淺談樁基承臺結構在碼頭后樁臺的應用

金泰賽 廣東省航運規(guī)劃設計院有限公司

隨著社會經濟的發(fā)展，港口工程建設經歷了十幾年的快速高效推進。設計是工程建設的源頭，設計方案對項目決策、投資籌備起決定性作用。投資人關心的是項目投入是否達到期望的產值，設計應把握好技術方向，為投資人盡可能節(jié)省工程投資，縮短投資回收期，實現投資方的經濟效益最大化。為了緊跟建設的步伐，設計工作經常被壓縮工期，設計常按行業(yè)規(guī)范和類似項目實例參考，迅速完成設計任務，在設計深度、技術發(fā)揮等方面效果一般。本文基于陽江某10萬噸級碼頭工程實例，充分結合工程地質、工藝荷載等考慮，提出采用PHC樁樁基承臺作為后樁臺結構，與樁基梁板、空心板方案比較，結構耐久性好，且更加經濟。

1.工程概況

陽江某10萬噸級碼頭,位于陽江港海陵灣港區(qū)吉樹作業(yè)區(qū)，碼頭泊位總長度287.5m，碼頭頂高程4.9m，前沿設計底高程-15.1m。碼頭所在區(qū)域屬透水式用海，需采用樁基等透水性結構。碼頭前沿線布置在現有圍堰前方120m位置，陸域形成區(qū)域面積較小，可用空間較有限，為滿足場區(qū)庫堆能力需要，碼頭平面按滿堂式布置。碼頭結構長287.5m，寬度120m，斷面方向分為前、后樁臺。碼頭前樁臺寬32m，為碼頭前沿作業(yè)地帶，后樁臺寬88m，作為堆場功能。前樁臺采用標準的高樁梁板結構，樁基選用φ1500mm灌注型嵌巖樁，排架間距為10.0m，上部結構為正交梁板體系。見圖1。

圖1 總平面布置圖

2.設計條件

2.1 設計水位

設計高水位3.39 m（當地理論最低潮面，下同），設計低水位0.51m，極端高水位4.59m，極端低水位-0.29m。

2.2 設計波浪

50年一遇的設計波浪要素值見表1。

表1 波浪要素值統(tǒng)計表

2.3 工程地質

圖2 地質剖面圖

樁基礎主要設計參數指標詳見表2。

表2 樁基礎主要設計參數一覽表

2.4 使用荷載

①后樁臺均布荷載：40kPa。

②后樁臺流動機械荷載：30t自卸汽車、牽引車平板車（載重30t）、25t輪胎吊等。

3.原設計方案

碼頭結構總長287.5m，后樁臺寬88m，水工結構規(guī)模大，是投資控制的重點。后樁臺受力簡單、橫向整體性要求不高，原設計方案采用樁基梁板結構和樁基空心板結構對比?？招陌褰Y構不需要設縱梁，空心板直接擱置橫梁上，板縫采用鉸接處理，空心板結構自重輕，面板預制質量好，安裝速度快，工程造價相對較低，但單向彈性薄板受荷能力較有限，且空心板對集中荷載非常敏感，不是特別適合作業(yè)形式較為復雜的堆場使用。

因此，前期設計采用高樁梁板結構方案。排架結構受力明確，對樁基承載力要求高，工程區(qū)域巖層埋深淺，樁基采用φ1000mm灌注型嵌巖樁，排架間距取與前樁臺一致為10.0m，樁距5.0m，上部結構采用現澆橫梁，預制+現澆的疊合縱梁及面板結構形式。結構方案見圖3。

圖3 原設計方案后樁臺斷面

為了滿足投資方的整體進度需求，此方案在較短設計工期內粗獷完成，設計方案基本合理，但不夠精細化。主要體現有以下幾點：

（1）灌注型嵌巖樁樁數多，成孔施工進度慢，工期長。

（2）灌注型嵌巖樁樁身質量易受混凝土質量、澆筑過程質量控制等影響，質量控制難度大。

通過調查發(fā)現，老年人日常生活能力下降的前幾位分別為：打電話、使用交通工具、購物、做家務、備餐和洗澡，自己完全可以做的老年人分別占10.97%、15.01%、17.91%、25.98%、30.01%和32.03%（見表5）。各項目中老年人日常生活能力水平分布位置不全相同，主要反映老年人存在不同程度的功能性日常生活能力下降，提示老年人很難獨立生活，不具備良好的日常生活能力。

（3）灌注型嵌巖樁需設鋼護筒，用鋼量大，造價高。

（4）上部結構預制構件多，安裝工程量大。

因此，有必要根據本工程的特點對原設計方案進一步優(yōu)化，把項目實施進度及工程投資控制在預期范圍內。其中樁基是項目實施進度計劃的關鍵工作之一，單項造價約占整體造價的40%，是優(yōu)化設計的重點。

4.優(yōu)化方案

（1）樁基選型。本工程后樁臺樁基的選型須重點考慮以下幾個問題：

①沉樁的可行性；②經濟性；③樁基承載力。

工程區(qū)域巖層埋深淺，樁基選型優(yōu)先考慮是否具備沉樁可行性。預制樁進入N≧50擊的強風化巖深度有限，下部中風化巖層完全無法沉入，工程區(qū)域部分覆土為軟土層，樁基側摩阻力小，單樁承載力較低。從樁基穩(wěn)定性及承載力等方面考慮，預制樁應沉入強風化巖中一定深度。通過加長鋼樁靴長度，提高沉樁時樁尖的穿透力，可將預制樁沉入強風化巖中一定深度。同時在樁靴底部焊接十字形肋板，可增加樁端承載力。預制樁沉樁方式一般有錘擊沉樁和靜壓沉樁。錘擊沉樁施工速度快，穿透能力強；靜壓沉樁單樁承載力較為保證，沒有噪音污染。本工程后樁臺自然泥面標高約為0.8m，設計高水位時淹沒，設計低水位時露出，可采用填筑法+錘擊沉樁/靜壓沉樁，分區(qū)回填土至設計高水位以上，采用打樁機或靜壓樁機陸上沉樁，施工完成之后再挖除回填土，恢復海洋功能。

預制樁造價低廉，特別是直徑小于700mm的PHC樁。經過市場調研，φ600mmPHC樁購置費僅為φ700mmPHC樁的0.66倍，兩者有階梯型價格差異。主要原因是直徑小于700mm的PHC樁需求量廣，生產廠家多，供應能力強，所以購置費用低。且直徑小于700mm的PHC樁沉樁機械更多，選型豐富、多樣化。因此，將φ600mmPHC樁作為后樁臺基礎樁有較大的優(yōu)勢。

（2）上部結構選型。排架結構受力明確，對樁基的承載力要求較高，不宜采用。碼頭后樁臺受集中力荷載、均布荷載等，豎向作用力形式多樣化，采用現澆承臺結構對荷載變化適應性強，結構耐久性好，樁基布置不受橫梁限制，布置靈活，各樁受力較均衡。通過增設樁基數量從而減少單樁壓樁力，PHC樁單樁承載力較小也可滿足承載力要求。

綜上分析，后樁臺優(yōu)化設計方案采用PHC樁樁基承臺結構，樁基為φ 600 mm PHC 樁，橫縱向樁距3.0m，樁頂部現澆1.5m厚的承臺。結構方案見圖4、圖5。

圖4 優(yōu)化方案后樁臺斷面

圖5 優(yōu)化方案后樁臺樁位布置圖

優(yōu)化方案單樁承載力驗算結果及承臺內力計算結果見表3、表4，承臺內力計算圖示見圖6。

圖6 承臺內力計算結果圖示

表3 單樁承載力驗算結果（φ600mmPHC樁）

表4 承臺內力結果（彈性墩臺）

5.技術指標對比

原樁基梁板結構方案，排架受力明確，對單樁承載力要求較高，采用灌注樁嵌巖，單樁承載力高。但上部結構預制構件多，安裝工程量大；面板等細薄構件在海水環(huán)境下耐久性較差；樁基施工速度慢，施工質量控制難度大。此方案后樁臺工程費用18088.7萬元，技術經濟指標為7150元/m。

樁基承臺結構方案，承臺布置樁基靈活、不受限制；φ600mmPHC管樁供應廠家資源豐富，供貨能力有保障；陸上預制，成樁質量好；沉樁速度快，施工進度有保證；上部承臺厚大敦實，結構耐久性好。但樁數較多，標準管節(jié)長度7～15m，接樁工程量大；樁基進入強風巖深度有限，單樁承載力低。此方案后樁臺工程費用12986.6萬元，技術經濟指標為5133元/m。

方案優(yōu)化后，后樁臺大大節(jié)省工程投資，縮短投資回收期，提升投資方經濟效益。

6.結語

本文結合工程實例，簡述了碼頭后樁臺采用樁基承臺結構方案的優(yōu)勢。通過計算和技術對比證明，巖面埋深較淺地區(qū)的后樁臺采用PHC樁合適。φ600 mm PHC 樁具備供應能力強、使用性廣泛、價格低廉等特點，用于后樁臺可減少工程投資。φ600mmPHC樁沉樁方式多樣化，沉樁機械選型豐富，沉樁速度快，進度有保障。后樁臺上部結構采用現澆承臺具備結構耐久性好，樁基布置靈活、不受限制等優(yōu)勢。