港口工程樁基設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)

 1 港口工程樁基的設(shè)計(jì) 

　　1.1 樁型及樁長的設(shè)計(jì) 

　　樁型及樁長是樁基設(shè)計(jì)中最重要的兩個因素，只有樁基的樁型和樁長設(shè)計(jì)得科學(xué)、合理，才能保證整個港口工程的施工質(zhì)量。從力學(xué)角度分析，樁基分為橫向受力樁、豎向受力樁和斜向受力樁，不同的樁型具有不同的截面積，其受力及應(yīng)力分布也不同，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)建筑物的實(shí)際載荷對樁型進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。樁長的設(shè)計(jì)與其斷面、地基的持力層厚度以及沉降方式有關(guān)，同時(shí)也要依據(jù)施工環(huán)境，對地層的情況進(jìn)行分析。在通常情況下，設(shè)計(jì)人員會根據(jù)現(xiàn)有的施工方案，對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，設(shè)計(jì)出多個方案進(jìn)行比較選擇，根據(jù)工程實(shí)際，選擇合適的樁型與樁長，以確保工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)合理性。 

　　1.2 樁基的靜載荷試驗(yàn) 

　　在樁基投入使用前都會進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，目的是為了確保樁基在實(shí)際使用中安全耐用。在港口工程進(jìn)行樁基靜載荷試驗(yàn)是目前比較可信的一項(xiàng)樁基檢測試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對樁基的可靠性進(jìn)行分析，并進(jìn)一步確定樁基的施工方案。一般的靜載荷試驗(yàn)是分別在樁基的頂部對樁基逐級加載軸向壓力、軸向上拔力和水平力，并測出樁基上各個檢測點(diǎn)隨著時(shí)間不斷變化而產(chǎn)生的下沉位移、上拔位移以及水平位移，繪制出相應(yīng)的壓力載荷與各向位移的關(guān)系曲線圖，判斷出單個樁基各向應(yīng)力、位移的極值，觀測加載后樁基的性能和變形情況，在實(shí)際工程中根據(jù)一定的安全余量，確定出樁基所能承受的載荷范圍。 

　　1.3 樁基設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 

　　在樁基設(shè)計(jì)中，首先要做好樁基性能參數(shù)的設(shè)計(jì)，比如樁基變形系數(shù)、樁頂剛度計(jì)算、確定樁身撓曲長度等，這些都是樁基的基本參數(shù)。其次，樁基的設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件是緊密相連的，不論設(shè)計(jì)的是鉆孔灌注樁還是預(yù)制樁，在設(shè)計(jì)時(shí)都要充分考察港口碼頭的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤構(gòu)成以及水文狀況。根據(jù)港口的地質(zhì)勘查報(bào)告，綜合考慮樁基的安全、質(zhì)量、施工進(jìn)度等，對樁基進(jìn)行施工。再者，如果相鄰樁基之間的地質(zhì)情況差異較大，則樁基的設(shè)計(jì)需要分開設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)港口地質(zhì)的實(shí)際情況對樁基進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。 

　　2 港口工程樁基的施工 

　　港口工程樁基的施工是整個港口施工的基礎(chǔ)和保障，也是港口施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。按照樁基的類型分為鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼管樁、鋼筋方樁和PHC樁等。港口工程中主要應(yīng)用的有鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土柱。也有少量應(yīng)用PHC樁。 

　　樁基是港口承受載荷的主體結(jié)構(gòu)，通過樁體將上部的載荷傳送到地基中。只有對樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇和布置才能最大限度地發(fā)揮樁的承受能力，同時(shí)使碼頭的沉降不均勻度最小，有利于穩(wěn)固岸坡，使碼頭的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。為了彌補(bǔ)打樁對岸坡穩(wěn)固性的影響，實(shí)際施工時(shí)常采用“打頭”、“束腰”、“壓腳”等方法，也要考慮樁負(fù)摩擦力、樁群和樁的拔出對岸坡的影響。 

　　樁柱除了要承受上部的載荷外，還要承受來自船舶、海水等橫向撞擊帶來的影響，長時(shí)間浸泡在海水中要受到海水的侵蝕。以下對各種樁基結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。 

　　2.1 鉆孔灌注樁 

　　灌注樁是指使用鉆孔、鋼管擠壓或者挖掘等手段在地面形成樁孔，再在樁孔內(nèi)放置鋼筋籠，灌注混凝土形成灌注樁。鉆孔灌注樁是使用地面鉆孔的方法形成灌注樁。 

　　按照護(hù)壁方法的不同又分為泥漿護(hù)壁和全套管護(hù)壁。鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)是在各種地基條件下均能使用，相對于錘擊鋼管法噪聲較小。缺點(diǎn)也很明顯，成孔費(fèi)工費(fèi)時(shí)，鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，對于樁柱質(zhì)量難以檢測，因此存在質(zhì)量隱患。 

　　2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁 

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁的制作過程是先由鋼筋制成鋼筋籠，在鋼筋籠內(nèi)安裝各種預(yù)埋件和金屬構(gòu)件，再將鋼筋籠放入鋼模中，在鋼模中注入混凝土，鋼模繞中心軸旋轉(zhuǎn)，使混凝土在離心力作用下壓實(shí)、成型。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁分為先張法和后張法，先張法具有較高的抗裂彎矩和極限彎矩，樁體承載能力高。適宜埋藏在深、強(qiáng)風(fēng)化巖層地質(zhì)條件下使用。后張法適用于大口徑管樁，具有壽命長的特點(diǎn)。 

　　2.3 PHC樁 

　　PHC樁是我國的引進(jìn)產(chǎn)品，它是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁的一種，具有更高的混凝土強(qiáng)度。 

　　首先對它經(jīng)過預(yù)應(yīng)力離心成型，再通過1.0 MPa和180 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)，形成空心圓筒形的管樁構(gòu)建。具有較長的工程強(qiáng)度，單樁承載力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、沉樁質(zhì)量可靠、工程造價(jià)便宜和施工應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。PHC樁正在碼頭、公路等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)到2016年，PHC樁的需求量將達(dá)到5.98億m3。 

　　2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁是用離心成型的方法對澆筑進(jìn)入鋼模中的混凝土進(jìn)行壓實(shí)、成型。 

　　根據(jù)材料力學(xué)性能，同樣的質(zhì)量的物料，空心的方樁相較于實(shí)心方樁具有更高的抗彎模量。因此預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁具有承載能力強(qiáng)、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)。其形狀是外方內(nèi)圓。 

　　在同樣地使用條件下，方樁的橫截面積要大于圓柱，因此在土層中方樁的接觸面要大于圓柱，方樁具有更高的摩擦。方樁耐沖擊，樁頭不易損壞，且焊接周長較長，焊接不易破損。目前正得到大力推廣和應(yīng)用。 

　　3 港口工程樁基的防腐蝕措施 

　　分析了樁基的腐蝕原因可知，若樁基的腐蝕嚴(yán)重會導(dǎo)致無法挽回的后果和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此考慮到碼頭的使用安全，我們在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該對樁基采取一定的防腐措施，以杜絕隱患。

     3.1 采用高性能混凝土防腐 

　　在樁基的制作與施工中，最好采用性能好、抗海水腐蝕強(qiáng)的混凝土，此類混凝土能夠提高樁基的密實(shí)程度，特別是對于海水中的氯離子能夠具有較強(qiáng)的抗?jié)B透性。 

　　高性能混凝土是選用優(yōu)秀原材料，再加入大量摻合料以及高效外加劑配制而成的，不但具有自密實(shí)性、體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度高、收縮徐變小等優(yōu)點(diǎn)外，在抵抗化學(xué)腐蝕上其性能也明顯優(yōu)于普通混凝土，這樣就大大地延長了樁基的使用壽命。 

　　3.2 涂層防腐 

　　在樁基的外表面涂上一層厚厚的防腐層，使樁基與外界的海水環(huán)境隔離，這層涂層阻止了腐蝕介質(zhì)與腐蝕材料的接觸，這樣就大大減小了樁基腐蝕的條件，起到防腐的作用。 

　　但是涂層的厚度有一定范圍，不能無限制的加厚。目前這種涂層防腐技術(shù)應(yīng)用比較靈活，在施工現(xiàn)場可直接對樁基進(jìn)行涂刷，簡單易操作，經(jīng)濟(jì)性好，因此應(yīng)用十分廣泛。 

　　3.3 陰極保護(hù)防腐 

　　陰極保護(hù)防腐技術(shù)是港口工程中使用最多的防腐技術(shù)之一。主要方法是將具有還原性的金屬和被保護(hù)的金屬構(gòu)成一個原電池，其中還原性強(qiáng)的金屬為保護(hù)極，而樁基一端為被保護(hù)極，含有雜質(zhì)的海水為電解質(zhì)溶液。當(dāng)海水浸泡時(shí)，還原性強(qiáng)的金屬在反應(yīng)中作為負(fù)極失去電子發(fā)生腐蝕作用，而樁基一端由于被保護(hù)因而不發(fā)生反應(yīng)，這樣就消耗了還原性強(qiáng)的金屬，避免了樁基鋼筋被海水腐蝕。 

　　一般陰極保護(hù)有兩種方法：犧牲陽極法和外加電流法。前者較為常見，而且方法簡單易安裝、效果較好、無需專業(yè)人員維護(hù)，可以說是一勞永逸的方法。后者需要人工輸入電流，整個系統(tǒng)操作比較繁瑣，需要有增設(shè)專門的工作人員維護(hù)管理。 

　　在港口建設(shè)中，樁基的使用能夠大大減少水下工程量，因此，港口樁基的設(shè)計(jì)與施工是否合理顯得尤為重要。 

　　合理科學(xué)的樁基選擇和設(shè)計(jì)可以有效減小港口結(jié)構(gòu)物的變形與坍塌，同時(shí)也能降低工程造價(jià)。 

　　樁基的設(shè)計(jì)和施工要符合工程實(shí)際，盡量選用成熟的、有先例的設(shè)計(jì)方案。樁基除了承受上部載荷外，還會受到多種因素的影響，要綜合考慮，以保證工程順利、穩(wěn)定完成。 

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