淺談復合式碼頭結構—板樁碼頭與重力式碼頭相結合的碼頭結構

■朱俊裕，王小渭

■1．中交上海港灣工程設計研究院有限公司，上海 200000;2．上海港灣工程質量檢測有限公司，上海 200000

碼頭按照結構型式可分為重力式碼頭、板樁碼頭、高樁碼頭及復合式碼頭等。實際應用中，我們會根據各地區的地質情況、水文、材料供應、施工條件及碼頭使用要求選用不同的碼頭結構形式，一般情況下選用高樁、板樁及重力式的結構較多，復合結構的較少。本文就以南通港如皋港區長青沙港池工程為例，介紹板樁碼頭與重力式碼頭相結合的復合式碼頭結構形式在工程實例中的應用。

1 工程概況

南通港如皋港區長青沙港池工程建設規模為挖入式港池一座，港池長722m，寬160m，兩側布置碼頭泊位，碼頭面標高為5.2m，泥面標高－5.3m，設計船型為5000DWT長江駁船。工程水工建筑物結構安全等級為Ⅱ級。

1．1 工程建設所面臨問題的分析

根據工程所在區域地質情況和設計要求，該工程在設計和施工過程中需注意以下幾個方面：

(1)場地淺層土的工程性質比較差，必須進行原位處理或換填;(2)場地存在可液化的飽和軟土層，必須消除其液化性能;

(3)場地內土層很不均勻，特別是在地面標高不足而需要大面積填土的情況下會引起較大的不均勻沉降;

(4)碼頭還需填土厚度約2.3m，它既是下伏土層的荷載，也是需要壓實的土層;

2．2 建設方案比選

針對以上問題的分析，碼頭結構可選擇的方案有板樁式、高樁式，其各自特點如下：

(1)板樁式。下部采用600mm厚地下連續墻，上部為現澆胸墻+鋼拉錨桿。由于墻后土體較差，進行換填并分層碾壓，這種方法可以滿足設計要求，但造價比較高。且板樁墻后方土體長期蠕變可能導致錨碇系統松弛導致位移較大，從而對碼頭安全造成威脅。

(2)高樁式。在現地面以下碼頭前緣采用一排鉆孔灌注樁擋土和兩排水泥土攪拌樁止水，后面采用多根PHC樁，胸墻采用扶壁式現澆鋼筋混凝土結構，胸墻填土并分層壓實，此方法可以滿足要求，但造價相對較高，另外樁周圍的土體自重固結沉降后會對其產生較大的負摩阻力，不利于正常工作。

(3)復合式結構方案。針對以上情況，經過綜合考慮決定選用一種板樁與重力式相結合的結構形式，即在現地面以下碼頭前緣采用密排鉆孔灌注樁，其后采用一定寬度的格柵式水泥土攪拌樁，胸墻采用扶壁式現澆鋼筋混凝土結構。如此可由上下兩部分共同承擔上部豎向荷載與后方土體的水平荷載。

我們認為此復合式碼頭方案機理明確，對工程所在區域的不利地質情況適應性較強，造價也相對較低?？紤]到為了消除軟土液化、減少后方土體的沉降量和不均勻沉降，必須事先進行地基處理，因此總體方案應該是：①對水泥土攪拌樁外邊寬約25m的區域進行地基處理，處理深度需達到現地面標高以下5～7m;②施工鉆孔灌注樁和水泥土攪拌樁;③以上灌注樁與攪拌樁達到28天強度后進行扶壁式胸墻澆注及倒濾體等施工;④鋼筋混凝土胸墻達到28天強度后，回填土并分層分段碾壓到設計標高;⑤施工面層、交工;⑥港池開挖到設計標高。

施工參數如下：

地基處理采用動力排水快速固結法，這種方法可以在短時間內快速提高地基承載力和減少施工后沉降。

碼頭前沿采用φ800@900的密排鉆孔灌注樁，其后采用規格為φ700@500、寬為9.2m的水泥土攪拌樁，水泥摻量為16%，水泥強度等級為32.5級以上普通硅酸鹽水泥，水灰比0.45～0.5。

回填土要求：顆粒級配曲線中不均勻系數要求大于10，曲率系數要求在1～3之間。

結構示意圖如下：

圖1 如皋港長青沙港池斷面示意圖

2 上述復合式碼頭結構計算分析原理

本結構方案采用的是板樁與重力式相結合的復合式碼頭結構形式，計算時應同時要考慮板樁碼頭和重力式碼頭的計算方法。

2．1 按板樁碼頭計算

按照無錨板樁碼頭進行計算，水泥攪拌樁處理區域的土體，原狀土粘聚力4～16kPa，內摩擦角14.7～21.1°，經處理后，該區域土質力學性質可取粘聚力為0.1MPa，內摩擦角為20°，雙軸水泥土攪拌樁同時作為防滲止水帷幕;通過計算板樁墻內力及踢腳穩定，初步確定作為板樁墻的灌注樁直徑及樁長;再進行整體穩定性驗算及單樁垂直極限承載能力計算最終確定灌注樁的長度。

2．2 按重力式碼頭計算

按照重力式碼頭進行計算，將灌注樁連續墻、錨板、胸墻及格柵式水泥攪拌樁視為整體，進行整體結構的抗傾、抗滑及地基承載力計算，由此確定整體結構的寬度及深度。

3 結構施工過程中主要注意事項

(1)本工程樁基施工過程中需注意施工順序：先進行鉆孔灌注樁的施工，再做雙軸水泥攪拌樁。如果順序調換，則由于鉆孔灌注樁孔徑和深度較大，加上攪拌樁本身就存在下部咬合不好的問題，如果受鉆孔樁施工擾動，其整體性將會受到一定破壞，止水防滲效果就會下降;為能有效的提高結構耐久性，防止碼頭前沿灌注樁后方的雙軸水泥攪拌樁因施工不到位而造成水土流失，故在灌注樁樁間設置高壓旋噴樁進行封堵。

(2)本工程中水泥攪拌樁作為結構的重要組成部分，一定要嚴格按照設計提出的要求進行施工。

(3)本工程將胸墻、錨板及水泥攪拌樁連接成為整體結構，故錨板及胸墻的施工要待灌注樁及水泥攪拌樁達到28天強度后并待水泥攪拌樁沉降完成后進行，否則容易在錨板及水泥攪拌樁樁頭間出現空洞而導致錨板破壞，設計時還應充分考慮水泥攪拌樁周圍土體對攪拌樁的負摩阻力。

(4)土方回填。胸墻混凝土強度達到28天強度后，方可進行后方回填土施工，胸墻后方填料應分層回填及壓實，每層填土虛鋪厚度：對人工夯實不宜大于0.2m，對機械夯實或輾壓不宜大于0.4m，回填順序應為自離墻背近處向離墻背遠處依次回填。

4 結束語

目前，長青沙港池運營良好，水工構件上也未出現明顯問題。綜合上述復合式結構在設計、施工上的分析以及實際使用情況，該方案適用于工程土質較差、前沿水深不大的中小型岸壁式碼頭，且具有安全可靠、整體性好、施工簡便且造價較低等優點。不過需要注意的是，水泥攪拌樁的施工質量關系著整個工程的質量，因此該結構方案對水泥攪拌樁的施工質量要求較高。

［1］《板樁碼頭設計與施工規范》 JTS167－3－2009．

［2］《重力式碼頭設計與施工規范》 JTS167－2－2009．

［3］《高樁碼頭設計與施工規范》 JTS167－1－2010．

［4］《港口工程樁基規范》 JTS167－4－2012．

［5］《港口工程地基規范》 JTS147－1－2010．

［6］《建筑地基處理技術規范》 JGJ79－2002．