黄骅港综合港区散杂货码头桩基桩型的研究
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第17卷 第5期 中 国 水 运 Vol.17 No.5 2017年 5月 China Water Transport May 2017收稿日期：2017-03-01作者简介：崔川川（1984-），女，中交第一航务工程勘察设计院有限公司工程师，主要从事港口工程水工结构设计。
李 颖（1985-），女，中交第一航务工程勘察设计院有限公司工程师，主要从事港口工程水工结构设计。
黄骅港综合港区散杂货码头桩基桩型的研究崔川川，李 颖（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）摘 要：以黄骅港综合港区某散杂货码头工程为例，根据该工程区域的地质条件及码头使用要求，对本工程设计中所应用到的700×700mm 预应力混凝土空心方桩和Φ1000PHC 桩的结构型式进行优缺点分析和比较。
关键词：黄骅港综合港区；散货码头； 预应力混凝土方桩；PHC 桩中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）05-0190-03桩型是高桩码头建设方案对比的关键因素，它直接影响工程造价。
在地质和结构受力允许的条件下，选择合适的桩型至关重要。
一、问题的提出黄骅港是河北省沿海地区的重要性港口，也是我国的主要能源输出港之一，位于河北省与山东省交界处，渤海湾西南岸，大口河河口外北侧海区。
距黄骅市约45km，距沧州市约90km。
由煤炭港区、综合港区和河口港区三个港区组成。
本文以黄骅港综合港区某散杂货码头工程为例，对码头桩基的结构形式进行探讨和分析。
二、设计条件 1．码头的规模和等级本工程为1个10万t 级通用散杂货泊位，水工建筑物包括码头及引桥，码头长度为298m，宽度为30m，顶面高程6.0m，前沿底标高为-15.3m。
共布置2座引桥，宽度分别为20m 和10m，长度为70m。
结构安全等级均为二级。
2．水文条件（1）设计水位（地理论最低潮面）极端高水位：5.61m；设计高水位：4.05m；设计低水位：0.62m；极端低水位：-1.22m。
（2）设计波浪码头设计波浪重现期采用50年（考虑防波堤越浪及小风区合成波），其相应的设计波浪要素为：表1 设计波浪要素NE 向1%513%极端高水位 2.1 1.7 1.4 4.4 设计高水位 2.1 1.7 1.4 设计低水位2.11.71.4（3）海冰本区地处华北平原，冬季常受寒潮侵袭，产生海冰。
流冰厚度最大0.2m，流冰速度一般为0.3~0.4m/s，流冰方向主要集中在偏西（WNW、W、WSW）和偏东（ENE、NE）两个主方向。
但近年来，受频繁冷空气影响，-20℃左右的持续低温、滩宽水浅的自然条件、上游浮冰受东北风及海流影响下漂等因素，使得冰层厚度均在15~30cm 以上，最厚冰层达到1m 多。
3．工艺荷载 （1）均布荷载码头面均布荷载为30kPa，引桥均布荷载为20kPa。
（2）装船机荷载轨距/基距＝10.5m/10.5m；8轮/腿×4腿＝32轮；轮距为0.8m；最大工作轮压为30t，最大非工作轮压为35t；两个方向水平力按轮压的10%计。
（3）流动机械荷载码头区流动机械荷载为：40t 牵引平板车满载行驶、30t 汽车满载行驶及25t 轮胎式起重机打支腿吊重20t 作业。
4．地质条件根据该码头的地质资料，土层分布自上而下主要为：人工填土层；①2淤泥质粘土、②1淤泥质粉质粘土、②2淤泥质粘土；③1粘土、③2粉质粘土、③3粉土、③4粉细砂；④粉质粘土、⑤粘土；⑥1粉土、⑥3粉质粘土、⑥4粉土、⑥5粉细砂；⑦1粉质粘土、⑦2粉土；⑧1粉质粘土、⑧2粉土；根据各土层的力学特性，采用⑥4粉土层作为码头桩基的桩端持力层，平均贯入击数N=50，土层平均底标高约-50m。
本地区抗震设防烈度为6度，设计地震加速度值为0.05g。
三、桩基型式比较码头结构型式除满足平面及工艺要求外，主要由其所在区域的自然、施工等条件决定的。
本工程所在区域，地质条件较差，表层淤泥较厚，若采用重力墩式结构，由于地基存在深厚的淤泥质等软弱土层，承载力低，必须进行换填或处理，方可承担较大的基底应力，使得重力墩式结构造价较高。
故黄骅地区不适宜采用重力式结构型式。
高桩码头是一种常采用的码头结构型式，它适用于软土层较厚打桩的地基。
且高桩码头结构简单，能承受较大的荷载，砂、石料用量少，对挖泥超深的适应性强。
根据本工程第5期 崔川川等：黄骅港综合港区散杂货码头桩基桩型的研究 191区域的地质条件，并参照相邻码头的结构型式，该工程码头的结构型式拟采用桩基梁板式结构。
目前高桩码头设计中常规采用的桩基型式有钢管桩、后张预应力混凝土大管桩（简称大管桩）、先张预应力高强混凝土管桩（简称PHC 桩）和预制预应力混凝土空心方桩。
就以上桩型比较如下。
1．制作工艺后张预应力大管桩是采用分段（分段长度为4m）离心、震动、辊压成型为混凝土管，混凝土强度等级为C60，然后通过管节间涂刷粘结剂，后张拉预应力钢绞线，预留孔道内压力灌注水泥浆体，钢绞线自锚等工艺手段在制桩厂拼接成所需长度的管桩，其管径通常为1,200~1,400mm；PHC 桩是采用先张拉高强预应力钢筋，再浇筑混凝土，通过高速离心，常温、常压（或高温、高压）蒸养一次成型，单节桩长约40~50m，对于一般的码头桩基均可一次成型，混凝土强度等级为C80，管径通常为700~1,200mm；钢管桩由钢板经开坡口对接或螺旋焊接成型，可根据需要预制不同管径；预制预应力混凝土空心方桩采用先张法在台座上张拉预制而成，目前在码头工程中应用较多的为550×550mm 至650×650mm 预应力空心方桩，最近部分工程开始尝试700×700mm 预应力空心方桩。
2．承载能力无论是竖向承载能力还是抗弯承载能力，各桩型的承载能力顺序大致为：钢管桩、后张预应力大管桩、PHC 桩＞预制预应力混凝土空心方桩。
前三种桩型的竖向承载能力一般不受自身材料和截面的限制，多由地基土能提供的桩承载力控制，而预制空心方桩因其截面较小，其压桩力设计值不宜大于3,000~3,800KN，否则其承载能力难以满足设计需要。
鉴于此，设计过程中，预制空心方桩的排架间距较小方能降低桩力，满足承载力的需要。
3．耐锤击能力耐锤击能力：按照传统的认识，在相同锤型的作用下，各桩型耐锤击力由强到弱的顺序大致为：钢管桩＞大管桩＞预应力混凝土空心方桩＞PHC 桩；根据已有资料分析，近年来随着大管桩与PHC 桩制作工艺和施工经验的不断积累，预制预应力凝土空心方桩打桩工艺的完善，其耐锤击能力均有不同程度的提高，相应不同地区的耐锤击能力排序也可能会变化。
4．耐久性为保证码头结构的设计使用年限，钢管桩须作专门的防腐处理，如涂刷防腐土层与牺牲阳极或外加电流联合保护。
而大管桩，PHC 桩和混凝土空心方桩需要保证相应的强度等级和抗冻等级，三者在北方地区常用的强度和抗冻等级为C60，F300；C80，F300和C50，F300。
预应力空心方桩在北方地区应用较广，在抗冻方面制作工艺应已成熟；对于大管桩，尽管在北方地区应用较少，但参考相关抗冻试验的成果，由于其结构采用离心、震动、辊压形成的致密结构，使大管桩本身的抗冻性和抗氯离子渗透性均能满足要求；PHC 桩采用高速离心制成，以前在北方地区应用时其抗冻性较受关注，现在随着北方地区应用工程的不断增加，其北方厂家生产的PHC 桩抗冻性能也逐渐稳定。
鉴于以上对比，根据本工程的建设规模和工程地质综合考虑，本工程对混凝土空心方桩和Φ1000PHC 桩进行了比较。
混凝土空心方桩采用新型的700mm×700mm 预应力混凝土空心方桩，该种桩型较550×550mm 和650×650mm 预应力空心方桩的竖向承载力有显著提高，且混凝土空心方桩在我国港口工程中应用实践最长，应用数量最多、积累经验最丰富，设计、施工和使用维护经验已经相当成熟。
对黄骅地区的散杂货码头而言，是一种较为理想的桩型。
PHC 桩具有抗弯能力强，承载力高的优点，但该种桩型在我国北方港口运用较少，技术条件和经验都有欠缺。
四、结构方案梁板式高桩码头的上部结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成，这些构件均采用高性能混凝土。
1．结构方案一（预应力混凝土方桩方案）码头承台宽30m，桩基采用预应力混凝土空心方桩，排架间距为6.0m，共分6个结构段。
每个标准排架布置8根700mm×700mm 预应力混凝土空心方桩，包括一对双半叉桩、两根单直桩和两对叉桩，半叉桩斜桩斜率为15：1，其余两对叉桩斜率为3：1，桩底标高约-50.0m。
在码头两端部各设两对纵向叉桩。
上部结构为预制安装梁板式结构，包括靠船构件、横梁、纵梁、面板等预制构件，各构件安装好后均采用现浇钢筋混凝土接头的型式将其连接成整体。
码头和引桥结构断面图见图1。
图1 预应力混凝土方桩方案结构断面图 2．结构方案二（PHC 桩方案）码头承台宽30m，桩基采用PHC 桩，排架间距为7.0m，每个标准排架布置8根Φ1000mmPHC 桩，包括一对双直桩、两根单直桩和两对叉桩，斜桩斜度为4：1，桩底标高约-50.0m。
在码头两端部各设两对纵向叉桩。
上部结构为预制安装梁板式结构，包括靠船构件、横梁、纵梁、面板等预制构件，各构件安装好后均采用现浇钢筋混凝土接头的型式将其连接成整体。
整个码头共分为6个结构段。
码头和引桥结构形式见图2。
3．计算方法本案例是利用北京理正软件股份有限公司研制的“中交一航院高桩码头结构计算机辅助设计（CAD）软件3.1”通过建立模型、交互荷载来完成包括板、梁、装、桩帽、靠船构件等主要组件的内力计算、配筋计算。
建立的模型如图3所示。
192 中 国 水 运 第17卷图2 PHC 桩方案结构断面图图3 高桩码头模型三维视图4．主要计算结果两个方案的码头桩力计算结果见表2。
表2 两个方案的码头桩力计算结果结构方案桩力设计值单桩极限承载力设计值压桩力拉桩力 压桩承载力 拉桩承载力方案一（700mm 方桩） 3,384kN 1,152kN 4,600kN 2,592kN 方案二（Φ1000mmPHC 桩）4,521kN1,354kN5,135kN2,560kN上述两种结构方案均为高桩梁板式结构，结构型式简单，整体性好，结构构件均采用预制安装，施工速度快。
预制预应力混凝土空心方桩造价较低，应用时间较长，各地采用此桩型建成的码头较多，应用情况良好，设计、施工和使用维护经验成熟，但其承载能力较低。
PHC 桩造价较高，在北方地区应用较少，其抗击打性能较差。
综上所述，上述两种结构方案在本工程中都是可行的，结构方案一造价较低，本次设计将结构方案一作为推荐方案。
5．结论通过本文的分析，可以得到以下结论。
