滨海相沉积海域水工建筑物基础类型选择
廖振华
摘 要：在港口工程当中，桩基可采用多种形式，其设计方案以及施工技术都有较高的难度，并且在整个工程建设当中占据较大的工程总价比例。本文结合具体工程实例，阐述在滨海相沉积平原地貌环境下码头工程PHC桩基的设计与应用，供类似工程施工参考。
关键词：港口工程；滨海相；PHC桩；嵌岩
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0046-03
滨海相沉积平原地貌广泛地分布在沿海区域，因此在港口工程设计当中也十分常见。滨海相沉积区域土层一般上部有一定厚度的软弱粘性土和松散砂土层覆盖层，含水量高、压缩性高，工程地质性质较差且不宜作为码头结构基础的持力层，下部为性质较好的具有不同风化程度的风化岩，但岩面起伏较大。在此类地质条件下进行桩基设计时，如重视不够或处理不当，极易产生质量隐患和缺陷，增加施工成本，或造成不必要的经济损失。本文结合境外某工程实例，阐述在滨海相沉积平原地貌环境下码头工程桩基的设计与应用，对于保证工程质量，提高工程建设效益具有一定意义。
1 工程概况
某电厂配套码头位于西太平洋岛弧带中部沿海，工程海域为滨海相沉积平原地貌，海岸多为砂质海滩，西南近岸侧局部有零星礁石出露，水下地形整体呈现由海侧向岸侧逐渐升高走势，码头设计规模为8，000t海运驳船泊位，码头长120m，宽18m，码头通过引桥与陆域连接，引桥长1，600m，宽7.6m，码头、引桥水域泥面标高一般为0.0～-6.0m。码头平面布置见图1。
2 设计条件
2.1 水文
2.1.1 设计水位
设计高水位1.38m（海图基面，下同），设计低水位-0.02m，极端高水位2.08m，极端低水位-0.32m。
2.1.2 设计波浪
工程区海岸向西开敞，西北季风期风浪可以充分成长。工程区控制浪向WNW-NNW向50年一遇设计波要素见表1。
2.1.3 海流
工程海域属于规则全日潮流，由于受当地地形影响和潮波传播变形，潮流浅水影响非常显著，工程区海域设计流速为1.5m/s。
2.2 工程地质
根据该区域勘探报告，粉质黏土及其以上土层一般为软弱黏性土层或松散砂土层，且分布广泛，工程地质性质较差，均不宜作为持力层；残积砂质黏性土层可塑偏硬或硬塑，工程地质性质较好，在一般埋深较浅或厚度较薄的区域，不宜作为桩基持力层，在埋深与厚度适中的区域，可作为桩基持力层；全风化花岗岩，强风化花岗岩，工程地质性质较好，主要在码头附近区域及引桥局部区域较为发育，厚度较大且埋深适中，可选用作为打入桩基持力层，但该二层在引桥部分区域，厚度较薄且埋深较浅，不适宜选做桩基持力层，在此类区段可选用中风化花岗岩作为桩基持力层，桩型可选用嵌岩桩（见表2）。
2.3 地震设防烈度
场地设计基本地震加速度值按0.1g考虑，对应的抗震设防烈度按7度考虑。本场地土的类型为中软场地土，场地类别为Ⅲ类。
2.4 设计荷载
2.4.1 均布荷载
码头面均布荷载20kN/m2，引桥面均布荷载10kN/m2。
2.4.2 工艺荷载
（1）2台固定式卸船机：每台固定式缷船机垂直力3，000kN，最大倾覆力矩20，000kNm，最大水平力800kN。
（2）25t平板车：轴距5.20m+1.25m，轴数3，轴压100kN+2×120kN，每轴8个轮子，轮胎接地面积0.5m×0.2m。
（3）40t汽车式起重机：自重35.7t，使用吊重16.0t。
3 码头结构型式
码头平台结构采用高桩梁板结构型式，长120m，宽18m，码头面顶标高5.60m，码头前沿设计泥面-5.70m，一般排架间距为8m，桩基采用直径1000mmPHC桩，每榀排架设置4根桩，为承受船舶系缆力、撞击力、挤靠力以及波浪水流产生的水平力，其中间布置1对斜桩。上部结构为现浇横梁，叠合式纵梁和面板。
连接码头与陆域的引桥长1600m，宽7.6m，采用桩基排架结构，排架间距16m，桩基采用直径1000mmPHC桩，每榀排架设置2根斜桩。上部结构为现浇横梁，叠合式预应力空心板，为增加引桥横向刚度，预制空心板通过现浇层与横梁连成整体，并每隔一段距离设置一个简支跨。
4 桩基设计
4.1 桩型选取
在港口工程当中，应用较为广泛的打入桩有钢管桩和预应力混凝土管桩。钢管桩强度高、抗弯能力大；可承受较大的水平力，弹性好，能吸收较大的变形能；穿过硬土层能力强，且制作方便、施打容易。但钢管桩钢材用量大、造价较高，且易腐蚀，耐久性差，后期维护费用较高。因此，钢管桩一般用于受风浪、水流及船舶作用力较大的深水码头。
预应力混凝土管桩根据制造工艺的不同，分为后张法和先张法2种。后张法预应力混凝土管桩采用后张法施加预应力，需在专门的预制厂离心机上分节预制，管节预制的分节长度一般为1～4m。分节运至施工现场后，拼接成需要的桩长，并一次性施加后张预应力。
先张法预应力混凝土管桩也称PHC管桩，其制作采用高速离心、两次养护的工艺，主筋一般采用预应力钢筋，桩身混凝土强度不低于C80。PHC管桩由于具有单桩承载力高、设计选用范围广、吊装运输方便、桩身耐打且穿透力强、施工方便、综合选价低等优点，在港口工程当中得到广泛的使用。
根据工程區域场地土层的特性，在水深合适打桩的区域，码头和引桥的桩基均采用PHC桩，桩径为1m，桩尖3m为钢桩靴，桩尖进入强风化岩层。工程建设水域岩面起伏较大，部分区域中风化岩顶板较高（11.2m～13m），覆盖层厚度较薄且工程性质较差，因此该区域的桩基由于承载力不满足要求，需要进行PHC桩灌注嵌岩施工。桩基计算结果见表3。
4.2 沉桩标准
持力层为残积砂质黏性土的摩擦桩沉桩标准为：以标高控制为主，贯入度小于5mm作为校核；当桩尖未达到设计标高，且超高小于1m时，以最后200mm，平均贯入度小于2mm为停锤标准。持力层为基岩的端承桩沉桩标准为：沉桩以贯入度控制为主，超高小于1m作为校核，以最后200mm，平均贯入度小于2mm为停锤标准。由于该工程附近无类似港口工程，沉桩能否达到设计桩尖标高，停锤标准是否合适，均无可供参考的资料。因此在桩基施工前，需要进行试打桩试验。另外为验证沉桩效果，确定桩基的轴向承载力和桩身完整性，需要对桩基进行动力测试。
4.3 PHC桩嵌岩
工程建设水域岩面起伏较大，部分区域中风化岩顶板较高（11.2m～13m），覆盖层厚度较薄且工程性质较差，该区域的桩基由于承载力不满足要求，需要进行PHC桩灌注嵌岩施工。
PHC桩嵌岩要求进入中风化岩不小于3m，施工采用钻机成孔，并对所有桩进行超声波完整性检测。在嵌岩施工中，以渣样对比方法判断强风化岩层和中风化岩层的分界：对单程冲击钻机泥浆反循环排渣的渣样含中等风化层70%以上，视作已进入中等风化层，在此基础上继续钻进50cm作为中等风化岩起始面标高；对泵吸和气举反循环排渣的，其渣样中中等风化层含量必须在100%，在此基础上继续钻进50cm作为中等风化岩起始面标高。PHC桩嵌岩结构图见图2。
5 结束语
滨海相沉积平原地貌在港口工程设计当中也十分常见，该种区域土层一般上部有一定厚度的软弱粘性土和松散砂土层覆盖层，含水量高、压缩性高，工程地质性质较差且不宜作为码头结构基础的持力层，下部为性质较好的具有不同风化程度的风化岩，但岩面起伏较大。对于在该种类型场地上建设码头工程，基础类型的选择直接影响到施工的难易程度与工程的总造价。综合场地土层的特性与工程造价等因素，水工建筑物的基础可选用力学性能良好和价格较低的PHC桩。当中风化岩顶板较高，覆盖层厚度较薄且工程性质较差，桩基承载力不满足要求时，可考虑进行PHC桩灌注嵌岩施工。
参考文献：
[1]郭天祥，王欣.预应力管桩基础在滨海腐蚀性场地的应用[J].建筑结构，2009，39（02）：73-74.
[2]丁昕.预应力管桩基础在滨海相场地中的设计[J].建筑结构，2012，42（S1）：839-843.
[3]李华强.PHC管桩嵌岩施工中常见问题及措施[J].中国水运（下半月），2010，10（04）：202-203.
[4]付爱珍，郭春玲.PHC嵌岩桩在某电厂重件码头工程中的应用[J].港工技术，2010，12（6）：30-34.
[5]赵敬考，顿军华，赵冬生，王宏志.海上倾斜PHC管桩内钻孔嵌岩工程实践[J].勘察科学技术，2015（03）：31-33.
[6]JTJ 285-2000.港口工程嵌巖桩设计与施工规程[S].2000.
[7] JTS 167-8-2013.水运工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程[S].2013.
摘 要：在港口工程当中，桩基可采用多种形式，其设计方案以及施工技术都有较高的难度，并且在整个工程建设当中占据较大的工程总价比例。本文结合具体工程实例，阐述在滨海相沉积平原地貌环境下码头工程PHC桩基的设计与应用，供类似工程施工参考。
关键词：港口工程；滨海相；PHC桩；嵌岩
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0046-03
滨海相沉积平原地貌广泛地分布在沿海区域，因此在港口工程设计当中也十分常见。滨海相沉积区域土层一般上部有一定厚度的软弱粘性土和松散砂土层覆盖层，含水量高、压缩性高，工程地质性质较差且不宜作为码头结构基础的持力层，下部为性质较好的具有不同风化程度的风化岩，但岩面起伏较大。在此类地质条件下进行桩基设计时，如重视不够或处理不当，极易产生质量隐患和缺陷，增加施工成本，或造成不必要的经济损失。本文结合境外某工程实例，阐述在滨海相沉积平原地貌环境下码头工程桩基的设计与应用，对于保证工程质量，提高工程建设效益具有一定意义。
1 工程概况
某电厂配套码头位于西太平洋岛弧带中部沿海，工程海域为滨海相沉积平原地貌，海岸多为砂质海滩，西南近岸侧局部有零星礁石出露，水下地形整体呈现由海侧向岸侧逐渐升高走势，码头设计规模为8，000t海运驳船泊位，码头长120m，宽18m，码头通过引桥与陆域连接，引桥长1，600m，宽7.6m，码头、引桥水域泥面标高一般为0.0～-6.0m。码头平面布置见图1。
2 设计条件
2.1 水文
2.1.1 设计水位
设计高水位1.38m（海图基面，下同），设计低水位-0.02m，极端高水位2.08m，极端低水位-0.32m。
2.1.2 设计波浪
工程区海岸向西开敞，西北季风期风浪可以充分成长。工程区控制浪向WNW-NNW向50年一遇设计波要素见表1。
2.1.3 海流
工程海域属于规则全日潮流，由于受当地地形影响和潮波传播变形，潮流浅水影响非常显著，工程区海域设计流速为1.5m/s。
2.2 工程地质
根据该区域勘探报告，粉质黏土及其以上土层一般为软弱黏性土层或松散砂土层，且分布广泛，工程地质性质较差，均不宜作为持力层；残积砂质黏性土层可塑偏硬或硬塑，工程地质性质较好，在一般埋深较浅或厚度较薄的区域，不宜作为桩基持力层，在埋深与厚度适中的区域，可作为桩基持力层；全风化花岗岩，强风化花岗岩，工程地质性质较好，主要在码头附近区域及引桥局部区域较为发育，厚度较大且埋深适中，可选用作为打入桩基持力层，但该二层在引桥部分区域，厚度较薄且埋深较浅，不适宜选做桩基持力层，在此类区段可选用中风化花岗岩作为桩基持力层，桩型可选用嵌岩桩（见表2）。
2.3 地震设防烈度
场地设计基本地震加速度值按0.1g考虑，对应的抗震设防烈度按7度考虑。本场地土的类型为中软场地土，场地类别为Ⅲ类。
2.4 设计荷载
2.4.1 均布荷载
码头面均布荷载20kN/m2，引桥面均布荷载10kN/m2。
2.4.2 工艺荷载
（1）2台固定式卸船机：每台固定式缷船机垂直力3，000kN，最大倾覆力矩20，000kNm，最大水平力800kN。
（2）25t平板车：轴距5.20m+1.25m，轴数3，轴压100kN+2×120kN，每轴8个轮子，轮胎接地面积0.5m×0.2m。
（3）40t汽车式起重机：自重35.7t，使用吊重16.0t。
3 码头结构型式
码头平台结构采用高桩梁板结构型式，长120m，宽18m，码头面顶标高5.60m，码头前沿设计泥面-5.70m，一般排架间距为8m，桩基采用直径1000mmPHC桩，每榀排架设置4根桩，为承受船舶系缆力、撞击力、挤靠力以及波浪水流产生的水平力，其中间布置1对斜桩。上部结构为现浇横梁，叠合式纵梁和面板。
连接码头与陆域的引桥长1600m，宽7.6m，采用桩基排架结构，排架间距16m，桩基采用直径1000mmPHC桩，每榀排架设置2根斜桩。上部结构为现浇横梁，叠合式预应力空心板，为增加引桥横向刚度，预制空心板通过现浇层与横梁连成整体，并每隔一段距离设置一个简支跨。
4 桩基设计
4.1 桩型选取
在港口工程当中，应用较为广泛的打入桩有钢管桩和预应力混凝土管桩。钢管桩强度高、抗弯能力大；可承受较大的水平力，弹性好，能吸收较大的变形能；穿过硬土层能力强，且制作方便、施打容易。但钢管桩钢材用量大、造价较高，且易腐蚀，耐久性差，后期维护费用较高。因此，钢管桩一般用于受风浪、水流及船舶作用力较大的深水码头。
预应力混凝土管桩根据制造工艺的不同，分为后张法和先张法2种。后张法预应力混凝土管桩采用后张法施加预应力，需在专门的预制厂离心机上分节预制，管节预制的分节长度一般为1～4m。分节运至施工现场后，拼接成需要的桩长，并一次性施加后张预应力。
先张法预应力混凝土管桩也称PHC管桩，其制作采用高速离心、两次养护的工艺，主筋一般采用预应力钢筋，桩身混凝土强度不低于C80。PHC管桩由于具有单桩承载力高、设计选用范围广、吊装运输方便、桩身耐打且穿透力强、施工方便、综合选价低等优点，在港口工程当中得到广泛的使用。
根据工程區域场地土层的特性，在水深合适打桩的区域，码头和引桥的桩基均采用PHC桩，桩径为1m，桩尖3m为钢桩靴，桩尖进入强风化岩层。工程建设水域岩面起伏较大，部分区域中风化岩顶板较高（11.2m～13m），覆盖层厚度较薄且工程性质较差，因此该区域的桩基由于承载力不满足要求，需要进行PHC桩灌注嵌岩施工。桩基计算结果见表3。
4.2 沉桩标准
持力层为残积砂质黏性土的摩擦桩沉桩标准为：以标高控制为主，贯入度小于5mm作为校核；当桩尖未达到设计标高，且超高小于1m时，以最后200mm，平均贯入度小于2mm为停锤标准。持力层为基岩的端承桩沉桩标准为：沉桩以贯入度控制为主，超高小于1m作为校核，以最后200mm，平均贯入度小于2mm为停锤标准。由于该工程附近无类似港口工程，沉桩能否达到设计桩尖标高，停锤标准是否合适，均无可供参考的资料。因此在桩基施工前，需要进行试打桩试验。另外为验证沉桩效果，确定桩基的轴向承载力和桩身完整性，需要对桩基进行动力测试。
4.3 PHC桩嵌岩
工程建设水域岩面起伏较大，部分区域中风化岩顶板较高（11.2m～13m），覆盖层厚度较薄且工程性质较差，该区域的桩基由于承载力不满足要求，需要进行PHC桩灌注嵌岩施工。
PHC桩嵌岩要求进入中风化岩不小于3m，施工采用钻机成孔，并对所有桩进行超声波完整性检测。在嵌岩施工中，以渣样对比方法判断强风化岩层和中风化岩层的分界：对单程冲击钻机泥浆反循环排渣的渣样含中等风化层70%以上，视作已进入中等风化层，在此基础上继续钻进50cm作为中等风化岩起始面标高；对泵吸和气举反循环排渣的，其渣样中中等风化层含量必须在100%，在此基础上继续钻进50cm作为中等风化岩起始面标高。PHC桩嵌岩结构图见图2。
5 结束语
滨海相沉积平原地貌在港口工程设计当中也十分常见，该种区域土层一般上部有一定厚度的软弱粘性土和松散砂土层覆盖层，含水量高、压缩性高，工程地质性质较差且不宜作为码头结构基础的持力层，下部为性质较好的具有不同风化程度的风化岩，但岩面起伏较大。对于在该种类型场地上建设码头工程，基础类型的选择直接影响到施工的难易程度与工程的总造价。综合场地土层的特性与工程造价等因素，水工建筑物的基础可选用力学性能良好和价格较低的PHC桩。当中风化岩顶板较高，覆盖层厚度较薄且工程性质较差，桩基承载力不满足要求时，可考虑进行PHC桩灌注嵌岩施工。
参考文献：
[1]郭天祥，王欣.预应力管桩基础在滨海腐蚀性场地的应用[J].建筑结构，2009，39（02）：73-74.
[2]丁昕.预应力管桩基础在滨海相场地中的设计[J].建筑结构，2012，42（S1）：839-843.
[3]李华强.PHC管桩嵌岩施工中常见问题及措施[J].中国水运（下半月），2010，10（04）：202-203.
[4]付爱珍，郭春玲.PHC嵌岩桩在某电厂重件码头工程中的应用[J].港工技术，2010，12（6）：30-34.
[5]赵敬考，顿军华，赵冬生，王宏志.海上倾斜PHC管桩内钻孔嵌岩工程实践[J].勘察科学技术，2015（03）：31-33.
[6]JTJ 285-2000.港口工程嵌巖桩设计与施工规程[S].2000.
[7] JTS 167-8-2013.水运工程先张法预应力高强混凝土管桩设计与施工规程[S].2013.
