帶既有護岸結構老港改造項目PHC樁沉樁規律研究

馮光華，劉志威

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

0 引言

為保證港口作業安全，實現港口的可持續發展，對舊有碼頭進行升級改造是目前水運工程行業面臨的重要課題[1]。國內外同行在老港升級改造方面進行了大量的工程實踐[2-5]。胡家順等[6]結合海港碼頭結構升級改造的實際案例，將重力式和高樁碼頭的結構劃分為碼頭前沿線不變和碼頭前沿線前移兩類。李華強等[7]為解決媽灣電廠專用卸煤碼頭升級改造中的穩定和安全靠泊問題，提出了模袋混凝土護底結構、基床局部高壓灌漿及大型漂浮式護舷等技術解決方案。在招商港務(深圳)有限公司10號泊位改造工程中，大直徑管樁的樁尖設置樁靴以打入標貫擊數在80擊的強風化巖層[8]。而帶既有護岸的老港改造項目PHC樁沉樁作業能否沉樁至設計標高、既有護岸穿透過程中是否會出現樁偏位的情況以及沉樁振動是否會導致護岸滑移，是老港改造樁基工程面臨的技術問題。

1 工程概況

項目位于非洲東海岸的坦桑尼亞達累斯薩拉姆港，共建設8個泊位及2個堆場，其中RORO泊位和4～7號泊位采用高樁梁板式結構，RORO泊位總長320m,采用直徑0.8m PHC樁作為樁基礎[9]。1～3號泊位總長573m，是在保留原重力式碼頭結構基礎上，海側外擴高樁承臺式結構。4～7號泊位碼頭總長696m,須將原碼頭面層結構、附屬設施和樁基礎拆掉，在原址上及海側外拓新建高樁梁板式結構碼頭，樁基礎采用PHC樁和灌注樁，項目平面布置如圖1所示。

圖1 項目施工平面布置

2 既有護岸結構區域PHC樁沉樁分析

2.1 4號和5號泊位碼頭樁基概況

4號和5號泊位碼頭面尺寸分別為151m×41m和183m×40m，海側外擴部分采用PHC樁。上述2個泊位從海側到岸側，樁基分為7排，海側前3排D，E，F樁基均為PHC樁，后4排G，H，J，K樁基為灌注樁。PHC樁樁徑為1m，壁厚130mm。4號泊位E排為俯樁(斜率4∶1，扭角25°)，F排為仰樁(斜率4∶1，扭角0°)。4，5號泊位標準段樁基平面布置分別如圖2，3所示，樁基設計參數如表1所示。

圖2 4號泊位樁基平面布置

圖3 5號泊位樁基平面布置

表1 項目4號泊位和5號泊位PHC樁設計參數

4號和5號泊位碼頭改造前舊碼頭泥面標高為-10.060m，D，E排PHC樁位于既有護岸結構坡腳區域。其中4號泊位F排俯樁斜向穿插經過護岸塊石層，以4號泊位D排直樁最大樁尖標高為-34.000m。既有護岸結構塊石如圖4所示。

圖4 既有護岸結構塊石

2個泊位的剖面如圖5，6所示，4號泊位斜樁樁尖標高-33.000m,直樁樁尖標高-34.000m，持力層均為N=83～188擊的珊瑚礁礫砂巖。5號泊位直樁樁尖標高為-32.000m和-33.000m，持力層均為N=103～188擊的珊瑚礁礫砂巖。

圖5 項目4號泊位剖面

圖6 項目5號泊位剖面

2.2 沉樁施工對既有護岸結構的影響

PHC樁沉樁采用永安YC系列液壓錘，錘芯重30t，沉樁施工時錘芯跳高為30cm，施工前復核樁身垂直度，根據實際需要通過微調壓倉水或樁架傾斜度進行定位精度微調。停錘標準采用設計樁尖標高和貫入度雙控。滿足以下3個條件之一，可以收錘。

1)最后3陣，每陣10 擊，平均貫入度≤5mm/擊，且達到設計樁尖標高，可以終錘；如果達到設計標高貫入度仍>5mm/擊，應繼續沉樁至貫入度<5mm/擊。

2)未達到設計樁尖標高，平均貫入度≤3mm/擊(最后3陣，每陣10 擊)，且樁尖距設計值≤1.0m，可以終錘。

3)其他異常情況應停錘，需檢查樁身質量，綜合評估沉樁過程記錄、地質情況及時反饋設計。

2.2.1既有護岸結構坡腳疏浚對護岸的影響

在5號泊位取塊狀較大的巖樣進行打磨后測試抗壓強度，3個芯樣無側限抗壓強度值在15.5～18.9MPa。4號泊位采用抓斗船疏浚至設計標高后進行沉樁作業，清除了既有護岸的坡腳塊石。5號泊位不進行疏浚工作，直接進行沉樁作業。4號泊位和5號泊位進行沉樁作業前，均在碼頭縱向長度的中間位置布設測斜管，采用潛孔鉆鉆穿現有碼頭面在下方布設測斜管。測斜管埋深28.5m，深度方向測量間距為0.5m以監測沉樁過程中舊護岸塊石層及下方地質位移值。位移監測采用RST數字測斜儀，監測頻率為每3天監測1次。4號泊位和5號泊位沉樁過程中護岸累計滑移量與深度的關系曲線如圖7,8所示。

圖7 項目4號泊位深層位移監測結果

圖8 項目5號泊位深層位移監測結果

由上圖可知，4號泊位最大水平位移為17.4cm，5號泊位最大水平位移為8.2cm，5號泊位最大水平位移僅為4號泊位值的47.1%。4號泊位未進行護岸坡腳塊石的疏浚，其舊護岸的滑動位移較大，其19d內沉樁施工累計位移值相差超過2倍。先沉樁后疏浚利于降低PHC樁沉樁過程對既有護岸結構的擾動。但上述2個泊位沉樁施工完畢后，PHC樁沒有明顯傾斜的現象，低潮位露出水面的護岸塊石層也無明顯變化，既有護岸在沉樁后保持穩定。

2.2.2沉樁過程不同樁尖形式對護岸的影響

選取純鋼管樁靴、內嵌十字樁尖和外突十字樁尖這3種不同的樁尖形式樁基各1根在4號泊位、5號泊位各施打3根試驗樁，均為直樁、連續排架號，內嵌十字樁尖樁靴結構如圖9所示，3根試驗樁均沉樁至設計標高，得到不同土層的貫入度值如圖10,11所示。

圖9 內嵌十字樁尖的樁靴結構

圖10 項目4號泊位不同樁靴試驗樁貫入度變化

圖11 項目5號泊位不同樁靴試驗樁貫入度變化

4號泊位因為清除了護岸坡腳塊石，樁尖首層土為N=7～12擊的松散黏土層含貝殼珊瑚碎片。而5號泊位樁尖首層土為舊護岸塊石，其初始貫入度較小。在同一個泊位相同情況下，純鋼管樁靴、內嵌十字樁尖、外突十字樁尖樁基的沉樁貫入度依次增加，3種樁尖形式的樁基穿透能力依次增強。

2個泊位的各3根不同樁尖形式樁基沉樁后碼頭深層位移如圖12,13所示。4號泊位外凸十字樁尖、內嵌十字樁尖、純鋼管樁靴3種樁靴形式樁基沉樁后碼頭深層位移最大值分別為：3.17，3.45，3.96mm。5號泊位外凸十字樁尖、內嵌十字樁尖、純鋼管十字樁尖樁基沉樁后碼頭深層位移最大值分別為：1.29，1.56，1.77mm。2個泊位的外凸型十字樁尖的鋼樁靴樁基沉樁后碼頭的最大深層位移值最小，純鋼管的樁靴形式其深層位移值最大。

圖12 4號泊位試驗樁沉樁后護岸深層位移

圖13 5號泊位試驗樁沉樁后護岸深層位移

2.2.3既有護岸碼頭樁偏位及樁尖標高分析

針對不同樁尖形式樁基，分別選取50根樁樁基位偏差值進行統計，如圖14～16所示；選取50根樁基進行實際樁尖高程與設計標高距離對比，如圖17～19所示。

圖14 帶純護筒樁靴樁基偏位統計

圖15 帶內嵌型十字樁尖樁基偏位統計

外凸型十字樁尖樁基均能達到收錘標準，比設計標高平均高0.13m，實際樁位比設計樁位偏差平均為21cm，大于24cm的有7根。

純鋼護筒樁靴樁基實際標高比設計標高平均高0.64m，有8根不能達到收錘標準。實際樁位比設計樁位偏差平均為16cm。

內嵌型十字樁尖樁基實際標高比設計標高平均高0.31m，有2根不能達到收錘標準。實際樁位比設計樁位偏差平均值為4.3cm。

圖16 帶外凸型十字樁尖樁基偏位統計

圖17 外突型十字樁尖樁樁基尖標高與設計值差距

圖18 純鋼護筒樁靴型樁樁基尖標高與設計值差距

圖19 內嵌型十字樁尖樁樁基尖標高與設計值差距

3種樁靴形式的樁基均能穿透既有護岸塊石，但樁尖不容易達到設計標高，樁尖進入強風化珊瑚礁礫砂巖層巖里面0.5m以內。綜合樁基的穿透能力及沉樁后的樁位偏差，帶既有護岸結構的老港改造項目優先采用內嵌型十字樁尖。

采用外凸型的十字樁尖樁偏位較大，最大樁位偏差值達到28.7cm，因此上部結構的橫梁施工需要局部加寬。

3 結語

1)舊碼頭下方的護岸坡腳塊石應在沉樁后進行疏浚作業，可減少沉樁作業擾動引起的既有護岸結構的滑動位移，有利于維持原有護岸結構的穩定。

2)帶既有護岸結構的區域沉樁施工PHC樁能穿透既有護岸塊石，樁尖不容易達到設計標高，樁尖進入強風化珊瑚礁礫砂巖層巖里面0.5m以內。

3)綜合樁基的穿透能力及沉樁后的位移偏差，帶既有護岸結構的區域沉樁優先采用內嵌型十字樁尖的樁靴形式。