液化石油气码头改扩建工程高桩墩台结构优化分析

王彪　兰千钰

【摘 要】 以深圳华安液化石油气码头高桩墩台为例，从施工便利、结构受力、节省造价等方面分析码头墩台的厚度、桩基布置、桩型等的结构优化，结合实际工期要求确定适合本工程的结构型式：对系缆墩优化选择直径为1.3 m的斜钢管桩，采用锚杆嵌岩的方式；对工作平台选择直径为1.3 m的斜钢管桩，采用芯柱嵌岩的方式。

【关键词】 墩台；桩基布置；桩型

0 引 言

码头工程具有施工难度大、投资多、工期长等特点。在码头的投资中，桩基占据了大部分，如何通过桩基选型和桩基布置最大程度地优化码头结构，对节省工程造价、缩短施工工期、降低施工难度具有重要的现实意义。在桩基选型和优化的已有文献中，大多都是针对高桩梁板式结构码头的研究，对于近年来兴起的液化天然气（LNG）码头的高桩墩台桩基选型和优化研究相对较少。

深圳华安液化石油气码头改扩建工程位于大鹏湾海域，工程拟采用国际先进的设计施工采购总承包模式（EPC），改扩建一座9万m3 LNG码头及相关的附属配套设施如集液池和钢质人行桥等。码头水工平台采用常见的墩式结构，水工结构包括工作平台、系缆墩、引桥墩等，码头建成后可接卸1万～9万m3 LNG船。工程结构布置见图1。本文通过分析影响码头结构布置及桩基型式的客观因素和自然条件，以工作平台和系缆墩为研究重点，对码头高桩墩台进行结构优化分析，结合实际工期要求进行桩基选型，优化桩位布置及数量，从而节省造价。

1 工程自然条件

深圳华安液化石油气码头改扩建工程设计水位及波浪要素见表1和表2。

2 墩台结构优化

现对墩台作如下优化：

（1）在结构满足要求的前提下，通过减小墩台厚度以削弱波浪对墩台的作用力。

（2）设下层系缆平台，减少高桩墩台变形。

（3）通过对比分析桩位、桩径和斜度，对桩基布置和桩型进行优化。

2.1 厚度优化

本工程所在的海域波浪大，波浪对桩基和墩台作用位置主要在水面上下，而此处正好为墩台厚度区域，减小厚度可减小波浪对墩台的作用力（见表3）。由表3可知，当结构厚度减小时，总的波浪力有所下降，但是群桩波浪力和墩台浮托力都有所上升，故将墩台厚度定为2.0 m，将底标高由1.85 m提高到2.35 m。

2.2 桩基选型

工程所受到的水平波浪力很大，鉴于PHC型桩抗弯能力较弱，本工程可选的桩型为灌注桩和钢管桩。因斜桩可承受较大水平力，在打桩船可打桩的前提下考虑布置斜桩，否则布置直桩，受到限制的区域布置灌注桩（见图2）。

采用有限元软件对高桩墩台进行建模分析，部分基桩拔桩力不足，采用嵌岩桩增强其抗拔力，嵌岩桩可设置锚杆嵌岩和芯柱嵌岩。合理的布桩应使拔桩力降低，基桩布位数量减少，且在必须嵌岩的情况下，优先使用锚杆嵌岩桩，当岩面较高覆盖层不厚时采用芯柱嵌岩桩。

通过对比系缆墩不同桩型计算结果（见表4），设置4根直径1.8 m直桩的工况与设置5根直径1.8 m直桩的工况，前者压桩力略有减小，拔桩力增大，而位移几乎相等。大直径斜桩施工难度较大，不推荐斜桩方案。当桩径减小到1.3 m，在设置斜桩时，其压桩力和拔桩力均可减小，这对优化桩基布置、节省工程造价尤为重要。

本工程工作平台覆盖层较薄，泥面以下9 m即为中风化花岗岩，无强风化岩。由于灌注桩施工周期较长，本工程方案选择钢管桩。由于工艺管线和水工结构位移的限制，本工程选择1.3 m斜桩与钢管桩嵌岩进行对比分析（见表5），选择24根1.3 m桩方案压桩力有所减少，拔桩力增大，因此，可采用芯柱嵌岩的方式提高其抗拔作用。直径1.3 m钢管与直径1.8 m钢管桩相比较，前者在很大程度上节省了造价成本，有利于施工。

3 结 语

本文以深圳华安液化石油气码头高桩墩台的结构优化入手，从桩基施工和结构受力角度进行对比分析，立足于施工便利和节省工程造价，探讨墩台结构优化和桩基选型，得出如下结论：

（1）墩台厚度可由2.5 m减小到2 m。

（2）对系缆墩优化最终选择直径为1.3 m斜钢管桩，采用锚杆嵌岩的方式；对工作平台优化最终选择直径为1.3 m斜钢管桩，采用芯柱式嵌岩钢管桩。

最终确定的优化方案节省了工程造价，缩短了工期，对其他类似工程具有借鉴意义。