高樁碼頭工程施工方案優(yōu)化

杜靜 廣東省航運規(guī)劃設(shè)計院有限公司

隨著交通強國概念的引進，使得我國港口經(jīng)濟迎來了新的機遇。天然形成的港口幾乎被占據(jù)使用，因此，我們不得不修建一些人工港口來供經(jīng)濟發(fā)展使用。調(diào)查表明，海岸線多為軟土地基，這種地基適用更輕便的高樁碼頭。但高樁碼頭耐久性差，比較容易受到損壞。近些年來我們一直在優(yōu)化高樁碼頭的施工工藝，但并沒有有效的控制，因此筆者就高樁碼頭施工中常見問題進行了分析，并提出了一些建議，希望可以為從事相關(guān)工作的人員提供一些幫助。

1.高樁碼頭的發(fā)展及特性

海岸經(jīng)濟的飛速發(fā)展推進了我國港口工程的建設(shè)。當下碼頭建設(shè)發(fā)展趨于深水化、開敞化。而港口延伸主要是借助噸位比較大的船舶來操作，因此操作難度高。當下，對于軟土地基我們只能采用高樁碼頭，得益于其波浪反射小，透空的特點高樁碼頭已廣泛應(yīng)用于當下碼頭的建設(shè)。

高樁碼頭采用的是透空式的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑹芰c分散，且大大減少自重，因此對于軟弱土地基來說，能夠很好的支撐起這類結(jié)構(gòu)的碼頭，且位移沉降很小。同時也是由于其透空式結(jié)構(gòu)，波浪反射程度小，不論是對挖泥超深的適應(yīng)性，還是大水位差的適應(yīng)能力都會大大增強。相較于其他類型的碼頭，高樁碼頭用料節(jié)省，造價成本低，非常適用于那些軟土地基的碼頭或者是作業(yè)面狹小、垂直方向向上的油氣化工碼頭。但也是因為高樁碼頭的透空式結(jié)構(gòu)，使得它容易出現(xiàn)耐久性差、部件出現(xiàn)難以修復(fù)的問題、荷載力敏感等特點，且針對這些容易出現(xiàn)的問題，到目前為止并沒有一個高效的修復(fù)辦法。因此對高樁碼頭這一工程來說，找出提升其穩(wěn)定性，解決沉降位移或破壞等解決措施尤為重要。

2.高樁碼頭的結(jié)構(gòu)組成

高樁碼頭由三部分構(gòu)成。最底層起到地基作用的是樁基，上部結(jié)構(gòu)主要是將樁基與海岸連接起來，最上層則是接岸結(jié)構(gòu)。我們一般會使用鋼管樁預(yù)應(yīng)力混凝土樁、大管樁，或者是非預(yù)應(yīng)力混凝土樁嵌巖樁、灌注樁等來用作高樁碼頭的樁基，因為樁基是起到支撐起高樁碼頭整體結(jié)構(gòu)的作用，所以一定要牢牢地固定在海岸下，而為了加強其固定力，我們會采用叉樁及直樁的混合布置結(jié)構(gòu)，并且在樁基施工時會使用柴油打樁錘，液壓錘或者是在樁中鑲嵌巖石、錨桿等處理方式加強樁基的密度。

其次就是上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，與環(huán)境相關(guān)性很強。根據(jù)環(huán)境的不同，一般會使用板式、墩式或者是梁板式的上部結(jié)構(gòu)。在正式搭建上部結(jié)構(gòu)之前，我們需要預(yù)測是否有足夠的承壓能力，因此需要給結(jié)構(gòu)預(yù)先施加一定的壓力來進行預(yù)測，而根據(jù)預(yù)測的情況不同，將上部結(jié)構(gòu)分為了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。同時由于地基材質(zhì)的不同，我們對上部結(jié)構(gòu)的安裝和澆筑工藝也不盡相同，常見的有預(yù)制安裝，疊合和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)這三種澆筑工藝。而根據(jù)上部結(jié)構(gòu)在建筑上使用的材料差異，將上部結(jié)構(gòu)分為了普通混凝土結(jié)構(gòu)和高性能混凝土結(jié)構(gòu)。對于所需支撐力更強的接岸結(jié)構(gòu)一般會使用高性能混凝土結(jié)構(gòu)。如果在上部結(jié)構(gòu)基本搭建形成后，發(fā)現(xiàn)牢固性較差，還可以采用重力式結(jié)構(gòu)或者卸載平臺，最后則是接岸結(jié)構(gòu)。為了能夠讓其他結(jié)構(gòu)與軟土地基更好的適應(yīng)，一般會使用斜坡式的接岸結(jié)構(gòu)。同時相較于其他形式的接岸結(jié)構(gòu)，斜坡式可以很好的避免由于邊坡過陡造成的碼頭位移，或者是對上部結(jié)構(gòu)進行一定程度的損害。為了能夠更方便后期操作，我們還會采用板樁卸載平臺以及重力式結(jié)構(gòu)等形式。由于軟土地基支撐力弱，容易發(fā)生樁基位移，所以我們會采取開挖換填或者是拋沙墊層等方式來改善軟土地基的支撐力，進而增強碼頭的承載力。我們一般會在接岸結(jié)構(gòu)的上部分，安裝一些小型的擋土結(jié)構(gòu)，這樣碼頭之間就能夠做到很好的過渡，為了避免結(jié)構(gòu)的沉降，我們也會在簡支板的下方安裝一些橡膠支座，來作為后續(xù)加固處理。

由于軟土地基的條件，再加上長期遭遇風吹和海水拍打。高樁碼頭的損害和位移程度較其他碼頭都會要嚴重一些。所以我們也可以設(shè)置一些擋土結(jié)構(gòu)來盡可能的減少碼頭與海岸銜接的距離。同時可以從一定程度上加固碼頭。而對于環(huán)境比較差的地區(qū)，為了避免碼頭被海水中的化學物質(zhì)侵蝕，我們還需要建設(shè)一些岸坡結(jié)構(gòu)來進行固定和銜接。

3.高樁碼頭施工中的常見問題

3.1 裂縫問題

對于地基采用鋼筋混凝土的高樁碼頭來說，很容易出現(xiàn)裂縫問題。大面積使用混凝土的部位，由于散熱差，水熱化后的熱量容易發(fā)生聚集，并且水下封閉的條件使得這些熱量難以揮發(fā)，就會導致碼頭地基內(nèi)部的溫度上升，而內(nèi)外巨大的溫差會使得碼頭結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熱脹冷縮，同時會產(chǎn)生強烈的拉應(yīng)力，而當內(nèi)部的拉應(yīng)力大于碼頭與海岸的拉抗力時，就會出現(xiàn)壓力差，強烈的壓力差很容易使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。一旦產(chǎn)生裂縫，碼頭結(jié)構(gòu)的承載力就會迅速下降。而如果是面板產(chǎn)生裂縫，并且沒有及時進行補救，會導致面板在工作過程中無法承受外界的載荷而發(fā)生破裂。同時，對于因溫度差而產(chǎn)生的裂縫，一般沒有規(guī)律可循，受到不同的溫度影響，產(chǎn)生的裂縫大小差別很大，所以很難做到預(yù)測和防范。

要想避免產(chǎn)生裂縫問題，在施工過程中就要盡可能的控制材料的選取?？梢赃x用普通的硅酸鹽水泥，對于施工過程中的粗骨料，要盡量選用碎石或者卵石這一類不容易產(chǎn)生裂縫的材質(zhì)，細骨料盡量選用含碳低、顏色淡且質(zhì)量穩(wěn)定的砂石或者是粉煤灰和木鈣堿水劑。這些材料能夠有效的散熱，降低因水化熱形成的溫度差，同時這些材料由于質(zhì)量比較穩(wěn)定，硬度強，也可以增加后期的支撐強度。而對于避免裂縫的產(chǎn)生，要盡可能的去減少水化熱的聚集現(xiàn)象。可以在攪拌粗骨料和細骨料時加入緩釋劑，混凝土凝固時間的減慢，可以有效增大散熱量，減少水化熱的集中。同時混凝土中還可以加入少量的鋼筋或者纖維材料，將混凝土可能產(chǎn)生的溫度裂縫控制在不會嚴重損害碼頭結(jié)構(gòu)的范圍之內(nèi)。但需要注意適量，因為鋼筋和纖維材料會大大加重碼頭結(jié)構(gòu)，而對于軟土地基來說，支撐力比較弱，難以支撐起過重的結(jié)構(gòu)。碼頭結(jié)構(gòu)的裂縫，不僅僅會影響碼頭的正常使用，還會對碼頭的連接結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很強的破壞力，大大降低碼頭承載力的同時，還會加速碼頭的位移和沉降。

3.2 鋼筋侵蝕和混凝土碳化

鋼筋和混凝土是碼頭的主要原材料，因鋼筋腐蝕和混凝土碳化導致碼頭結(jié)構(gòu)損壞的情況十分常見。長期海水的浸泡使得混凝土碳化出現(xiàn)剝落或者裂縫等現(xiàn)象，而鋼筋經(jīng)海水中的化學成分侵蝕后會出現(xiàn)與混凝土之間的粘合力下降、承載力降低等現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)剝落或者是承載力下降，將會威脅到整個碼頭結(jié)構(gòu)的安全。根據(jù)研究表明混凝土的碳化程度與鋼筋的銹蝕程度呈一定的相關(guān)性?；炷翆︿摻钜财鹬欢ǖ谋Ｗo作用，混凝土的碳化會增加混凝土的裂縫，海水通過這些裂縫進入到內(nèi)部來侵蝕鋼筋，因此鋼筋銹蝕程度也會加重。

3.3 剝蝕現(xiàn)象

海水浸泡和風沙侵蝕容易導致混凝土漏水、酥松起落或者是蜂窩麻面等情況的出現(xiàn)。同時混凝土的脫落也會加速海水對鋼筋的銹蝕，進而破壞高樁碼頭支座的支持力，支持力不足會使得碼頭的接岸結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移偏離等情況。

3.4 結(jié)構(gòu)的破壞

在進行碼頭結(jié)構(gòu)澆筑之前，一定要對周圍的環(huán)境進行嚴密的勘查。高樁碼頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)造與周圍的環(huán)境以及所需要承載力有很大的相關(guān)性。同時高樁碼頭的施工技術(shù)也會嚴重影響碼頭的承載力。一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理或者施工技術(shù)錯誤等情況，很容易造成碼頭的承載力與所需支撐的外界載荷相差過大而造成的結(jié)構(gòu)變形，對于這種情況來說，修復(fù)起來難度大，危險性高。

3.5 地基的不均勻沉降

由于結(jié)構(gòu)的特殊性，當下的高樁碼頭一般是建立在軟土地基的條件下。而對于這種地質(zhì)條件，不僅承載力弱，還會產(chǎn)生不同程度的沉降，因此對高樁碼頭的地基牢固性要求很高，長時間遭受海水的浸泡和軟土地基的位移，碼頭很容易發(fā)生裂縫和傾斜等情況，需要做好防范。

3.6 其他

樁基結(jié)構(gòu)作為高樁碼頭結(jié)構(gòu)中最重要的一部分，一旦出現(xiàn)問題，將會對整個碼頭結(jié)構(gòu)造成不同程度的影響。由于環(huán)境的特殊性，樁基結(jié)構(gòu)在長期承受壓力和侵蝕后，容易發(fā)生沉降，造成整個樁基結(jié)構(gòu)的承載力不足。另外如果在前期設(shè)計時，樁基結(jié)構(gòu)的深度不夠，后方回填量就會增大，就會給碼頭的基樁帶來一定的負重，會形成上部結(jié)構(gòu)開裂，影響碼頭的正常使用。而如果在施工過程中碼頭的地基問題處理不當，會造成邊坡穩(wěn)定性不足，引起樁基沉降。

4.高樁碼頭施工優(yōu)化措施

4.1 灌注樁的施工控制

灌注樁的施工過程對整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來說非常重要。所以在施工過程中，要嚴格的控制護筒的沉放以及樁位的確定等。在沉放過程中，為了保證護筒垂直，可以采用錘球來進行檢測。并在出現(xiàn)偏差的時候做到及時調(diào)整。在灌注樁鉆孔施工的過程中，如果鉆機和護筒的中心線不處于同一條直線，那么就容易造成灌注樁歪斜支撐力減弱。成孔后還要進行沉渣厚度和泥漿比重檢測，在檢測完全合格后才可以安裝骨架。當下最常見的澆筑方法是導管法，這種方法不僅可以確保連續(xù)澆灌，危險性也低，可以有效避免出現(xiàn)斷筑。

4.2 岸坡穩(wěn)定性控制

由于環(huán)境的特殊性，岸坡的穩(wěn)定性很重要。因此在施工期間一定要特別注重岸坡穩(wěn)定性。要對開挖工序進行嚴格的分層，分等級分段控制，合理的安排工序和人手，同時在進行打樁工程時，要盡可能的避免打樁震動對岸坡穩(wěn)定性的影響。做好相關(guān)的監(jiān)督工作，一旦發(fā)現(xiàn)問題，要及時調(diào)整。

4.3 沉樁施工

在進行這一項工程時，要提前做好設(shè)計報告，并對施工部分的土層質(zhì)量分布和土層范圍等指標進行細致的分析，選取合適的鉆探地區(qū)。在正式沉樁前要進行試樁，由其結(jié)果決定單樁的承載力。對于同一片地區(qū)的不同樁基，要保證使用的工具型號、深度等一致。如果碰到比較堅硬的土質(zhì)，可以在進行沉樁前做一些試驗來確定能夠進入土層的深度和力度。最后還要充分考慮土壤變化的預(yù)防方案，綜合確定土壤層沉樁的標高和施工計劃。

4.4 墩臺施工

墩臺作為高樁碼頭構(gòu)建中最重要的一個部件，需要在施工過程中盡可能的嚴謹和采用合適的工藝。墩臺的表面要做好除銹和磨砂處理，避免因海水風沙的長期侵蝕，出現(xiàn)銹蝕破損等情況。同時，如果墩臺底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均的情況，墩臺的懸臂則會出現(xiàn)下沉、歪斜，很容易發(fā)生安全事故。我們可以在墩臺的底部使用八字腳來增強其穩(wěn)定性。也可以在其直角上采取圓角處理，這樣不僅可以大大的減少船只碰撞或者海水侵蝕造成的墩臺損害，也可以有效地提升墩臺的承載力和持久力。

4.5 有關(guān)材料的措施

由于碼頭結(jié)構(gòu)需要長期經(jīng)受海水和風沙的侵蝕，所以對其材料持久性的要求要更高，可以選用450千克每立方米以下的硅酸鹽水泥，這種水泥可以有效抵御水中化學物質(zhì)的侵蝕，增加碼頭結(jié)構(gòu)的牢固性。對于粗骨料的選用可以選取不容易破裂的碎石或者卵石，細骨料盡可能選用含碳低的，穩(wěn)定性高的粉煤灰和木鈣減水劑，可有效預(yù)防碳化，并在攪拌時加入一定的緩凝劑，減少水熱化聚集。為了防止鋼筋銹蝕，可以在混凝土中加入一定的阻銹劑，或者對外露的鋼筋涂隔離層，防止侵蝕。

5.結(jié)束語

經(jīng)濟的發(fā)展，國家對外開放的推進，推動了水運市場的發(fā)展，天然碼頭已不能滿足當下的需求，我們不得不構(gòu)建更多的人工碼頭。而對于支撐力和抗壓力都比較弱的軟土地基來說，更適合采用高樁碼頭結(jié)構(gòu)，但當下的高樁碼頭仍存在耐久性差，承載力弱和自身容易受到損壞等缺點，所以我們在施工過程中，一定要確保充分的勘察地質(zhì)環(huán)境，并嚴格規(guī)范構(gòu)建步驟，盡可能的提高碼頭的可靠性和穩(wěn)定性。