運(yùn)營(yíng)良好，水工構(gòu)件上也未出現(xiàn)明顯問(wèn)題。綜合上述復(fù)合式結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工上的分析以及實(shí)際使用情況，該方案適用于工程土質(zhì)較差、前沿水深不大的中小型岸壁式碼頭，且具有安全可靠、整體性好、施工簡(jiǎn)便且造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)需要注意的是，水泥攪拌樁的施工質(zhì)量關(guān)系著整個(gè)工程的質(zhì)量，因此該結(jié)構(gòu)方案對(duì)水泥攪拌樁的施工質(zhì)量要求較高。

［1］《板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》 JTS167－3－2009．

［2］《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》 JTS167－2－2009．

［3］《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》 JTS167－1－2010．

［4］《港口工程樁基規(guī)范》 JTS167－4－2012．

［5］《港口工程地基規(guī)范》 JTS147－1－2010．

［6］《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》 JGJ79－2002．