徐春雷

摘 要：板樁碼頭端部與岸坡連接段建筑物常規(guī)設(shè)計中，易忽略該段擋墻不直接承受船舶荷載的特殊性，結(jié)構(gòu)型式基本與碼頭主體結(jié)構(gòu)相近，造成工程投資的一定浪費。參照高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)，經(jīng)分析、比較，等截面格柵型水泥土墻體結(jié)構(gòu)布置型式應(yīng)用于碼頭與岸坡連接部位，具有節(jié)省工程投資、加快施工進(jìn)度等優(yōu)點，可應(yīng)用于類似工程。

關(guān)鍵詞：板樁碼頭;岸坡連接段;格柵型水泥土墻體;新型結(jié)構(gòu)

中圖分類號：U656.1+1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0072-03

1 工程概況

平原河網(wǎng)地區(qū)的內(nèi)河三級航道，一般航道水深約為3.2～3.5m，最低、最高通航水位之間差值約2.5m，考慮碼頭前沿富裕水深以及碼頭面超高后， 1000噸級碼頭直立式岸壁擋土建筑物高度基本在7～8m左右。碼頭平面布置型式方面，普遍采用前沿利用天然水深順岸布置型式，方便船舶靠離碼頭作業(yè)的同時，也可減少碼頭對水流和泥沙沖淤變化的影響。碼頭與堤防銜接部位，按規(guī)范要求，端部泊位的水域底邊線與碼頭前沿線以30o～35o順接[1]，基本布置方式如圖1。

為避免侵占通航水域，內(nèi)河碼頭主體結(jié)構(gòu)一般根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)、施工條件，以重力式或單錨板樁式型式為主。設(shè)計中通過多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選用較為適宜的結(jié)構(gòu)型式。其中單錨板樁式結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、材料用量較少、避免施工期間土方開挖回填量較小、臨水側(cè)無需填筑施工圍堰等優(yōu)點，在中小型碼頭中應(yīng)用較為廣泛。

由圖1可知，在碼頭端部，為便于船舶進(jìn)出港區(qū)并與兩側(cè)堤防平順連接，一般均需設(shè)置必要的直立式過渡段。該段擋墻主要承受碼頭側(cè)土壓力、剩余水壓力以及碼頭地面超載，基本不直接承受船舶系纜力、撞擊力等荷載，擋墻的長度根據(jù)水域底邊線與碼頭前沿線夾角及堤防岸坡的穩(wěn)定性確定。在一般性場地地質(zhì)條件下，碼頭前沿高差7～8m時，為滿足整體滑動穩(wěn)定性要求，堤防迎水坡坡比基本在1：3～1：4之間，碼頭端部泊位兩側(cè)常需分別設(shè)置30m長度左右的連接段擋土建筑物。常規(guī)工程設(shè)計中，從標(biāo)準(zhǔn)化施工角度出發(fā)，連接段擋土建筑物結(jié)構(gòu)基本與碼頭主體結(jié)構(gòu)相似，往往忽略了該段擋墻不直接承受船舶荷載的特殊性，造成工程投資的一定浪費。特別是對于吞吐量不大，碼頭泊位較少的中小型碼頭，如前沿僅設(shè)置2至3個泊位情況下，連接段長度約為碼頭前沿長度的20～30%。對該部位擋土結(jié)構(gòu)根據(jù)其荷載的特殊性進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致的分析比選，可大量節(jié)省工程投資。

某工程為一大型商品砼企業(yè)專用砂石材料碼頭，位于航道北側(cè)，采用順岸布置型式，碼頭前沿線與航道中心線平行，泊位長度120m。根據(jù)航道最高、最低通航水位及河道防洪水位以及船舶吃水，確定碼頭前沿底高程為-3.9m，碼頭面高程4.0m。工程位置自上而下土層分別是淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土。

2 碼頭設(shè)計

2.1碼頭前沿結(jié)構(gòu)設(shè)計

工程所在地河道非汛期常水位1.5m，汛期常水位2.0～2.5m?？紤]到碼頭前沿水深較大，航道運量較大，船只運輸頻繁等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，空箱式砼擋墻、扶壁式砼擋墻、漿砌式重力式等重力式結(jié)構(gòu)存在圍堰施打較為困難、維護(hù)費用較高、基坑降水困難、綜合造價較高等缺點，設(shè)計中最終選用鉆孔灌注樁連排套打的單錨板樁式結(jié)構(gòu)[2]。結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：碼頭面高程4.0m，灌注樁頂高程1.5m，灌注樁底高程為-15.0m，拉桿中心高程2.5m，拉桿直徑70mm，拉桿間距1.8m。墻后設(shè)置雙排套打水泥土攪拌樁（D=60cm），以防止灌注樁間隔之間漏土，影響碼頭正常運行。碼頭平面布置及結(jié)構(gòu)剖面詳見圖2、圖3。

2.2常規(guī)銜接段碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程受征地范圍限制，端部銜接段平面上采用圖4所示反向布置型式。按常規(guī)，臨近泊位側(cè)銜接段結(jié)構(gòu)型式與碼頭主體同，可采用鉆孔灌注樁連排套打的單錨板樁結(jié)構(gòu)。為避免該處的拉桿與碼頭前沿的拉錨結(jié)構(gòu)在平面位置相互交叉，將拉桿高程降低，錨定系統(tǒng)采用錨定樁結(jié)構(gòu)以減少錨定系統(tǒng)開挖量。銜接段后方臨近堤防部位擋土高度較小，擋墻采用重力式結(jié)構(gòu)，底板寬度向堤防側(cè)逐漸減小，以節(jié)省工程投資。

2.3格柵型水泥土墻體新型銜接段結(jié)構(gòu)設(shè)計

按圖4布置方式，單錨式板樁碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性均能滿足規(guī)范要求，但該方案存在工程施工較為復(fù)雜，施工工序之間限制性因素較多等缺點。鑒于銜接段墻體主要起擋土作用，并不直接承受船舶荷載，設(shè)計中參照高層建筑深基坑支護(hù)技術(shù)，采用等截面格柵型水泥土墻體斷面型式代替常規(guī)單錨板樁結(jié)構(gòu)，具體布置如圖5。

2.4格柵型水泥土墻體計算

格柵型水泥土墻[3]一般采用深層攪拌樁或旋噴樁構(gòu)成 ，主要用于坑深不大于6m的軟土地層基坑支護(hù)工程中。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)具有隔水與支護(hù)的雙重作用，相對較為經(jīng)濟(jì)。格柵型水泥土墻結(jié)構(gòu)計算主要包括穩(wěn)定計算以及墻體正截面應(yīng)力計算等[4]。

水泥土墻穩(wěn)定計算與重力式碼頭相似，可將墻體看作脫離體，驗算結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定及抗傾覆穩(wěn)定性。同時還應(yīng)進(jìn)行深層圓弧滑動穩(wěn)定性驗算;當(dāng)墻底以下存在軟弱下臥土層時，穩(wěn)定性驗算的滑動面中尚應(yīng)包括由圓弧與軟弱土層層面組成的復(fù)合滑動面;嵌固深度應(yīng)滿足坑底隆起穩(wěn)定性要求，墻底面以下有軟弱下臥層時，墻底面土的抗隆起穩(wěn)定性驗算的部位也應(yīng)包括軟弱下臥層。

水泥土墻體正截面應(yīng)力計算包括臨土側(cè)墻體邊緣拉應(yīng)力計算、墻體壓應(yīng)力、剪應(yīng)力等，通過驗算正截面應(yīng)力，可合理確定水泥土墻體厚度及水泥土抗壓強度，以上計算可按公式（1）～（3）進(jìn)行。

當(dāng)邊緣應(yīng)力為拉應(yīng)力時：

（1）

壓應(yīng)力? ? ?（2）

剪應(yīng)力? ? （3）

上式（1）～（3）中：Mi：水泥土墻驗算截面的彎矩設(shè)計值（KN.m/m）;B： 驗算截面處水泥土墻的寬度（m）;rcs：? 水泥土墻的重度（KN /m3）; fcs：水泥土開挖齡期時的軸心抗壓強度設(shè)計值（kPa）; rF：荷載綜合分項系數(shù);Gi： 驗算截面上的墻體自重（KN/m）;U： 墻體材料的抗剪斷系數(shù)，取0.4～0.5

2.5格柵型水泥土墻體在工程中應(yīng)用

本工程探索性將該結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用于碼頭連接段部位設(shè)計中，基本達(dá)到了經(jīng)濟(jì)合理、安全的擋土目的。經(jīng)結(jié)構(gòu)計算，如圖6所示，工程中格柵型水泥土墻墻體總厚度取6.4m。水泥攪拌樁墻體水泥摻量為15%，單樁樁徑D=60cm，前沿位置采用雙排套打，掿接寬度為15cm，前后排格柵樁體中心距約2m。經(jīng)計算，整個格柵型水泥土墻體水泥土置換率為64%，滿足規(guī)范一般粘性土及砂土中置換率（即水泥土面積與水泥土擋土結(jié)構(gòu)面積的比例）不宜小于0.6的要求。墻體抗滑位移穩(wěn)定安全系數(shù)KS1=1.41，大于規(guī)范1.2的允許值。經(jīng)采用簡單條分法進(jìn)行圓弧滑動計算，樁底位于粉質(zhì)粘土 32層，底高程-7.1m時，滿足墻體圓弧滑動穩(wěn)定及嵌固深度不小于0.4倍墻體高度的要求。格柵型水泥土墻墻體臨水面胸墻以下，最低通航水位以上設(shè)置20cm厚鋼筋砼貼面對墻體形成一定保護(hù)并美化外觀效果。為防止船舶意外碰撞并增強連接段與前沿整體強度，在碼頭前沿結(jié)構(gòu)連接處約5m范圍水泥土墻前設(shè)置灌注樁防護(hù)。

2.6格柵型水泥土墻體與灌注樁拉錨結(jié)構(gòu)造價比較

按常規(guī)采用單排灌注樁拉錨結(jié)構(gòu)型式與格柵式水泥土墻結(jié)構(gòu)型式每延米工程量及造價估算見表1、表2。

單排灌注樁拉錨結(jié)構(gòu)型式每延米工程造價2.45萬元，格柵型水泥土墻結(jié)構(gòu)型式每延米工程造價1.61萬元，每延米工程投資可減少近35%。

3 結(jié)語

水泥土墻一般用于坑深6.0m以內(nèi)的軟土基坑中，一般較少用于碼頭結(jié)構(gòu)。碼頭主體一般選用重力式擋墻或拉錨結(jié)構(gòu)，但對于連接部位，不承受船舶荷載作用，可以考慮根據(jù)荷載特點及地質(zhì)條件，適當(dāng)采用格柵型水泥土墻這種新型擋土結(jié)構(gòu)，在保證工程運行安全的基礎(chǔ)上，節(jié)約工程投資、提高施工進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTJ212-2006《河港碼頭總體設(shè)計規(guī)范》[S].

[2]《板樁式碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》JTJ167-3-2009[S].

[3]黃思光. 變截面格柵型水泥土墻在深基坑工程中的應(yīng)用[J]，巖土工程界，2003（12）.

[4] JGJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[S].