大丰港二期工程中的桩基工程

'施工技术大丰港二期工程中的桩基工程PilefoundationengineeringoftheDaFengportphaseiiproject12赵海霞王涛(1南京航空航天大学金城学院土木工程系，江苏南京211156；2中交水运规划设计院有限公司，北京100007)摘要：介绍了大丰港二期工程中的桩基工程的设计方案，桩基的布置情况，受力计算分析，施工中注意要点等。关键词：码头；桩基工程；设计；施工Abstract：Designschemeofthepilefoundationengineering,pilearrangement,internalforceanalysis,andconstructionkeypointsfortheDafengPortphaseIIprojectwasintroducedindetail.Keywords：port；foundationengineering；design；construction中图分类号：U65文献标识码：B文章编号：1003-8965(2016)03-0112-041背景介绍系船柱沿码头前沿线在横向排架上错位间隔布置，斜桩采用Φ1200mm钢管桩，直桩采用Φ1200mmA型PHC桩，大丰港处于江苏省1040公里海岸线港口空白带的中桩长70～73.5m。心位置，是国家交通部规划的港口项目和江苏省跨世纪五预制卸船机轨道梁截面尺寸1.1m×2.05m，预[1-4]大战略工程，国家一类口岸，经国务院批准被国家海制纵梁截面尺寸0.9m×1.7m，预制横梁截面尺寸关总署列为“十五”期间江苏省唯一开放的水运口岸，纳1.2m×1.9m，预制面板厚度0.4m，现浇面板厚度入上海港国际航运体系，成为上海港北翼的配套港口。大0.15m，在安装护舷的排架，横梁在护舷节点处断面加大丰港一期工程于2007年9月，一类口岸正式对外开放，以承受护舷反力产生的弯矩。随即先后开通了韩国仁川港、釜山港、经上海港至欧美的散杂货泊位：码头宽度、排架间距及断面结构与专业国际集装箱班轮航线。化散货泊位一致,由于考虑兼作散货和杂货泊位，设计了本工程位于大丰港一期工程以南约7.5Km、王港河3根轨道，除卸船机前、后轨外，将中间的纵梁改为门机北侧约1Km，码头位于-14m等深线附近，距现有陆后轨道梁。卸船机前、后轨下桩基布置与专业散货泊位相域约7.4km。二期工程建设2万吨级件杂货泊位(水工同，门机后轨道梁(对应于专业散货泊位纵梁)下各节点结构兼靠4万吨级)和5万吨级散货泊位(水工结构兼相对于专业散货泊位纵梁下各节点增加1根直桩，即布置靠7万吨级)各一个，泊位总长度587.9m。其中杂货1对横向叉桩和1根直桩。泊位长187.8m，宽35.8m，设计顶标高11.10m，设计纵、横梁及面板结构与尺寸与专业散货泊位相同。底标高-11.10，泥面标高在-14.0m左右；散货泊位度杂货泊位：码头宽42m,采用整体式梁板结构方案，长400.1m，宽28m，设计顶高程11.10m，设计底高程现浇桩帽节点，上部梁系采用正交结构，横梁、纵梁、前-14.10m，泥面标高在-14.50m左右。边梁、管沟梁采用预制钢筋混凝土结构；轨道梁采用预应大丰港一期工程已投入运营，一期工程本身及其配套力混凝土结构；面板为预制钢筋混凝土叠合板。护舷、系设施为本工程提供了良好的外部依托条件。船柱沿码头前沿线在横向排架上错位间隔布置，排架间距8m，每个排架布置8根桩基，纵向叉桩所在排架布置102设计方案根桩。门机前轨道梁下各节点设2根直桩，在设纵向叉桩的排架布置为1根直桩和1对纵向叉桩；门机后轨道梁及2.1主码头结构设计第一列纵梁下各节点各设一对横向叉桩，第二、三列纵梁地质钻探资料表明，拟建码头区域地层自上而下依次下各节点设1根直桩，在设纵向叉桩的排架，第二列纵梁为灰黄色粉质粘土(第②层)、灰色粉质粘土夹粉土(第③下各节点设1对纵向叉桩。层)、灰色砂质粉土夹粘性土(第④层)、灰～灰绿色粉质2.2杂货码头粘土夹粉土(第⑤层)、灰色粉质粘土(第⑥层)、灰色砂1)码头泊位总长度187.8m，宽35.8m。码头顶面高质粉土(第⑦层)。本工程的情况码头结构适合采用高桩程为11.1m，码头前沿设计底高程为-11.1m。共分为2结构。第⑤、⑥、⑦层皆可作为持力层。个结构段，第一结构段长94.4m，第二结构段长93.4m。码头长585m，分7个结构段，结构段长度66～各结构段排架间距均为8m。92m。2)基桩布置专业化散货泊位：码头宽28m,采用整体式梁板结构门机前轨下大小桩台间隔布置，大桩台下设3根桩(2方案，现浇桩帽节点，上部梁系采用正交结构，横梁、纵梁、根斜桩1根直桩)，小桩台下设2根直桩。门机后轨下各前边梁、管沟梁采用预制钢筋混凝土结构，轨道梁采用预桩台均布置2根桩(其中2根直桩的桩台和2根斜桩的桩应力混凝土结构，面板为预制钢筋混凝土叠合板。护舷、台间隔布置)。码头第三列桩台下均布置2根斜桩，第四112 施工技术列桩台间隔2个桩台设1对纵向叉桩。第二结构段第五列4.1.1钢管桩桩台下设2根直桩，第七列桩台下设1根直桩。1)本工程钢管桩为常温成型的螺旋焊缝钢管，采用双码头直桩均采用φ1200PHC(B型)管桩，斜桩均为面自动埋弧法焊接，需整桩交货。钢材必须选用符合设计φ1200mm，壁厚16mm钢管桩。除了17b排JJ列、18要求的材质，并需出具合格证明书。排HH列、19排HH列、23b排JJ列这4根桩的斜度为钢管桩材质采用Q345B钢号，其化学成分和机械性5:1外，其他钢管桩的斜度均为3.5:1。能执行中华人民共和国国家标准及行业标准，详见《钢结2.3散货码头构设计规范》(GB50017-2003)及《港口工程钢结构设计1)码头泊位总长度400.1m，宽28m。码头顶面高程规范》(JTJ283-99)等。为11.1，码头前沿设计底高程为-14.1m。共分为5个结构段，从左至右依次编号为：第三结构段~第七结构段，表3构件内力计算结果表第三结构段长75.6m，第四结构段长76.15m，第五结构跨中弯矩Mmax支座弯矩Mmax剪力Qmax构件(kN.m)(kN.m)段长76m，第六结构段长86m，第七结构段长86.35m。(kN)MuMLMuML各结构段排架间距均为10m。轨道梁1189454185418375759792)桩基布置横梁702039001439860094220码头设置三根轨，门机使用第1、2根轨，卸船机使面板335-20622998.5355(冲切)用第1、3根轨。第1根轨下大小桩台间隔布置，大桩台下设3根桩(2根斜桩1根直桩)，小桩台下设2根直桩。表4钢管桩尺寸允许偏差第2根轨下各桩台均布置2斜桩，第3根轨下大小桩台间隔布置，大桩台下设3根桩(2根斜桩1根直桩)，小桩偏差名称允许偏差值备注台下设2根斜桩。码头直桩均采用φ1200PHC(B型)管外围长±0.5%周长，且不大于10mm桩，斜桩均为φ1200，壁厚16mm钢管桩，斜桩斜度均管端椭圆度0.5%d,且不大于5mm(d为直径)为3.5:1。管端平整度2mm管端平面倾斜2mm相邻管节管径3mm3桩基计算成果桩长＋300mm、－0.0mm桩纵轴线的1)单桩垂直极限承载力标准值桩长的1%，≯30mm单桩垂直极限承载力标准值按以下公式计算。弯曲主矢高2)焊接检查Qd=(∑qfili+qRA/)γＲ(1)焊缝外观检查地质资料显示码头所在区地质非常均匀，取M15钻孔进行计算，Φ1.2m单桩垂直极限承载力标准值取表5焊缝外观缺陷的允许范围合处理方法10596kN，设计值为7307kN；单桩抗拔极限承载力标准缺陷名称允许范围超限的处理方法值取6130kN，设计值为4228kN。咬边深度不超过0.4mm补焊2)桩力计算余高0～4.8mm进行修正桩内力计算结果见表1～2。表面焊缝未融合、未焊不允许铲除缺陷重新补焊表1散货泊位桩内力计算结果表表面气孔、弧坑、夹渣不允许铲除缺陷重新补焊桩编号序号及项目1234567(2)超声波检查：检查缝长的100％。桩身轴力(kN)6644523352335669654067957235(3)X射线检查：钢管桩顶端、底端各检查长200mm表2杂货泊位桩内力计算结果表的焊缝；检查钢管的螺旋焊缝与对头焊缝相交点。桩编号3)焊接接头拉力试验序号及项目12345678接头的抗拉强度不得小于母材规定的最低抗拉强度，桩身轴力(kN)63245915708869835365610647623099焊接接头的试验项目及要求见表6。3)构件内力计算表6焊接接头的试验项目及要求构件内力计算结果见表3。试验项目试验要求抗拉强度不低于母材要求强度的下限4桩基的施工要求冷弯角度α，弯心直径dα＞120°，d＝3δ4.1桩的材质与制作4)钢管桩外观和外形尺寸检查113 施工技术外观检查：表面不得有明显缺陷，当缺陷深度超过沉桩后应立即进行可靠夹桩，并尽快浇筑或安装上部1/8壁厚时，应予修补。结构。外形尺寸检查：详见表4。为确保桩基在施工期的安全，防止在风浪、水流、土5)水上接桩坡变形及斜桩自重下发生倾斜、偏位的折裂，应采取下列上节桩开单边V形坡口，坡口角度45～55°。桩内措施：部设置内衬套，内衬套预焊在上节桩底，现场套装于下节1)施工期码头、引桥基桩均要求及时夹桩，纵向桩中，再用手工焊接。100m左右连成整体，引桥直桩段横向要求双层刚性夹桩。6)管段对接2)当预计出现特殊条件时(如受台风、寒流影响)，本工程钢管桩制作，不得出现两个管段对接。仅在少必须逐根检查夹桩木是否夹紧，并采用必要的加固措施。数桩体可有一处焊接长2m以上的管段。4.4基桩沉放后允许偏差水上接桩时可以有一处钢管段对接接缝。所用管段不基桩沉放后允许偏差应执行《港口工程桩基规范》中得短于2m;两个对接管段螺旋焊缝必须错开1/8周长以上；外海施工的相关规定。焊接部的错开允许值为4mm。4.5其它问题4.1.2PHC管桩1)严禁施工船舶碰、拉沉放完毕的桩，不得在夹桩木依照设计要求，本工程PHC管桩全部采购中交第三上系船带缆，支承其它结构。航务工程局预制、拼接的成品桩，管桩结构制作需执行《先2)在已打好桩区两端应设置标志，夜间设置红灯，全张法预应力混凝土长管桩》(ZG3H007-2003)等相关标准。部要有专人负责监督夜间过往船只，以免撞桩，以策安全。桩顶管节应预留直径50mm的通气孔。3)每根桩均必须做好沉桩记录。PHC管桩的规格及设计桩长必须符合施工图纸要求，4)码头、引桥中所有斜桩施打完毕后，需采取桩内抽并且整桩交货。桩底端需加焊钢制桩靴。水措施。如整桩桩身自重较大，使得在局部区域范围内桩起吊施打难度较大时，方可考虑桩体现场进行拼接。拼接时不5桩基的施工过程可采用平面对接的方式，应采用碗状接头方式。接头施工应在PHC管桩生产厂家的专业工程师指导下完成，接缝5.1试打桩处的物理、力学性能指标不应低于桩体其他部位的设计标虽然本工程设计前在码头部分进行过基桩试验，但由准。于本工程码头及引桥较长，地层变化较大，故需要在正式4.2沉桩控制标准施工之前均进行基桩试打，以验证桩长确定的合理性并结以下所选锤型及控制贯入度供参考：本工程码头部合动力检测最终确定沉桩控制标准。试桩均采用工程桩，分桩型推荐使用D125锤(开二档)，引桥部分推荐采用PHC管桩及钢管桩均需进行试打，施工过程中应尽量先行D100锤(开二档)。在打桩过程中用替打和垫块保护桩顶施打试桩部分。打桩设备建议、沉桩贯入度要求及允许偏以防损坏。差见7.2章节相关内容。5.2动力试桩表7沉桩贯入度标准本工程对工程基桩施行高、低应变动力检测。桩径贯入度(mm/击)桩型1)动力试桩目的动力检测内容为测定单桩的极限承载力，检验评价桩Φ1200(码头)≤30钢管桩身质量及完整性，分析沉桩能力、桩锤的性能指标及确定Φ1200(码头)≤25PHC管桩沉桩控制标准等。Φ1200(引桥)≤15PHC管桩2)试验要求Φ1000(引桥)≤15PHC管桩(1)测定各试桩的锤击数、贯入度、落锤高度和桩身拉、Φ1000(引桥)≤20钢管桩压应力。(2)在动测试验中，需进行初打和复打测试，其间隔注：表7贯入度指最后连续施打3阵的平均贯入度。时间须满足规范要求。(3)确定每根试桩的垂直极限承载力，桩身分层摩阻全部打入式桩均以标高控制为主，贯入度作为校核。力及桩尖阻力、桩的刚性系数。水上沉桩允许桩顶平面位置偏差：钢管桩斜桩(4)给出桩身质量定性描述。200mm；PHC管桩直桩200mm，PHC管桩斜桩250mm(5)给出沉桩控制标准建议值。桩纵轴线斜度偏差(包括直桩桩身垂直度)＜1%。3)动测位置及数量。最终沉桩控制标准及桩长将根据试打桩结果进行及时由于本工程地质条件较为复杂，故打入式桩被检测数调整和修正。量暂定为：4.3桩体防护114 施工技术码头：性；②施工沉桩质量有疑问；③桩位近旁有钻孔。Φ1200mmPHC桩高应变5根，低应变19根参考文献Φ1200mm钢管桩高应变17根[1]陈平.突出大丰港建设为龙头奋力掀起大丰沿海开引桥：发新热潮[J].中国港口,2009(03)：23-25Φ1200mmPHC桩高应变2根，低应变3根[2]咸同庆.黄海明珠——建设中的大丰港[J].交通世Φ1000mmPHC桩B型高应变2根，低应变4根界,2001(Z1):3-4Φ1000mmPHC桩C型高应变7根，低应变21根[3]杨晓东.江苏大丰港——在发展临港产业中的转型Φ1000mm钢管桩高应变9根升级[J].环球人物,2014(12):5实际检测数量和位置根据施工情况进行调整、确认。[4]贾晓晖.江苏大丰港港口介绍[J].天津航海选择被检测桩的原则是：①桩所处地质条件具有代表,2012(02):8-9（上接第89页）且是合理的、可靠的。6传统加载方式的模拟2）对于依托工程的试桩，其平衡点位置经过计算，应在距离桩顶12.5m处，实际测量中设置于18m的位置为了对比传统加载方式与自平衡加载方式的差异性，处，造成下段桩产生的位移要大一些，这是由于荷载箱位对传统的桩顶加载的方式也用有限元进行模拟。置放置在平衡点下侧，容易造成下段桩先达到极限，发生破坏。03）通过对传统加载法的模拟，得到试桩各位置的位025050075010001250150017502000225025002750-2移曲线简单清晰，从理论上即有限元模拟的难度来讲，传荷载/kN-4统加载方式与自平衡加载方式没有区别。/mm-64）本文的研究，探索了一种新的基桩平衡点的计算位移桩顶-8中部思路，为今后的基桩自平衡测试工作提供了宝贵的数据资-10桩底料。-125）由于条件限制，本次研究虽然利用有限元方法验图8桩顶加载时桩各位置的荷载沉降曲线证了实际试验基桩平衡点位置的不准确性，但是对于模拟得出的基桩平衡点位置，并没有进行现场试验验证，在后由图8可以看出，传统加载方式下试桩各位置的位移续研究中，还需进一步加强相关研究。曲线简单清晰，桩顶最终位移为10.81mm，桩中的最终位移为8.33mm，桩底的最终位移为7.28mm。参考文献从理论上即有限元模拟的难度来讲，传统加载方式与自平衡加载方式没有区别。但从现实来看，传统方式简单易操作，荷载位移值很[1]马晔,王陶.超长钻孔桩自平衡法荷载试验研究岩[J].土木工学报,2005,27(3):275-278.易获得，其最大的缺点在于桩顶位移较大，其所受荷载亦[2]史佩栋.关于Osterberg静载荷试桩法的进一步探大，所以桩顶极易破坏；另外对于超过一定的荷载，难以讨[J].工业建筑,1998,28(1):56–58.实现，即无法加载，另外，其荷载块的运输、堆放等等亦[3]史佩栋,陆怡.Osterberg静载荷试桩法10年的发有一定的困难。展[J].工业建筑,1999,29(1):7–18.而自平衡方式，其难点在于平衡点的确定，其他的均[4]DB32/T291—99,桩承载力自平衡测试技术规程[S].优于传统模式，尤其在大吨位承载桩的检测中具有无可替南京：江苏省技术监督局和江苏省建设委,1999.代的地位。[5]JGJ106—2003建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2003.7结语[6]JT/T738—2009基桩静载试验自平衡法[S].北京：人民交通出版社,2009.通过二分法，利用有限元软件MIDAS/GTS，对荷载[7]张广彬,姬同庚,李志斌.超大吨位自平衡法与静箱放置在桩身不同位置的情况进行了数值模拟计算，得到压法荷载试验结果比对研究[J].岩土工程学报,2011,33(增了基桩平衡点的位置。得出以下结论。2):471-474.1）有限元模拟结果与实测结果，在同一级别的荷载[8]吴春秋,肖大平,吴俊.灌注桩后压浆技术的工程作用下荷载箱向上向下位移及内力误差范围相差不大，且实践及理论研究[J].武汉大学学报(工学版),2008,41(增趋势相同，说明所建立的模型能很好地模拟自平衡测试桩，):117-122.115'