鋼管樁-混凝土復(fù)合管樁在海洋工程中的應(yīng)用

朱峰 于亮

摘 要：在某海洋工程中創(chuàng)新性的采用上部鋼管樁下部大管樁的復(fù)合樁基礎(chǔ)，利用了鋼管樁耐錘擊性能好、抗彎能力強(qiáng)、重量輕，大管樁軸向抗壓承載能力高、價(jià)格低的特點(diǎn)，工程完工后檢測表明該結(jié)構(gòu)安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)性好，在超長樁基設(shè)計(jì)中有良好的示范效果，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：鋼管樁-混凝土復(fù)合管樁 海洋工程 超長樁基

1.工程概況

根據(jù)某海洋工程綜合基地的主要功能及工藝要求，在其碼頭工作平臺分別安裝500T、320T吊機(jī)各一臺，同時(shí)兼顧到320 T吊機(jī)平臺的后期擴(kuò)展需要（改換為500T吊機(jī)），兩座吊機(jī)平臺均按500T吊機(jī)荷載設(shè)計(jì)計(jì)算。

2.結(jié)構(gòu)型式和采用的水文條件

2.1樁型的選擇

根據(jù)本工程碼頭設(shè)計(jì)條件與荷載情況，擬建碼頭水深較深，結(jié)構(gòu)承受的豎向荷載和水平荷載都較大，采用鋼管樁、大管樁、PHC樁等在技術(shù)上均是可行的。

鋼管樁具有自重輕，規(guī)格多樣，抗拉和抗彎承載力高，沉樁性能好，運(yùn)輸方便，對打樁船起吊能力要求低等優(yōu)點(diǎn)，但鋼管樁耐腐蝕性較差，造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性稍差。

大管樁的單樁承載力較高，抗彎能力較強(qiáng)，自身混凝土密實(shí)性好，防腐性能比較好，并可采用高性能混凝土以及輔助措施滿足耐久性要求，樁身工廠預(yù)制，樁身質(zhì)量有保證，施工速度快，經(jīng)濟(jì)性好，但其沉樁性能和抗彎能力相對鋼管樁稍差。

PHC樁為先張預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，其性能與大管樁類似，但是抗彎能力和耐錘擊性較大管樁稍弱，考慮到工程地區(qū)的使用習(xí)慣和預(yù)制條件，PHC樁相比大管樁并無優(yōu)勢。

綜合考慮各樁型的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程結(jié)構(gòu)采用復(fù)合樁，上部采用鋼管樁可發(fā)揮其沉樁性能好、抗彎能力強(qiáng)的特點(diǎn)；下部采用預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁，充分發(fā)揮其垂直承載能力大、價(jià)格低的優(yōu)勢，兩者優(yōu)勢結(jié)合互補(bǔ)。

2.2吊機(jī)平臺結(jié)構(gòu)型式

平臺采用墩式結(jié)構(gòu)，墩臺長20m，寬18m，厚4m。吊機(jī)底座中心點(diǎn)位于墩臺的左右中軸線并距墩體前沿7.5m處。單個(gè)吊機(jī)平臺下部采用23根直徑Ф1200mm鋼管樁-混凝土大管樁超長復(fù)合樁，樁長79m～81m。如圖1所示為吊機(jī)基礎(chǔ)墩樁位圖。

2.3設(shè)計(jì)條件

（1）設(shè)計(jì)水位

項(xiàng)目海域?qū)儆诓灰?guī)則半日潮型，潮流為往復(fù)流，以85國家高程基準(zhǔn)面起算的設(shè)計(jì)水位如下：

平均海平面：0.22m；

設(shè)計(jì)高水位：1.49m（高潮累計(jì)頻率10%）；

設(shè)計(jì)低水位：-1.62m（低潮累計(jì)頻率90%）；

極端高水位：3.14m（50年一遇）；

極端低水位：-2.37m（50年一遇）。

（2）設(shè)計(jì)波高

由于本地區(qū)的掩護(hù)條件相對較好，-7.0m等深線處極端高水位重現(xiàn)期為50年的波高H1%為4.23m（W向、ESE向）。

（3）設(shè)計(jì)流速

通過對碼頭前沿線進(jìn)行潮流準(zhǔn)調(diào)和分析計(jì)算，設(shè)計(jì)流速1.8m/s。

（4）吊機(jī)荷載

如表1。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）樁基內(nèi)力和樁基承載力計(jì)算

結(jié)構(gòu)按樁基兩端固結(jié)的剛性承臺計(jì)算，最不利工況下的樁基內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見表2。

單樁垂直極限承載力設(shè)計(jì)值按《港口工程樁基規(guī)范》（JTS 167-4-2012）進(jìn)行計(jì)算，500t吊機(jī)平臺垂直樁長77m時(shí)，樁基抗壓極限承載力設(shè)計(jì)值7549kN，抗拉極限承載力設(shè)計(jì)值4701kN。考慮樁基斜率后，設(shè)計(jì)樁長取79m。

（2）鋼管樁壁厚計(jì)算

鋼管樁壁厚計(jì)算見表3。

①受力計(jì)算

當(dāng)鋼管樁計(jì)算有效壁厚為14mm時(shí)，最大應(yīng)力為243MPa<295MPa（Q345鋼），滿足設(shè)計(jì)要求。本工程鋼管樁預(yù)留腐蝕厚度為6mm，故鋼管樁的管壁厚度取20mm。

②整體抗彎剛度驗(yàn)算

樁基加工及吊運(yùn)等結(jié)構(gòu)變形時(shí)應(yīng)滿足連續(xù)性條件，樁身整體抗彎剛度盡可能保持一致，上管節(jié)鋼管樁和下管節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁的抗彎剛度EI相等。

根據(jù)表3，當(dāng)鋼管樁壁厚為18.5mm時(shí)滿足抗彎剛度相等的要求，但由于復(fù)合樁實(shí)際使用時(shí)兩種不同樁型的拼接位置位于樁基嵌固點(diǎn)以下彎矩較小處，當(dāng)鋼管樁部分的抗彎剛度大于預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁的抗彎剛度時(shí)，由鋼管樁的抗彎剛度決定復(fù)合樁的抗彎能力。

鋼管樁壁厚取上述兩個(gè)壁厚計(jì)算值中的較大值，即20mm。

（3）組合樁結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示為組合樁結(jié)構(gòu)示意圖。

4.施工沉樁

沉樁時(shí)采用D100錘，油門開三檔進(jìn)行，沉樁貫入度大多為4～6mm，平均錘擊數(shù)為2541擊，沉擊時(shí)間大多為1～2h（最長錘擊時(shí)間為4h33min（500t-6#），最短錘擊時(shí)間為50min（500t-9#）），除一根樁高出設(shè)計(jì)標(biāo)高外，其余均沉至設(shè)計(jì)樁尖標(biāo)高。樁內(nèi)泥面及樁外泥面高差5.5～10m不等。

從承載后的檢測結(jié)果分析，樁基沉樁質(zhì)量高，樁身無損壞，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)束語

鋼管樁-混凝土復(fù)合樁利用了鋼管樁耐錘擊性能好、抗彎能力強(qiáng)、重量輕，大管樁軸向抗壓承載能力高、價(jià)格低的特點(diǎn)，工程完工后檢測表明該結(jié)構(gòu)安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)性好，在超長樁基設(shè)計(jì)中有良好的示范效果，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JTS 167-4-2012，港口工程樁基規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2012.

[3]JTS 167-1-2010，高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2010.