液化石油氣碼頭改擴建工程高樁墩臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

王彪　蘭千鈺

【摘 要】 以深圳華安液化石油氣碼頭高樁墩臺為例，從施工便利、結(jié)構(gòu)受力、節(jié)省造價等方面分析碼頭墩臺的厚度、樁基布置、樁型等的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)合實際工期要求確定適合本工程的結(jié)構(gòu)型式：對系纜墩優(yōu)化選擇直徑為1.3 m的斜鋼管樁，采用錨桿嵌巖的方式；對工作平臺選擇直徑為1.3 m的斜鋼管樁，采用芯柱嵌巖的方式。

【關(guān)鍵詞】 墩臺；樁基布置；樁型

0 引 言

碼頭工程具有施工難度大、投資多、工期長等特點。在碼頭的投資中，樁基占據(jù)了大部分，如何通過樁基選型和樁基布置最大程度地優(yōu)化碼頭結(jié)構(gòu)，對節(jié)省工程造價、縮短施工工期、降低施工難度具有重要的現(xiàn)實意義。在樁基選型和優(yōu)化的已有文獻中，大多都是針對高樁梁板式結(jié)構(gòu)碼頭的研究，對于近年來興起的液化天然氣（LNG）碼頭的高樁墩臺樁基選型和優(yōu)化研究相對較少。

深圳華安液化石油氣碼頭改擴建工程位于大鵬灣海域，工程擬采用國際先進的設(shè)計施工采購總承包模式（EPC），改擴建一座9萬m3 LNG碼頭及相關(guān)的附屬配套設(shè)施如集液池和鋼質(zhì)人行橋等。碼頭水工平臺采用常見的墩式結(jié)構(gòu)，水工結(jié)構(gòu)包括工作平臺、系纜墩、引橋墩等，碼頭建成后可接卸1萬～9萬m3 LNG船。工程結(jié)構(gòu)布置見圖1。本文通過分析影響碼頭結(jié)構(gòu)布置及樁基型式的客觀因素和自然條件，以工作平臺和系纜墩為研究重點，對碼頭高樁墩臺進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，結(jié)合實際工期要求進行樁基選型，優(yōu)化樁位布置及數(shù)量，從而節(jié)省造價。

1 工程自然條件

深圳華安液化石油氣碼頭改擴建工程設(shè)計水位及波浪要素見表1和表2。

2 墩臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化

現(xiàn)對墩臺作如下優(yōu)化：

（1）在結(jié)構(gòu)滿足要求的前提下，通過減小墩臺厚度以削弱波浪對墩臺的作用力。

（2）設(shè)下層系纜平臺，減少高樁墩臺變形。

（3）通過對比分析樁位、樁徑和斜度，對樁基布置和樁型進行優(yōu)化。

2.1 厚度優(yōu)化

本工程所在的海域波浪大，波浪對樁基和墩臺作用位置主要在水面上下，而此處正好為墩臺厚度區(qū)域，減小厚度可減小波浪對墩臺的作用力（見表3）。由表3可知，當結(jié)構(gòu)厚度減小時，總的波浪力有所下降，但是群樁波浪力和墩臺浮托力都有所上升，故將墩臺厚度定為2.0 m，將底標高由1.85 m提高到2.35 m。

2.2 樁基選型

工程所受到的水平波浪力很大，鑒于PHC型樁抗彎能力較弱，本工程可選的樁型為灌注樁和鋼管樁。因斜樁可承受較大水平力，在打樁船可打樁的前提下考慮布置斜樁，否則布置直樁，受到限制的區(qū)域布置灌注樁（見圖2）。

采用有限元軟件對高樁墩臺進行建模分析，部分基樁拔樁力不足，采用嵌巖樁增強其抗拔力，嵌巖樁可設(shè)置錨桿嵌巖和芯柱嵌巖。合理的布樁應使拔樁力降低，基樁布位數(shù)量減少，且在必須嵌巖的情況下，優(yōu)先使用錨桿嵌巖樁，當巖面較高覆蓋層不厚時采用芯柱嵌巖樁。

通過對比系纜墩不同樁型計算結(jié)果（見表4），設(shè)置4根直徑1.8 m直樁的工況與設(shè)置5根直徑1.8 m直樁的工況，前者壓樁力略有減小，拔樁力增大，而位移幾乎相等。大直徑斜樁施工難度較大，不推薦斜樁方案。當樁徑減小到1.3 m，在設(shè)置斜樁時，其壓樁力和拔樁力均可減小，這對優(yōu)化樁基布置、節(jié)省工程造價尤為重要。

本工程工作平臺覆蓋層較薄，泥面以下9 m即為中風化花崗巖，無強風化巖。由于灌注樁施工周期較長，本工程方案選擇鋼管樁。由于工藝管線和水工結(jié)構(gòu)位移的限制，本工程選擇1.3 m斜樁與鋼管樁嵌巖進行對比分析（見表5），選擇24根1.3 m樁方案壓樁力有所減少，拔樁力增大，因此，可采用芯柱嵌巖的方式提高其抗拔作用。直徑1.3 m鋼管與直徑1.8 m鋼管樁相比較，前者在很大程度上節(jié)省了造價成本，有利于施工。

3 結(jié) 語

本文以深圳華安液化石油氣碼頭高樁墩臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手，從樁基施工和結(jié)構(gòu)受力角度進行對比分析，立足于施工便利和節(jié)省工程造價，探討墩臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化和樁基選型，得出如下結(jié)論：

（1）墩臺厚度可由2.5 m減小到2 m。

（2）對系纜墩優(yōu)化最終選擇直徑為1.3 m斜鋼管樁，采用錨桿嵌巖的方式；對工作平臺優(yōu)化最終選擇直徑為1.3 m斜鋼管樁，采用芯柱式嵌巖鋼管樁。

最終確定的優(yōu)化方案節(jié)省了工程造價，縮短了工期，對其他類似工程具有借鑒意義。