海上樁基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析★

馬 鋒 王鳳琳 王曉琴

(武漢科技大學(xué)城市學(xué)院,湖北 武漢 430083)

海上樁基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析★

馬 鋒 王鳳琳 王曉琴

(武漢科技大學(xué)城市學(xué)院,湖北 武漢 430083)

對(duì)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、鋼管樁基礎(chǔ)、鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)(PHC樁)四種常用的海上樁基礎(chǔ)形式作了介紹，結(jié)合某跨海大橋的現(xiàn)場工況，比較了四種樁基礎(chǔ)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了一些結(jié)論，對(duì)海上樁基礎(chǔ)施工有一定的參考意義。

海上樁基礎(chǔ)，技術(shù)指標(biāo)，施工難度

0 引言

一般海上橋梁可采用的基礎(chǔ)形式有：鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、鋼管樁基礎(chǔ)、鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)(PHC樁)。

1 各類樁型簡介

1.1 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是常用的基礎(chǔ)形式，特別適用于段巖層埋深較淺的工況下，具有進(jìn)一步研究的必要，可進(jìn)一步與其他基礎(chǔ)形式綜合比較，擇優(yōu)選用。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)(PHC樁)

PHC樁為薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，分段預(yù)制，現(xiàn)場接高。在相同承載力條件下，其造價(jià)比鋼管樁節(jié)省許多。它的主要不足在于海上打樁施工困難(含接樁)，樁頭易破損，補(bǔ)樁工程量大，可檢查性差，施工風(fēng)險(xiǎn)高，樁頭及薄壁混凝土樁身耐久性差(見圖1)。在項(xiàng)目的重要性級(jí)別較高的情況下，工程質(zhì)量的穩(wěn)妥可靠性尤為關(guān)鍵，而PHC樁在長大跨海橋梁尚無大范圍應(yīng)用的實(shí)例，故本次不再對(duì)PHC樁深入研究。

1.3 鋼管樁基礎(chǔ)

鋼管打入樁一般在工廠分節(jié)段制作，采用打樁船插打，為此作業(yè)水深應(yīng)滿足打樁船作業(yè)的要求。該結(jié)構(gòu)形式具有在長大跨海橋梁非通航孔橋大范圍應(yīng)用的成功實(shí)例，施工技術(shù)成熟，作業(yè)快捷。鋼管樁一般為摩擦樁，用于覆蓋層較厚的地段，土層能提供較大的側(cè)阻力。深水區(qū)覆蓋層較厚的情況下，鋼管復(fù)合樁比較適用，具有進(jìn)一步研究的必要(見圖2)。

1.4 鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)

鋼管復(fù)合樁是在鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上提出的，鉆孔灌注樁施工時(shí)需要打入鋼護(hù)筒至一定深度，而鋼護(hù)筒僅為臨時(shí)施工構(gòu)件，不參與結(jié)構(gòu)受力，樁基設(shè)計(jì)時(shí)不考慮鋼護(hù)筒的作用，材料不能得到充分利用。樁基自承臺(tái)底面至局部沖刷線以下一定深度范圍內(nèi)，由樁身強(qiáng)度控制樁徑及配筋設(shè)計(jì)，該范圍以下段由豎向承載力控制樁徑及配筋設(shè)計(jì)。因此，若能采取一定措施，確保鋼護(hù)筒與混凝土緊密結(jié)合，便可充分發(fā)揮鋼護(hù)筒參與受力的作用，從而可以減小樁徑，減少配筋量，降低工程造價(jià)。因此鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)具有進(jìn)一步研究的必要，與其他基礎(chǔ)形式綜合比較，擇優(yōu)選用。

深水區(qū)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式對(duì)照表見表1。

表1 深水區(qū)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式對(duì)照表

綜上所述，經(jīng)初步分析，可行的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式有：鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、鋼管樁基礎(chǔ)、鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)。

2 某跨海大橋基礎(chǔ)方案比選

為便于分析比較，以下基礎(chǔ)方案分析研究是基于某完工跨海大橋在相同的設(shè)計(jì)條件下，選取有代表性的地質(zhì)情況得到滿足相同承載力的樁基礎(chǔ)開展分析工作。

2.1 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

1)方案簡介。整幅布置，采用6φ2.0 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基呈行列式布置，護(hù)筒直徑2.2 m，樁底持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁長102 m。承臺(tái)為矩形預(yù)制承臺(tái)，平面尺寸15.6 m×11.1 m×4.5 m(橫橋向×縱橋向×承臺(tái)厚度)，承臺(tái)頂標(biāo)高-6 m，承臺(tái)埋入海床面，減小阻水面積(見圖3)。

2)主要優(yōu)點(diǎn)。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)設(shè)備成熟,對(duì)地層的適應(yīng)性強(qiáng)。

3)主要缺點(diǎn)。鋼護(hù)筒為施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮鋼護(hù)筒參與受力，鋼料不能得到充分利用。

2.2 鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)

1)方案簡介。整幅布置，采用6φ1.8 m鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)，樁基呈行列式布置，鋼管直徑2.0 m，樁底持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁長102 m。承臺(tái)為矩形預(yù)制承臺(tái)，平面尺寸15.6 m×11.1 m×4.5 m(橫橋向×縱橋向×承臺(tái)厚度)，承臺(tái)頂標(biāo)高-6 m，承臺(tái)埋入海床面，減小阻水面積(見圖4)。

2)主要優(yōu)點(diǎn)。采取一定措施，確保鋼護(hù)筒與混凝土緊密結(jié)合，便可充分發(fā)揮鋼護(hù)筒參與受力的作用，從而可以減小樁徑，減少配筋量，降低工程造價(jià)。

3)主要缺點(diǎn)。由于海水環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性，若考慮鋼管參與結(jié)構(gòu)受力，在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)，需對(duì)鋼管采取防腐措施?？刹捎猛繉颖Ｗo(hù)或陰極保護(hù)來提高鋼管防腐性能，這些防腐措施將產(chǎn)生一定的費(fèi)用。

4)關(guān)鍵技術(shù)問題及對(duì)策措施。鋼管復(fù)合樁受力性能：鋼管復(fù)合樁需要解決兩個(gè)問題，第一是確保鋼管與混凝土緊密結(jié)合的問題；第二是鋼管的有效計(jì)算厚度問題。為解決鋼管與混凝土的緊密結(jié)合問題，在鋼管內(nèi)設(shè)置多道剪力環(huán)的措施，即根據(jù)受力需要在

鋼管內(nèi)壁按照一定間距，焊接多道環(huán)形鋼板，待澆筑混凝土后，確保鋼管和混凝土之間豎向不發(fā)生相對(duì)滑移，傳遞混凝土與鋼管之間的剪力。

涂層耐久性：鋼管在工廠的涂層質(zhì)量有保證，但在運(yùn)輸，特別是打樁過程中涂層容易破損，一旦涂裝破損既不便于修復(fù)，也不便于檢查，在海洋惡劣環(huán)境長期作用下將形成對(duì)樁身表面的點(diǎn)腐蝕，而點(diǎn)腐蝕速率遠(yuǎn)高于普通腐蝕速率，這是影響耐久性的主要因素。解決對(duì)策措施有：采用性能優(yōu)越的涂層材料，加強(qiáng)運(yùn)輸途中對(duì)鋼管樁表面的防護(hù)。

陰極保護(hù)有效性：陰極保護(hù)對(duì)施工要求極其嚴(yán)格，要求承臺(tái)鋼筋及鋼構(gòu)件與鋼管之間應(yīng)進(jìn)行良好的電化學(xué)絕緣，以保證陽極塊真正針對(duì)鋼管進(jìn)行陰極保護(hù)作用，否則就達(dá)不到預(yù)期效果。從已建成的跨海橋了解到，承臺(tái)與鋼管絕緣問題均未很好解決，故設(shè)計(jì)時(shí)不考慮陰極保護(hù)措施。

2.3 鋼管樁基礎(chǔ)

1)方案簡介。整幅布置，14φ2.0 m鋼管樁，樁基呈行列式布置，樁底持力層為中密～密實(shí)中砂或密實(shí)礫砂，樁長78 m。承臺(tái)為矩形預(yù)制承臺(tái)，平面尺寸28.6 m×16.6 m×5 m(橫橋向×縱橋向×承臺(tái)厚度)，承臺(tái)頂標(biāo)高-6 m，承臺(tái)埋入海床面，減小阻水面積(見圖5)。

2)主要優(yōu)點(diǎn)。鋼管樁具有自重輕的特點(diǎn)，制造、施工技術(shù)設(shè)備較成熟,吊裝和運(yùn)輸方便，抗錘擊能力強(qiáng)，沉樁容易，施工速度快，海上作業(yè)量少，工期短。

3)主要缺點(diǎn)。由于海水環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性，在設(shè)計(jì)壽命使用周期內(nèi)，考慮鋼管樁基礎(chǔ)的防腐維護(hù)費(fèi)用，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)較其他基礎(chǔ)形式綜合造價(jià)高。

3 綜合比較

針對(duì)本區(qū)域的水文地質(zhì)等條件，鉆孔灌注樁及鋼管復(fù)合樁均可行，均具有較強(qiáng)的實(shí)施性。經(jīng)綜合分析，與鉆孔灌注樁基礎(chǔ)相比，鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)在經(jīng)濟(jì)上更具優(yōu)勢，且鋼管參與結(jié)構(gòu)受力，節(jié)省材料。為此，本案例中橋梁基礎(chǔ)推薦采用鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)。

The comparison analysis on offshore pile foundation technical index★

Ma Feng Wang Fenglin Wang Xiaoqin

(CityCollege,WuhanUniversityofScienceandTechnologyInstitute,Wuhan430083,China)

This paper introduced the bored piles foundation, steel pipe pile technology, steel pipe pile composite foundation, pre-stressed concrete pipe pile foundation(PHC pile) four kinds of commonly used offshore pile foundation forms, combining with the field condition of a certain bridge, compared the advantages and disadvantages of four kinds of pile foundation forms, gained some conclusions, had certain reference significance to offshore pile foundation construction.

offshore pile foundation, technical index, construction difficulty

1009-6825(2015)30-0060-02

2015-08-19★:湖北省教育廳科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2013230)

馬 鋒(1982- ),男,碩士,工程師; 王鳳琳(1974- ),女,高級(jí)經(jīng)濟(jì)師; 王曉琴(1978- ),女,博士，講師

TU473.1

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