劉毅

摘 要：樁基在港口工程中應(yīng)用極為廣泛，該文從樁基的設(shè)計(jì)與施工兩方面總結(jié)了幾種不同類(lèi)型的樁基結(jié)構(gòu)，并比較出不同結(jié)構(gòu)導(dǎo)致樁基的性能差異。在工程建設(shè)中我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的樁基類(lèi)型。為保證樁基質(zhì)量對(duì)港口工程建設(shè)的影響，一般在碼頭工程中需要對(duì)樁基采取一定的防腐措施。該文通過(guò)對(duì)樁基的設(shè)計(jì)、選擇、施工和防腐的分析研究，為港口工程樁基的設(shè)計(jì)和施工提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：港口工程 樁基設(shè)計(jì) 樁基施工 防腐

中圖分類(lèi)號(hào)：U65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（b）-0094-02

樁基結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中有許多優(yōu)點(diǎn)，比如能夠承受軸向壓應(yīng)力、軸向拉應(yīng)力、水平載荷以及幾種外力的合力等。因此，樁基在建筑的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，尤其在港口工程領(lǐng)域，樁基的作用更是無(wú)法替代。在港口工程中，樁基設(shè)計(jì)是否合理直接影響到港口建筑的安全性與穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)施工人員，必須明確樁基的分類(lèi)、適用范圍、受力特點(diǎn)、安全防腐等特點(diǎn)，才能選擇出合適的樁基，充分發(fā)揮不同樁基的優(yōu)勢(shì)。因此，我國(guó)在樁基的設(shè)計(jì)及選用環(huán)節(jié)應(yīng)該充分重視，加強(qiáng)管理力度，使樁基的設(shè)計(jì)與施工更加科學(xué)、合理。

1 港口工程樁基的設(shè)計(jì)

1.1 樁型及樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)

樁型及樁長(zhǎng)是樁基設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)因素，只有樁基的樁型和樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)得科學(xué)、合理，才能保證整個(gè)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(duì)樁型進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。樁長(zhǎng)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(duì)地層的情況進(jìn)行分析。在通常情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)現(xiàn)有的施工方案，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，設(shè)計(jì)出多個(gè)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(zhǎng)，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(huì)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(cè)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)樁基逐級(jí)加載軸向壓力、軸向上拔力和水平力，并測(cè)出樁基上各個(gè)檢測(cè)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(xiàn)圖，判斷出單個(gè)樁基各向應(yīng)力、位移的極值，觀(guān)測(cè)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。

靜載荷試驗(yàn)是公認(rèn)的檢驗(yàn)樁基承載力水平最準(zhǔn)確可靠的方法，目前已被列入樁基規(guī)范中，成為工程驗(yàn)收的一項(xiàng)重要依據(jù)。靜載荷試驗(yàn)的受力條件與工程實(shí)際接近，操作簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果直觀(guān)易理解，已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域中。

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?yè)锨L(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(kāi)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(duì)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(gè)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(lèi)型分為鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼管樁、鋼筋硂方樁和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(guò)樁體將上部的載荷傳送到地基中。只有對(duì)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(duì)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(duì)岸坡的影響。樁柱除了要承受上部的載荷外，還要承受來(lái)自船舶、海水等橫向撞擊帶來(lái)的影響，長(zhǎng)時(shí)間浸泡在海水中要受到海水的侵蝕。以下對(duì)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(duì)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(duì)于樁柱質(zhì)量難以檢測(cè)，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(guò)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(zhǎng)的特點(diǎn)。

我國(guó)的大口徑管樁常采用拼接的方法，在工廠(chǎng)制成長(zhǎng)度為4 m的短管樁，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行樁接。為保證拼接精度，將管樁的端面磨平，端面一周磨成倒角，再用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行連接。常采用重力錘擊的方法使樁柱下沉。重力錘擊的設(shè)備包括打樁錘、打樁架和其他設(shè)備。打樁錘包括蒸汽錘、柴油錘和液壓錘。各類(lèi)型均有其自身的特點(diǎn)，在選擇時(shí)要保證工程的進(jìn)度和質(zhì)量，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 PHC樁endprint

PHC樁是我國(guó)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(duì)它經(jīng)過(guò)預(yù)應(yīng)力離心成型，再通過(guò)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(zhǎng)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(lái)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(duì)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(zhǎng)較長(zhǎng)，焊接不易破損。目前正得到大力推廣和應(yīng)用。

2.5 鋼管樁

鋼管樁的強(qiáng)度大，且抗彎、抗沖擊能力強(qiáng)，能有效抗擊海水、船舶的橫向沖擊，又由于鋼管樁普遍采用錘擊的方式，具有施工方便、工程周期短的優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于深水碼頭、冰凌嚴(yán)重的場(chǎng)合。但是鋼管樁的成本較高，經(jīng)濟(jì)適用性不強(qiáng)。

鋼管樁一般進(jìn)行卷焊成型，采用合金鋼或其他高強(qiáng)度鋼。鋼管樁安工程需要進(jìn)行多段拼接，為保證拼接強(qiáng)度，常在內(nèi)部加焊襯套。接樁是在單根樁無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)深度時(shí)使用，在上一根樁打至露出水面或地面50cm左右時(shí)，進(jìn)行接樁工作。將上段樁吊至其上時(shí)，首先使用經(jīng)緯儀測(cè)量測(cè)量?jī)啥螛兜拇怪倍仁欠癖３忠恢拢缓髮?duì)接樁處進(jìn)行除銹、除油，使用全周長(zhǎng)電弧焊進(jìn)行焊接，待焊接冷卻后繼續(xù)打樁工作。打樁時(shí)在鋼管樁上段帶上樁帽。地基上層土質(zhì)較松，先間斷錘擊再連續(xù)錘擊，避免因貫入量大而空打。在樁體的橫向和側(cè)向放置兩臺(tái)經(jīng)緯儀，保證打樁精度。對(duì)于不符合要求的樁體應(yīng)調(diào)整或拔出。

2.6 樁基的施工流程

樁基的施工需要根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)港口的地質(zhì)、土壤等情況做出詳細(xì)的考察，根據(jù)考察報(bào)告，對(duì)各項(xiàng)因素綜合分析，采取當(dāng)前成熟的工藝流程，盡量使樁基施工不受外部因素的影響。雖然碼頭的地面載荷不是很大，但是大型碼頭一般位于深水區(qū)，水下情況復(fù)雜，要防止發(fā)生樁基下沉，特別是不均勻的下沉?xí)斐傻孛骈_(kāi)裂甚至建筑物倒塌。具體樁基的施工流程如下。

（1）場(chǎng)地平整—墊層施工—挖上部樁孔土方—垂直度檢驗(yàn)—安裝提升機(jī)械—挖下部樁孔土方—孔徑檢驗(yàn)—吊鋼筋籠—澆筑混凝土。

（2）做好施工準(zhǔn)備，審核施工圖紙，與施工人員做好技術(shù)交底等工作，同時(shí)要保證施工監(jiān)管人員及時(shí)就位。

（3）然后進(jìn)行測(cè)量放線(xiàn)，測(cè)量放線(xiàn)之前需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理與平整，掃除雜物，將工具、材料等歸類(lèi)放好。再按照施工圖紙進(jìn)行相關(guān)標(biāo)記的設(shè)定，并確定樁基的確切位置，為后續(xù)工程做好準(zhǔn)備。

（4）按照上述操作將樁基進(jìn)行定位后，就需要人工成孔了。人工成孔是以樁基的定位點(diǎn)為圓心，然后開(kāi)始挖樁孔，一般樁孔深度為1.5 m。在開(kāi)挖樁孔后還需要進(jìn)一步對(duì)樁基的中心進(jìn)行校對(duì)，并修復(fù)孔壁，以免尺寸遭到破壞。

（5）在對(duì)制好的鋼筋進(jìn)行存放時(shí)也要做到有序存放，一般按照鋼筋的規(guī)格和等級(jí)分開(kāi)存放。在使用鋼筋前需要對(duì)其進(jìn)行清潔處理，出去粘連的雜質(zhì)與表面結(jié)晶物質(zhì)。

水下工作存在隱蔽性，同時(shí)矯正難度大，施工時(shí)要邊施工邊檢驗(yàn)，對(duì)不符合要求的及時(shí)改正。樁基施工的質(zhì)量和進(jìn)度關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量和完工時(shí)間。對(duì)樁基施工工作進(jìn)行有效控制，保證港口工程樁基的順利實(shí)施。

3 港口工程樁基的防腐蝕措施

港口工程的樁基自工程使用日起就常年浸泡在海水中，再加上大部分樁基采用的是鋼筋與混凝土的復(fù)合體，因此被海水腐蝕極為嚴(yán)重。根據(jù)分析，該腐蝕分為兩種形態(tài)：（1）樁基在長(zhǎng)時(shí)間使用后混凝土本身遭到破壞，使得混凝土內(nèi)的鋼筋等易腐蝕物質(zhì)裸露在海水中，久而久之造成了整個(gè)樁基的腐蝕破壞。（2）樁基本身并未損壞，但樁基表面存在細(xì)微裂縫，在海水的侵蝕之下，使混凝土與鋼筋接觸部位的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋的銹蝕。由于鐵銹的膨脹，使外表混凝土裂縫越來(lái)越大，繼而剝落，最終使得樁基無(wú)法承載上部重力而失效。

分析了樁基的腐蝕原因可知，若樁基的腐蝕嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致無(wú)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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該對(duì)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(lèi)混凝土能夠提高樁基的密實(shí)程度，特別是對(duì)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(zhǎng)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(wú)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(chǎng)可直接對(duì)樁基進(jìn)行涂刷，簡(jiǎn)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(gè)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(yáng)極法和外加電流法。前者較為常見(jiàn)，而且方法簡(jiǎn)單易安裝、效果較好、無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員維護(hù)，可以說(shuō)是一勞永逸的方法。后者需要人工輸入電流，整個(gè)系統(tǒng)操作比較繁瑣，需要有增設(shè)專(zhuān)門(mén)的工作人員維護(hù)管理。

3.4 聯(lián)合防腐

在港口實(shí)際工程中，除了采用高性能的混凝土制作樁基之外，我們常常將涂層技術(shù)與陰極保護(hù)技術(shù)聯(lián)合使用，以達(dá)到更好的防腐效果。首先，涂層作用能夠使樁基周?chē)碾娏鞣植几泳鶆颍黄浯?，陰極保護(hù)技術(shù)也能減緩?fù)繉蛹夹g(shù)所造成的孔蝕、點(diǎn)蝕等現(xiàn)象。二者聯(lián)合使用，各施所長(zhǎng)，有效的防止了樁基的腐蝕，使港口碼頭的安全順利運(yùn)行有所保障。

4 結(jié)語(yǔ)

樁基是整個(gè)工程建設(shè)的基礎(chǔ)，也是外部載荷的主要承載構(gòu)件。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(huì)受到多種因素的影響，要綜合考慮，保證工程順利、穩(wěn)定完成。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐超.儀征舜天舾裝碼頭樁基設(shè)計(jì)及碰樁驗(yàn)算簡(jiǎn)介[J].交通工程建設(shè)，2008（2）：32-36.

[2] 王力強(qiáng).建筑施工中樁基的應(yīng)用研究[J]. 城市建設(shè)，2012（11）.

[3] 夏云柯.淺談土木工程樁基設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013（4）：179

[4] 高燕紅.談樁基檢測(cè)技術(shù)及其展望[J]. 甘肅科技，2010（7）.

[5] 陳志均，許向陽(yáng).預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在工程中的應(yīng)用和控制要點(diǎn)[J].地質(zhì)裝備，2009，10（4）：34-36.endprint