泰兴港区虹桥通用码头桩基力学参数设计计算

卢超健，胡建华（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉　430060）



泰兴港区虹桥通用码头桩基力学参数设计计算

卢超健，胡建华
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430060）

摘要：以泰兴港区虹桥通用码头为研究对象，首先对其工程地质与水文地质条件进行了调查，通过岩土物理力学试验，获取了码头工程区岩土的物理性指标、压缩指标以及直接快剪强度指标。以此为基础，结合码头建筑物的特点及对地基的要求，对码头基础型式及持力层的选择进行了设计，对码头桩基的力学参数进行了计算，对桩基设计方案进行了说明，同时交代了施工中应注意的一些事项，研究结论能够为码头的设计和施工提供依据。

关键词：码头；桩基；持力层；力学参数

0　引言

桩基作为常用的基础结构形式，由于能将上部结构荷载通过桩基传递给岩土体中的稳定持力层，而受到广泛使用［1-3］。桩基的显著特点是能适应各类复杂的地质和地形条件，正因为此，桩基在港口码头中也无可争议的成为首选基础形式［4］。然而，近些年来码头桩基质量问题越发突出，已经成为影响码头安全使用的最大安全隐患，引发质量问题的因素除了施工方面，其设计参数计算的准确性，也是不可忽视的一部分［5］。本文以泰兴港区虹桥通用码头为研究对象，对其桩基的力学参数进行设计计算。为确保设计参数的准确性，首先对工程场地进行详细勘察，对勘察成果进行细致分析，从而获取了工程场地的详细工程概况；其次，现场取样对岩土的物理力学性质及指标开展多项试验研究和分析，从而获得工程场地岩土的准确工程性质；在此基础上，根据码头建筑物的特点及对地基的要求，结合场地条件、综合荷载组合、施工技术等因素，有针对性地选择天然地基、桩基作为该工程的桩基设计选型；最后对桩基的力学参数开展设计计算，从而为码头的设计和施工提供参考借鉴。

1　工程概况

1.1工程概况

工程拟建70000DWT通用泊位1个，50000DWT件杂（含重大件）1个和10000DWT件杂货泊位1个，占用长江岸线689m，长江码头水工结构按照100000DWT散货船设计；拟利用七圩闸段岸线开挖形成内港池，新建6个1000DWT普通散货泊位，占用岸线长476.5m。

1.2工程地质与水文地质条件

1.2.1地形地貌

项目地处泰兴市虹桥镇七圩闸附近，七圩汽渡上游约1km处。勘区地貌单元属长江下游冲积成因的河床及河漫滩地貌，拟建码头位于长江北（东）岸，长江水流在此呈南偏东方向。勘区所处的长江水面较宽，拟建码头与长江对面现有码头的距离约2km。江边天一重工厂区段采用浆砌块石或抛石护岸，其余部分为袋装吹填砂护岸或自然岸坡。

防洪堤勘区防洪堤内侧陆域地形较平坦，区内主要为厂房、村庄、农田、水沟、渔塘。堤顶高程一般在6.9～7.2m之间。防洪堤迎水面坡角外陆域地势平坦开阔，自然地貌形态单一，为河漫滩人工吹填抬高而成。地面高程一般4～6m，局部略有起伏，靠近七圩闸河、内港池泊位处局部堆有较高的吹填砂，坡顶高程达9～10m。地形地貌如图1所示。

图1　现场地形地貌

1.2.2地质构造

泰兴市大地构造上位于扬子准地台下扬子台坳盐城～南京台拱褶带，位于镇江～溧水断隆沿江凹陷内；地质构造上位于宁—通构造带，属于苏北拗陷区和苏南隆起区的交接地区，地表均覆盖了第四季全新系统现代沉积。区域性断裂为靖江～如皋断裂，呈NE向，从常州市金坛县经靖江生祠镇进入泰兴市南部，该断裂是一条规模大、切割深、控制地层多的区域性大断裂，是两个三级构造单元的分界。在周边的泰州市境内主要有泰州断裂和姜堰断裂两条隐伏断裂。

根据区域地质资料，勘区无活动断裂构造通过，地质构造处于相对稳定状态，适宜工程项目建设。

1.2.3地层条件

工程区岩土层主要为第四系全新统河流冲积形成的河床相及漫滩相地层，陆域表层分布有吹填砂或人工填土。依据钻探资料及土工试验成果、原位测试等数据资料分析，自上而下可分为以下单元土体：

1.2.4特殊岩土

工程区的特殊岩土主要为吹填砂及软土。陆域表层广泛分布有粉细砂，人工吹填而成，厚度、密实度不均，一般呈松散状，工程性能较差［6］。上部分布有淤泥及淤泥质粉质黏土，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、抗剪强度低、灵敏度高、触变性及流变性强的特征，工程性能极差［7］。区域有不规则夹钙质胶结块，类型为钙质胶结粉砂～细砂岩、含粉砂的钙质泥岩、粉砂质微～泥晶灰岩，其极限单轴抗压强度在6.56～37.01MPa之间，点荷载强度在0.22～1.91MPa之间。具有分布不均，厚度不均的特点，强度高的特征。

1.2.5水文地质

该区域陆域地势平坦，微地形略有起伏，地表水主要为河流水、沟塘水。由于临近长江，与长江水有密切的水力联系，其补给来源为大气降水及长江水补给。

地下水主要含水层为第四系冲积沉积的粉细砂层、粉土层及中粗砂层，分布较连续，贯通性较好，厚度较大，地下水赋存量较大。地下水为上层滞水和承压水。

2　岩土物理力学试验

2.1试验方案

为设计计算码头桩基的力学参数，需首先对其岩土的物理力学性质及指标进行研究，岩土物理力学性质通过室内土工试验获取。从现场取样，经密封防震处理后运回土工试验室。试验操作过程严格遵照《土工试验方法标准》GB/T50123-1999［8］规定进行，确保试验数据的真实可靠性，主要试验项目包括［9］：物理性试验——含水量、重度、比重、饱和度、孔隙比、塑限、塑性指数、液限、液性指数等；力学性试验——直剪、固结快剪、无侧限抗压强度、固结试验、渗透试验等；水质分析试验——判断地下水对混凝土及钢结构的腐蚀性；土质分析试验——判断土对混凝土、钢筋及钢结构的腐蚀性。

2.2试验结果

经单元土体特性指标综合统计，除粉质黏土混砂不均及不规则夹薄砂层造成固结系数、渗透系数统计结果离散性较大外，力学性质指标变异系数多小于0.3，统计结果表明各项试验数据准确。各岩土层试验测试指标统计结果如表1、表2所示。

表1　土层一般物理性指标及压缩指标

表2　土层直接快剪强度指标

3　桩基设计与计算

3.1基础型式设计

根据码头建筑物的特点及对地基的要求，结合场地条件、综合荷载组合、施工技术等因素，工程建筑物基础分别选用天然地基、桩基。

（1）长江码头区：根据岩土层分布特征及建筑物特点，码头平台及引桥采用桩基础方案，采用打入桩或钻孔灌注桩，根据上部荷载要求选用粉细砂层或中粗砂层作为桩基桩端持力层。桩入土深度视荷载大小经计算后确定。

（2）内港池区：内港池码头根据各建筑物特点及荷载选用桩基础方案。桩基选用打入桩、钻孔灌注桩或板桩，根据上部荷载要求选用粉质黏土以下单元体作为桩基桩端持力层，桩入土深度视荷载大小经计算后确定。

（3）陆域堆场及土建区：根据各建筑物特点及荷载选用桩基础方案或天然基础方案。天然基础：利用陆域上部①②土层经强度、变形验算后视需要选取，必要时可先进行地基处理。桩基础：根据构筑物基础类型，上部荷载等因素选择合适的桩基类型。以④及以下土层作为桩基桩端持力层，采用钻孔灌注桩或打入桩，桩入土深度视荷载大小经计算后确定。

3.2桩基力学参数设计

桩基力学参数设计结果如表3、表4所示。

表3　码头区岩土设计参数

表4　陆域堆场区岩土设计参数

4　桩基设计方案说明

4.1钻孔桩设计方案说明

工程场地内中上部地层的粉细砂、粉质黏土，淤泥质粉质黏土、粉土强度较差或一般，不影响钻、冲孔灌注桩成孔，但在成桩过程中应保持钻孔内水位不低于地下水位，同时根据地层情况调整泥浆配合比，保证在冲、钻孔过程中不出现垮孔或者缩孔。

场地中部粉细砂层，在冲、钻孔过程中需保持孔内水位不低于地下水位，同时保证泥浆的比重，防止孔壁渗水、失稳，同时保证泥浆能够将粗颗粒随泥浆带出。在冲、钻孔桩达到设计标高时，应仔细检查桩底沉渣厚度，防止沉渣厚度过大影响桩基单桩承载力及加大桩基沉降。此外，在施工过程中应注意可能对江水造成的泥浆污染。

4.2打入桩设计方案说明

工程场地上部地层均为强度较低的黏性土层或松散-稍密的砂土层，对于打入桩的沉桩影响不大。下部为中密～密实砂层，沉桩较困难，另据勘察结果揭示，在粉细砂、粉质黏土、粉土、粉细砂、粉细砂土层中局部夹钙质胶结块（岩块类型为含粉砂灰岩、钙质泥岩、钙质胶结粉细砂岩），厚2～10cm不等，沉桩会有一定难度，基础施工时选择合适的机械设备，选用有效的施打能量，同时防止桩头被打裂。

此外，在局部厚度较大的软土层中打入长桩，可能会产生因拉应力而造成的桩拉裂，在施工过程中应予注意。

4.3施工中的注意事项

工程场地的陆域表层分布有人工吹填而成的粉细砂，厚度及密实度不均，在Ⅵ度地区虽不用考虑其液化影响，但设计须对其不均匀沉降予以考虑。另外，对于淤泥及淤泥质粉质黏土，分布较广泛，厚度较大，工程性能极差，在Ⅵ度地区虽不用考虑其震陷的风险，但应对其可能产生的负摩阻力及不均匀沉降予以关注。

若采用打入桩，需合理安排打桩顺序和进度，并注意软弱土层中的粉细砂夹层，应采取一定措施进行沉桩，以免造成桩身偏移或倾斜等现象；若采用钻孔灌注桩，由于场区地层砂层较多，易沉淀，建议调配好泥浆浓度，并应尽量减少空孔时间，采取合理的护壁措施，做好沉渣处理，以保证桩尖达到设计层位。局部地段软弱土层较厚，灌注桩施工时，应注意侧壁土缩孔对护筒的挤压变形影响。

5　结语

本文通过对泰兴港区虹桥通用码头桩基力学参数展开设计与计算，得到了一些有益的结论，同时，在后续桩基施工过程中，应特别注意以下事项：在钻孔桩成桩过程中，应保持钻孔内水位不低于地下水位，同时根据地层情况调整泥浆配合比，保证在冲、钻孔过程中不出现垮孔或者缩孔。在打入桩沉桩过程中，会遇到土层中局部夹钙质胶结块（岩块类型为含粉砂灰岩、钙质泥岩、钙质胶结粉细砂岩），沉桩会有一定难度，基础施工时选择合适的机械设备，选用有效的施打能量，同时防止桩头被打裂。此外，在局部厚度较大的软土层中打入长桩，可能会产生因拉应力而造成的桩拉裂，在施工过程中应予注意。

参考文献：

［1］姚文娟，高敏，程泽坤，等.边载作用下高桩码头桩基承载力性能及加固研究［J］.水运工程，2010（11）: 66-70.

［2］刘兹胜，卓杨，时蓓玲，等.高桩码头桩基在倾斜泥面中的水平承载性能研究［J］.岩土工程学报，2010（12）: 1861-1867.

［3］王骏.浅析高桩码头桩基内力计算方法［J］.黑龙江科技信息，2010（34）: 294-295.

［4］徐卫军，王剑波，厉泽逸.高桩梁板码头桩基结构设计方案比选研究［J］.人民长江，2011（20）: 52-56.

［5］李仁平，陈仁朋，陈云敏.软粘土地基中码头桩基的受力分析［J］.工业建筑，2001（4）: 46-49.

［6］麦皓愉，徐烈毅.高桩码头桩基方案的价值工程评价与优选［J］.中国港湾建设，2009（04）: 16-18.

［7］杨锡鎏.满足桩轴向刚度条件的高桩码头桩基计算模型［J］.水运工程，2013（12）: 165-170.

［8］水利部.GBT50123-1999土工试验方法标准［S］.建设部，1999.

［9］罗全伟.浅析珠海大突堤围堰整治工程地基土压缩特性［J］.甘肃水利水电技术，2013（1）: 54-56.

责任编辑：孙苏，李红

Design and Calculation of Mechanical Parameters for Pile Foundations of Hongqiao General Cargo Terminal in Taixing Port

Keywords:wharf；pile foundation；supporting layer；mechanical parameters

Abstract:Based on Hongqiao general cargo terminal in Taixing port，its engineering geological and hydrogeological conditions are investigated.Through the rock physical mechanics test，the geotechnical physical index，compression index and direct quick shear strength index are obtained.On the basis，combined with the characteristics of the wharf structure and the requirements of the foundation，the pier foundation type and the bearing layer are designed.In addition，the mechanical parameters of the project are calculated，with some note-worthy factors in the construction presented.The study can provide the basis for design and construction of similar projects.

中图分类号：TU411

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）04-0039-04

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.04.039

收稿日期：2015-12-26

作者简介：卢超健（1975-），男，湖北武汉人，本科，工程师，主要从事工程地质方面工作。