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浅谈高桩码头桩基设计及施工特点

杨宏赋


摘 要:本文对高桩码头桩基设计和施工进行分析,根据高桩码头特点优化桩基设计参数,结合施工技术优化桩基布置方案,提高单桩承载力,缩短施工周期,使得施工效果显著,确保高桩码头设计和施工质量。

关键词:高桩码头;桩基;设计;施工特点

中图分类号:U656.1            文献标识码:A            文章编号:1006—7973(2019)08-0066-02

1 高桩码头桩基的设计

高桩码头桩基设计主要是优化设计参数,同时应根据工程地质情况、施工区域水文情况、码头使用功能、工程造价指标、施工方案等因素,制定桩基设计方案。

1.1桩基布置

桩基布置不仅关系到整个码头结构受力情况,在码头结构的总造价中也占有相当大的比重。布置原则:①应能充分发挥桩基承载力,且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀,使码头的沉降和不均沉降较小;②应使整个码头工程建设比较经济;③应考虑桩基施工的可能性与方便性。

1.1.1顺岸码头横向排架中桩基布置

(1)前桩台(窄桩台):①起重设备的轨道前轨道梁下布置双直桩,后轨道梁布置叉桩。②根据承台宽度和其上荷载大中,可在双直桩和叉桩之间加设一根、两根或多根直桩,当受到水平力较大时,也可加设叉桩或斜桩。③无起重设备时无论是否设纵梁,桩基一般采用等距布置。

(2)后桩台主要承受垂直荷载,桩基一般采用直桩等间距布置。

1.1.2窄突堤码头横向排架中桩基布置

为避免斜桩在土面以上部分伸出码头前沿线之外,与船舶相撞,叉桩一般不布置在桩台两侧。

(1)无起重设备时,叉桩布置于码头宽度中央。

(2)有起重设备时,在轨道梁下布置半叉桩。

1.1.3横向排架中桩的间距

为减小土中应力重叠的影响,充分发挥桩的承载力,对于摩擦桩桩与桩之间的中距尽量不小于桩径的6倍,对于端承桩桩与桩之间的间距一般采用3~5m。为方便打桩时安放替打,组成叉桩的两根桩在桩顶处的净距不宜小于30cm。

1.1.4桩基的纵向布置

为了充分发挥桩基承载力,常采用长桩大跨。桩基如采用承载力较大PHC管桩、钢管桩时,前桩台横向排架间距可达8~12m;后桩台的堆货荷载较大且一般不设纵梁,面板及其上荷载直接传递给横向排架,相应排架间距可较前方樁台小。

1.2桩长设计

桩长应由计算确定,同时应考虑码头荷载、桩基布置型式、地质情况、施工设备等因素,若超过打桩船能施打的长度,则应考虑接桩。

(1)满足在地基中的嵌固条件,如是岩面或打入困难的土层(N≥30)的高度较高,需采用钻孔栽桩的方法来满足嵌固条件。

(2)为了提高桩的承载力和减小沉降,应尽量将基桩尖打入良好持力层的一定深度。

(3)桩未能达到硬土层,在满足单桩承载力的基础上应使同一桩台的桩打至同一土层,且桩尖标高不宜相差太大,以免桩台产生不均匀沉降。

1.3桩基的静载荷试验

进行静载荷试验过程中,对桩基按照水平力、轴向压力和上拔力的顺序增加承载力,保证桩基承受最大的试验荷载,记录桩基移动的位置,绘制曲线图分析桩基承受力度和位移的关系,测定桩基的应力、变形等情况,计算出桩基可以承受的力度区域,从而保证桩基的稳固性在可靠范围内,进一步设计出科学合理方案。

2高桩码头桩基施工技术

沉桩时需按一定顺序进行,因此对桩基布置时,必须考虑施工可能性。⑴保证每根桩都能打,且施工方便;⑵不妨碍打桩船的抛锚和系缆;⑶尽量减少调船和变动打桩架斜度。但有时由于结构原因,桩基布置复杂,并受到水位、地形条件和打桩船性能的限制,有些桩不易打,甚至打不到,则需考虑是否改变桩基布置或采用特种施工方法。

2.1管桩类型

2.1.1钻孔灌注桩

灌注桩是利用钻孔、挖掘和钢管挤压地面形成桩孔,再在孔中放置钢筋笼,并灌注砼方式制成。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层施工,桩孔直径通常为600~2500mm。钻孔灌注桩施工对地基没有严格的要求,但成孔的时间过长、工艺较为复杂,在具体施工过程中无法测定桩基质量,容易存在一定的质量隐患。

2.1.2预应力高强混凝土管桩

PHC管桩是利用离心作用形成一个空心、圆柱型管柱,脱模后进入高压釜蒸养而成,可以工厂化、专业化、标准化生产,桩身质量可靠、运输吊装方便、接桩快捷、机械化施工程度高、操作简单、易控制。桩身混凝土强度高,可打入密实的砂层和强风化岩层,由于挤压作用,桩端承载力可比原状土质提高70%~80%,桩侧摩阻力提高20%~40%,使得PHC管桩广泛应用于高桩码头的桩基施工中。

接桩方法有:法兰盘螺栓联结法、端头板电焊联结法。端头板焊联结法是管桩顶端的一块圆环形铁板,厚度一般为18~22毫米,端板外缘沿圆周留有坡口,管桩对接后坡口变成U型,烧焊时将管桩周边的U型坡口填满即可。

桩尖(靴)型式有:十字型、圆锥型和开口型。长江下游及江苏沿海地区多采用开口型桩尖(靴)。

2.1.3钢管桩

钢管桩具有较高强度、较强抗裂弯矩和抗冲击能力,可以有效抗击船舶和海水的冲击问题。在具体施工过程中采用锤击下沉,缩短施工时间,使得施工相对便捷,效果显著。但易锈蚀、用钢量大、造价高,在实际施工中应用区域较为狭窄。

常用尺寸:外径:500~1200mm,壁厚10~18mm。钢管桩制作材料为合金钢或强度较高的钢,卷焊制成。常见型式:开口式:打入容易,但桩的承载力低;全封闭:承载力高,但打入困难;半封闭:打入容易,到位后桩尖形成土塞,承载能力也较高。

2.2施工工序

(1)管桩的运输。管桩利用船舶运输时,应在船舶仓板上设置运桩底座,防止运输过程中桩体移动损坏桩体表面及防腐层。管桩装船原则为后打入的先装船、先打入的后装船,管桩叠放层数宜为4层,先使用的桩体放置在两侧,后使用的放置在中间,简化管桩的装卸和使用,也较大程度避免“偏载”情况发生。

(2)施工水位测量及桩位布设。沉桩前应根据设计提供的平面坐标系统和当地的理论最低潮面,测量施工水位是否满足沉桩作业要求,如不能满足应采取挖泥船进行疏浚。打桩船进入施工现场后,采用GPS复测控制点,在允许的误差范围内,确保施工复测的结果与设计提供的控制点数据一致,利用复测结果测设桩位。

(3)下桩、稳桩。桩基下沉过程中,依次从下到上解除钢丝绳,稳桩速度要慢,防止桩身发生偏移。下桩过程中,若桩尖入土2m~3m后立即停止下桩,进行校准后继续作业,直到桩身在自身重力作用下不再下沉为止。锤击前应保证桩、替打、锤在同一轴线,以免锤击过程中发生移位。稳桩过程中应采用重锤低击,避免锤击的力度超过混凝土本身承受的力度,破坏桩体。压锤的过程中应随时观测桩体位移的情况,一旦发生偏移,立马停止锤击,针对出现的情况探讨解决方案。

(4)沉桩。锤击沉桩应根据地质情况、打桩船的架高、錘型、桩型和桩长综合考虑。黏性土层以标高控制为主,贯入度可作校核;砂性土层或风化岩层,以贯入度控制为主,标高作校核。长江下游及江苏沿海地区多为密实砂土,以贯入度控制为主。当出现桩尖已到达设计并低于设计标高贯入度仍偏大或沉桩已达到并小于设计规定贯入度而桩尖标高仍高出设计标高较多时,宜采用高应变检验桩的极限承载力并同设计研究解决。

(5)夹桩。由于施工水域的水流速度过快,水压较大,会导致已沉桩体出现偏斜。为保护已沉设完毕的桩体,应对沉桩完毕的排架安装通长型钢,再进行上部结构施工,并在桩顶上插好标志旗、设置好标记灯,防止船只与桩体发生碰撞。

(6)桩基检测。PHC管桩施工完毕应对其单桩轴向承载力和桩身完整性检测,可采用高应变动力检测和低应变动检测,抽检数量宜分别取桩总数的2%~5%(并不少于5根)和10%(并不少于10根)。钢管桩检测除应符合上述检测规定外,还需对其全部焊缝检测。检测方法有外观检测和无损检测,内部焊缝宜采取超声波探伤辅以射线探伤检测。

3 结束语

桩基是高桩码头工程最重要部分,优化桩基设计和施工技术,保证合理设计方案,简化施工工艺,降低造价成本,提高港口工程的施工质量。

参考文献:

[1]骞轲.港口工程桩基施工技术及质量控制要点分析[J]工程技术研究,2018(11):200-201

[2]何东城.探究港口工程的桩基施工特点及桩基设计[J]科技风,2018(08):69+71

[3]王晓峰,王树怀.港口工程桩基参数的研究与探讨[J].中国水运(下半月),2017,17(12):171-172

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