浅谈桩基承台结构在码头后桩台的应用

金泰赛 广东省航运规划设计院有限公司

随着社会经济的发展，港口工程建设经历了十几年的快速高效推进。设计是工程建设的源头，设计方案对项目决策、投资筹备起决定性作用。投资人关心的是项目投入是否达到期望的产值，设计应把握好技术方向，为投资人尽可能节省工程投资，缩短投资回收期，实现投资方的经济效益最大化。为了紧跟建设的步伐，设计工作经常被压缩工期，设计常按行业规范和类似项目实例参考，迅速完成设计任务，在设计深度、技术发挥等方面效果一般。本文基于阳江某10万吨级码头工程实例，充分结合工程地质、工艺荷载等考虑，提出采用PHC桩桩基承台作为后桩台结构，与桩基梁板、空心板方案比较，结构耐久性好，且更加经济。

1.工程概况

阳江某10万吨级码头,位于阳江港海陵湾港区吉树作业区，码头泊位总长度287.5m，码头顶高程4.9m，前沿设计底高程-15.1m。码头所在区域属透水式用海，需采用桩基等透水性结构。码头前沿线布置在现有围堰前方120m位置，陆域形成区域面积较小，可用空间较有限，为满足场区库堆能力需要，码头平面按满堂式布置。码头结构长287.5m，宽度120m，断面方向分为前、后桩台。码头前桩台宽32m，为码头前沿作业地带，后桩台宽88m，作为堆场功能。前桩台采用标准的高桩梁板结构，桩基选用φ1500mm灌注型嵌岩桩，排架间距为10.0m，上部结构为正交梁板体系。见图1。

图1 总平面布置图

2.设计条件

2.1 设计水位

设计高水位3.39 m（当地理论最低潮面，下同），设计低水位0.51m，极端高水位4.59m，极端低水位-0.29m。

2.2 设计波浪

50年一遇的设计波浪要素值见表1。

表1 波浪要素值统计表

2.3 工程地质

图2 地质剖面图

桩基础主要设计参数指标详见表2。

表2 桩基础主要设计参数一览表

2.4 使用荷载

①后桩台均布荷载：40kPa。

②后桩台流动机械荷载：30t自卸汽车、牵引车平板车（载重30t）、25t轮胎吊等。

3.原设计方案

码头结构总长287.5m，后桩台宽88m，水工结构规模大，是投资控制的重点。后桩台受力简单、横向整体性要求不高，原设计方案采用桩基梁板结构和桩基空心板结构对比。空心板结构不需要设纵梁，空心板直接搁置横梁上，板缝采用铰接处理，空心板结构自重轻，面板预制质量好，安装速度快，工程造价相对较低，但单向弹性薄板受荷能力较有限，且空心板对集中荷载非常敏感，不是特别适合作业形式较为复杂的堆场使用。

因此，前期设计采用高桩梁板结构方案。排架结构受力明确，对桩基承载力要求高，工程区域岩层埋深浅，桩基采用φ1000mm灌注型嵌岩桩，排架间距取与前桩台一致为10.0m，桩距5.0m，上部结构采用现浇横梁，预制+现浇的叠合纵梁及面板结构形式。结构方案见图3。

图3 原设计方案后桩台断面

为了满足投资方的整体进度需求，此方案在较短设计工期内粗犷完成，设计方案基本合理，但不够精细化。主要体现有以下几点：

（1）灌注型嵌岩桩桩数多，成孔施工进度慢，工期长。

（2）灌注型嵌岩桩桩身质量易受混凝土质量、浇筑过程质量控制等影响，质量控制难度大。

通过调查发现，老年人日常生活能力下降的前几位分别为：打电话、使用交通工具、购物、做家务、备餐和洗澡，自己完全可以做的老年人分别占10.97%、15.01%、17.91%、25.98%、30.01%和32.03%（见表5）。各项目中老年人日常生活能力水平分布位置不全相同，主要反映老年人存在不同程度的功能性日常生活能力下降，提示老年人很难独立生活，不具备良好的日常生活能力。

（3）灌注型嵌岩桩需设钢护筒，用钢量大，造价高。

（4）上部结构预制构件多，安装工程量大。

因此，有必要根据本工程的特点对原设计方案进一步优化，把项目实施进度及工程投资控制在预期范围内。其中桩基是项目实施进度计划的关键工作之一，单项造价约占整体造价的40%，是优化设计的重点。

4.优化方案

（1）桩基选型。本工程后桩台桩基的选型须重点考虑以下几个问题：

①沉桩的可行性；②经济性；③桩基承载力。

工程区域岩层埋深浅，桩基选型优先考虑是否具备沉桩可行性。预制桩进入N≧50击的强风化岩深度有限，下部中风化岩层完全无法沉入，工程区域部分覆土为软土层，桩基侧摩阻力小，单桩承载力较低。从桩基稳定性及承载力等方面考虑，预制桩应沉入强风化岩中一定深度。通过加长钢桩靴长度，提高沉桩时桩尖的穿透力，可将预制桩沉入强风化岩中一定深度。同时在桩靴底部焊接十字形肋板，可增加桩端承载力。预制桩沉桩方式一般有锤击沉桩和静压沉桩。锤击沉桩施工速度快，穿透能力强；静压沉桩单桩承载力较为保证，没有噪音污染。本工程后桩台自然泥面标高约为0.8m，设计高水位时淹没，设计低水位时露出，可采用填筑法+锤击沉桩/静压沉桩，分区回填土至设计高水位以上，采用打桩机或静压桩机陆上沉桩，施工完成之后再挖除回填土，恢复海洋功能。

预制桩造价低廉，特别是直径小于700mm的PHC桩。经过市场调研，φ600mmPHC桩购置费仅为φ700mmPHC桩的0.66倍，两者有阶梯型价格差异。主要原因是直径小于700mm的PHC桩需求量广，生产厂家多，供应能力强，所以购置费用低。且直径小于700mm的PHC桩沉桩机械更多，选型丰富、多样化。因此，将φ600mmPHC桩作为后桩台基础桩有较大的优势。

（2）上部结构选型。排架结构受力明确，对桩基的承载力要求较高，不宜采用。码头后桩台受集中力荷载、均布荷载等，竖向作用力形式多样化，采用现浇承台结构对荷载变化适应性强，结构耐久性好，桩基布置不受横梁限制，布置灵活，各桩受力较均衡。通过增设桩基数量从而减少单桩压桩力，PHC桩单桩承载力较小也可满足承载力要求。

综上分析，后桩台优化设计方案采用PHC桩桩基承台结构，桩基为φ 600 mm PHC 桩，横纵向桩距3.0m，桩顶部现浇1.5m厚的承台。结构方案见图4、图5。

图4 优化方案后桩台断面

图5 优化方案后桩台桩位布置图

优化方案单桩承载力验算结果及承台内力计算结果见表3、表4，承台内力计算图示见图6。

图6 承台内力计算结果图示

表3 单桩承载力验算结果（φ600mmPHC桩）

表4 承台内力结果（弹性墩台）

5.技术指标对比

原桩基梁板结构方案，排架受力明确，对单桩承载力要求较高，采用灌注桩嵌岩，单桩承载力高。但上部结构预制构件多，安装工程量大；面板等细薄构件在海水环境下耐久性较差；桩基施工速度慢，施工质量控制难度大。此方案后桩台工程费用18088.7万元，技术经济指标为7150元/m。

桩基承台结构方案，承台布置桩基灵活、不受限制；φ600mmPHC管桩供应厂家资源丰富，供货能力有保障；陆上预制，成桩质量好；沉桩速度快，施工进度有保证；上部承台厚大敦实，结构耐久性好。但桩数较多，标准管节长度7～15m，接桩工程量大；桩基进入强风岩深度有限，单桩承载力低。此方案后桩台工程费用12986.6万元，技术经济指标为5133元/m。

方案优化后，后桩台大大节省工程投资，缩短投资回收期，提升投资方经济效益。

6.结语

本文结合工程实例，简述了码头后桩台采用桩基承台结构方案的优势。通过计算和技术对比证明，岩面埋深较浅地区的后桩台采用PHC桩合适。φ600 mm PHC 桩具备供应能力强、使用性广泛、价格低廉等特点，用于后桩台可减少工程投资。φ600mmPHC桩沉桩方式多样化，沉桩机械选型丰富，沉桩速度快，进度有保障。后桩台上部结构采用现浇承台具备结构耐久性好，桩基布置灵活、不受限制等优势。