预制预应力混凝土空心方桩在大吨位码头应用分析

赵 娟，池 海

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

预制预应力混凝土空心方桩在大吨位码头应用分析

赵 娟，池 海

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

随着港口工程建设的发展，船舶的大型化，对航道等级、水深及大型深水泊位的建设提出了更高的要求。由于码头前沿水深的进一步增加，高桩码头中的桩基础自由站立长度加长且荷载增大，设计中常采用大直径管桩基础替代原有的预应力混凝土方桩基础，但其造价较高。预制预应力混凝土空心方桩能否适应大吨位码头建设的需要，成为工程设计中需要解决的重要问题。

深水泊位；大直径管桩；预制预应力混凝土空心方桩；自由站立长度

引 言

随着港口工程建设的发展，船舶的大型化，对航道等级、水深及大型深水泊位的建设提出了更高的要求。由于码头前沿水深的进一步增加，高桩码头中的桩基础自由站立长度加长且荷载增大，设计中常采用大直径管桩基础替代原有的预应力混凝土方桩基础，但从经济比较上看，大直径管桩基础的造价常常远大于混凝土桩，因此研究预应力混凝土方桩对深水泊位的适用性，成为工程设计中需要解决的重要问题。

结合天津港及黄骅港区的实际情况，在7万 t级以下的高桩码头设计中常采用650mm×650mm的预制预应力混凝土空心方桩。随着深水泊位的建设，码头前沿水深增加，桩的自由站立长度增大，且受到的荷载增加，这种传统的混凝土桩基础是否同样适合于10万t级或以上的泊位，有待深入研究。

1 规范设计船型尺度变迁

目前，国内有些散杂货码头设计等级为4万或5万t级，而水工结构一般只预留至7万t级，而不是10万t。新的海港总体设计规范中，7万和10万t级散货船的满载吃水相差不大（规范中船型参考尺度只差0.3 m），以天津和黄骅地区码头为例，详见表1。

表1 不同时期规范中散货船型尺度变化

由表1可以看出，在2008年总体设计规范局部修订期间，已经对7万t级和10万t级船舶满载吃水作了很大调整，二者差值由1.4 m调整为0.3 m。

2 空心方桩不适宜10万t级泊位原因分析

根据2008年以前的散货船型统计资料，7万t级泊位码头前沿水深基本在-14.5 m左右，桩基长细比根据2008年以前规范计算，取值在25以内，10万t级泊位码头前沿水深基本在-16.0 m左右，长细比根据2008年以前规范计算，取值超过25，而水工钢筋混凝土结构学中指出，采用过分细长的柱子是不合理的，因柱子越细长，受压后越容易发生纵向弯曲而导致失稳，构件承载力降低越多，材料强度不能充分利用，因此对于一般建筑物中的柱，常限制长细比 L/B≤30及 L/H≤25（L为柱的计算长度，B为矩形截面的短边尺寸，H为矩形截面的长边尺寸），工程师经验控制值一般取为25。所以，在以往的设计中，经常控制7万t级以下泊位应用预制预应力混凝土空心方桩，而超过7万t级常常采用大直径管桩。

3 空心方桩在大吨位码头应用情况比较

根据目前掌握的资料，先将已经施工完成及正要施工的7万～10万t级码头应用预制预应力混凝土空心方桩情况统计见表2。

表2 现有预制预应力混凝土空心方桩应用实例

由表2可知，650mm×650mm空心方桩应用在10万t级码头时，桩体结构的长细比已超过30。

4 空心方桩在大吨位码头应用计算分析

4.1 规范调整

最新JTS167-4-2012《港口工程桩基规范》较上一版JTJ254-98《港口工程桩基规范》，在附录E中增加了桩的压屈计算长度的确定，对于桩顶铰接、粧尖未嵌岩且h≥4T的桩（h为桩的入土深度，T为桩的相对刚度特征值），桩身压屈计算长度（l0为泥面至桩帽底长度，T为桩的相对刚度特征值），而在上一版规范中无明确规定，设计时桩身压屈计算长度，嵌固深度一般为1.8～2.2T。

最新JTS151-2011《水运工程混凝土结构设计规范》较上一版JTJ267-98《港口工程混凝土结构设计规范》，对于预应力偏心受压构件正截面受压承载力有所调整。新规范中：

其中：α1为系数；b为矩形截面宽度；x为等效矩形应力图形的混凝土受压区高度；为I形截面受压区翼缘计算宽度；为I形截面受压区翼缘高度；e为轴向压力作用点和钢筋合力点的距离；为受压区纵向预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于0时预应力钢筋应力；为受压区纵向预应力钢筋截面面积；σp为受拉边纵向预应力钢筋应力；ho为截面有效高度；为预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离。

新老规范中预应力偏心受压构件正截面受压承载力在混凝土标号不大于C50时基本一致。同时受压承载力应考虑e的影响，新规范中：

其中：η为偏心受压构件二阶弯矩扩大系数；ei为初始偏心距；a为受拉钢筋合力点至截面截面近边缘的距离；e0为轴向压力对截面重心的偏心距；ea为附加偏心距。

4.2 由于规范调整造成计算结果变化

以某黄骅某项目为例，由于规范调整造成计算结果变化对比见表3。

表3 规范调整前后计算结果变化对比

5 结 语

对于10万t级泊位，码头排架间距在6～7 m之间时，靠近码头前沿处桩基压桩力设计值通常在 3 000 kN左右，执行上版规范时 650mm× 650mm及700mm×700mm预应力空心方桩均能满足设计要求，而按照最新规范计算结果，650mm预应力空心方桩偏心受压承载力计算值偏小，不能满足压桩力计算要求，只能通过减小排架间距或增加排架内桩数降低桩力设计值。经分析比较，该做法提高经济成本，增大施工难度，故7万～10万t级码头若采用预应力混凝土桩时，建议采用700mm×700mm预应力空心方桩，在提高结构安全性和耐久性的同时，更具有可实施性和经济价值。

Application of Precast Pre-stressed Concrete Hollow Square Pile in the Port of Big Deadweight Tonnage

Zhao Juan，Chi Hai
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

With the development of port engineering construction，ship large，higher requirements for the construction of channel level，water depth and deep water berths are presented.Due to the further increase of the water depth of the pier，the length of pile foundation in high piled wharfs and the load increase，the foundation of large diameter pipe pile foundation is used to replaced the original prestressed concrete square pile foundation in the design，but its cost is higher.Precast prestressed concrete hollow square pile can adapt to the needs of construction of large tonnage pier，become an important problem to be solved in engineering design.

deep-water berths； large diameter pipe pile； precast prestressed concrete hollow square pile； free standing length

TU473.1+2；U656.1+13

A

1004-9592（2016）05-0035-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160509

2015-12-08

赵娟（1975-），女，高级工程师，主要从事港口工程结构设计工作。