預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在大噸位碼頭應(yīng)用分析

趙 娟，池 海

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在大噸位碼頭應(yīng)用分析

趙 娟，池 海

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

隨著港口工程建設(shè)的發(fā)展，船舶的大型化，對(duì)航道等級(jí)、水深及大型深水泊位的建設(shè)提出了更高的要求。由于碼頭前沿水深的進(jìn)一步增加，高樁碼頭中的樁基礎(chǔ)自由站立長(zhǎng)度加長(zhǎng)且荷載增大，設(shè)計(jì)中常采用大直徑管樁基礎(chǔ)替代原有的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁基礎(chǔ)，但其造價(jià)較高。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁能否適應(yīng)大噸位碼頭建設(shè)的需要，成為工程設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題。

深水泊位；大直徑管樁；預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁；自由站立長(zhǎng)度

引 言

隨著港口工程建設(shè)的發(fā)展，船舶的大型化，對(duì)航道等級(jí)、水深及大型深水泊位的建設(shè)提出了更高的要求。由于碼頭前沿水深的進(jìn)一步增加，高樁碼頭中的樁基礎(chǔ)自由站立長(zhǎng)度加長(zhǎng)且荷載增大，設(shè)計(jì)中常采用大直徑管樁基礎(chǔ)替代原有的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁基礎(chǔ)，但從經(jīng)濟(jì)比較上看，大直徑管樁基礎(chǔ)的造價(jià)常常遠(yuǎn)大于混凝土樁，因此研究預(yù)應(yīng)力混凝土方樁對(duì)深水泊位的適用性，成為工程設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題。

結(jié)合天津港及黃驊港區(qū)的實(shí)際情況，在7萬(wàn) t級(jí)以下的高樁碼頭設(shè)計(jì)中常采用650mm×650mm的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁。隨著深水泊位的建設(shè)，碼頭前沿水深增加，樁的自由站立長(zhǎng)度增大，且受到的荷載增加，這種傳統(tǒng)的混凝土樁基礎(chǔ)是否同樣適合于10萬(wàn)t級(jí)或以上的泊位，有待深入研究。

1 規(guī)范設(shè)計(jì)船型尺度變遷

目前，國(guó)內(nèi)有些散雜貨碼頭設(shè)計(jì)等級(jí)為4萬(wàn)或5萬(wàn)t級(jí)，而水工結(jié)構(gòu)一般只預(yù)留至7萬(wàn)t級(jí)，而不是10萬(wàn)t。新的海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范中，7萬(wàn)和10萬(wàn)t級(jí)散貨船的滿(mǎn)載吃水相差不大（規(guī)范中船型參考尺度只差0.3 m），以天津和黃驊地區(qū)碼頭為例，詳見(jiàn)表1。

表1 不同時(shí)期規(guī)范中散貨船型尺度變化

由表1可以看出，在2008年總體設(shè)計(jì)規(guī)范局部修訂期間，已經(jīng)對(duì)7萬(wàn)t級(jí)和10萬(wàn)t級(jí)船舶滿(mǎn)載吃水作了很大調(diào)整，二者差值由1.4 m調(diào)整為0.3 m。

2 空心方樁不適宜10萬(wàn)t級(jí)泊位原因分析

根據(jù)2008年以前的散貨船型統(tǒng)計(jì)資料，7萬(wàn)t級(jí)泊位碼頭前沿水深基本在-14.5 m左右，樁基長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)2008年以前規(guī)范計(jì)算，取值在25以?xún)?nèi)，10萬(wàn)t級(jí)泊位碼頭前沿水深基本在-16.0 m左右，長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)2008年以前規(guī)范計(jì)算，取值超過(guò)25，而水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)中指出，采用過(guò)分細(xì)長(zhǎng)的柱子是不合理的，因柱子越細(xì)長(zhǎng)，受壓后越容易發(fā)生縱向彎曲而導(dǎo)致失穩(wěn)，構(gòu)件承載力降低越多，材料強(qiáng)度不能充分利用，因此對(duì)于一般建筑物中的柱，常限制長(zhǎng)細(xì)比 L/B≤30及 L/H≤25（L為柱的計(jì)算長(zhǎng)度，B為矩形截面的短邊尺寸，H為矩形截面的長(zhǎng)邊尺寸），工程師經(jīng)驗(yàn)控制值一般取為25。所以，在以往的設(shè)計(jì)中，經(jīng)?？刂?萬(wàn)t級(jí)以下泊位應(yīng)用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，而超過(guò)7萬(wàn)t級(jí)常常采用大直徑管樁。

3 空心方樁在大噸位碼頭應(yīng)用情況比較

根據(jù)目前掌握的資料，先將已經(jīng)施工完成及正要施工的7萬(wàn)～10萬(wàn)t級(jí)碼頭應(yīng)用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)有預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁應(yīng)用實(shí)例

由表2可知，650mm×650mm空心方樁應(yīng)用在10萬(wàn)t級(jí)碼頭時(shí)，樁體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比已超過(guò)30。

4 空心方樁在大噸位碼頭應(yīng)用計(jì)算分析

4.1 規(guī)范調(diào)整

最新JTS167-4-2012《港口工程樁基規(guī)范》較上一版JTJ254-98《港口工程樁基規(guī)范》，在附錄E中增加了樁的壓屈計(jì)算長(zhǎng)度的確定，對(duì)于樁頂鉸接、粧尖未嵌巖且h≥4T的樁（h為樁的入土深度，T為樁的相對(duì)剛度特征值），樁身壓屈計(jì)算長(zhǎng)度（l0為泥面至樁帽底長(zhǎng)度，T為樁的相對(duì)剛度特征值），而在上一版規(guī)范中無(wú)明確規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)樁身壓屈計(jì)算長(zhǎng)度，嵌固深度一般為1.8～2.2T。

最新JTS151-2011《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》較上一版JTJ267-98《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)于預(yù)應(yīng)力偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力有所調(diào)整。新規(guī)范中：

其中：α1為系數(shù)；b為矩形截面寬度；x為等效矩形應(yīng)力圖形的混凝土受壓區(qū)高度；為I形截面受壓區(qū)翼緣計(jì)算寬度；為I形截面受壓區(qū)翼緣高度；e為軸向壓力作用點(diǎn)和鋼筋合力點(diǎn)的距離；為受壓區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)處混凝土法向應(yīng)力等于0時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力；為受壓區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積；σp為受拉邊縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力；ho為截面有效高度；為預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓邊緣的距離。

新老規(guī)范中預(yù)應(yīng)力偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力在混凝土標(biāo)號(hào)不大于C50時(shí)基本一致。同時(shí)受壓承載力應(yīng)考慮e的影響，新規(guī)范中：

其中：η為偏心受壓構(gòu)件二階彎矩?cái)U(kuò)大系數(shù)；ei為初始偏心距；a為受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面截面近邊緣的距離；e0為軸向壓力對(duì)截面重心的偏心距；ea為附加偏心距。

4.2 由于規(guī)范調(diào)整造成計(jì)算結(jié)果變化

以某黃驊某項(xiàng)目為例，由于規(guī)范調(diào)整造成計(jì)算結(jié)果變化對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 規(guī)范調(diào)整前后計(jì)算結(jié)果變化對(duì)比

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于10萬(wàn)t級(jí)泊位，碼頭排架間距在6～7 m之間時(shí)，靠近碼頭前沿處樁基壓樁力設(shè)計(jì)值通常在 3 000 kN左右，執(zhí)行上版規(guī)范時(shí) 650mm× 650mm及700mm×700mm預(yù)應(yīng)力空心方樁均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而按照最新規(guī)范計(jì)算結(jié)果，650mm預(yù)應(yīng)力空心方樁偏心受壓承載力計(jì)算值偏小，不能滿(mǎn)足壓樁力計(jì)算要求，只能通過(guò)減小排架間距或增加排架內(nèi)樁數(shù)降低樁力設(shè)計(jì)值。經(jīng)分析比較，該做法提高經(jīng)濟(jì)成本，增大施工難度，故7萬(wàn)～10萬(wàn)t級(jí)碼頭若采用預(yù)應(yīng)力混凝土樁時(shí)，建議采用700mm×700mm預(yù)應(yīng)力空心方樁，在提高結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的同時(shí)，更具有可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

Application of Precast Pre-stressed Concrete Hollow Square Pile in the Port of Big Deadweight Tonnage

Zhao Juan，Chi Hai
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

With the development of port engineering construction，ship large，higher requirements for the construction of channel level，water depth and deep water berths are presented.Due to the further increase of the water depth of the pier，the length of pile foundation in high piled wharfs and the load increase，the foundation of large diameter pipe pile foundation is used to replaced the original prestressed concrete square pile foundation in the design，but its cost is higher.Precast prestressed concrete hollow square pile can adapt to the needs of construction of large tonnage pier，become an important problem to be solved in engineering design.

deep-water berths； large diameter pipe pile； precast prestressed concrete hollow square pile； free standing length

TU473.1+2；U656.1+13

A

1004-9592（2016）05-0035-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160509

2015-12-08

趙娟（1975-），女，高級(jí)工程師，主要從事港口工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。