粵港澳大灣區(qū)深厚軟土區(qū)域碼頭結(jié)構(gòu)選型的探析

◎ 楊通周 中鐵二院（廣東）港航勘察設(shè)計有限責(zé)任公司

粵港澳大灣區(qū)是與美國紐約灣區(qū)、舊金山灣區(qū)和日本東京灣區(qū)相提并論的全球四大灣區(qū)之一,粵港澳大灣區(qū)已上升為國家戰(zhàn)略，良好的基礎(chǔ)設(shè)施是國際一流灣區(qū)的前提。在大灣區(qū)內(nèi)廣泛分布著深厚軟土區(qū)域，其工程特性較差，不能直接作為天然地基持力層，碼頭結(jié)構(gòu)型式是工程設(shè)計中的主要內(nèi)容，常用的碼頭結(jié)構(gòu)型式有重力式碼頭、高樁碼頭、板樁碼頭、浮碼頭等，在大灣區(qū)內(nèi)深厚軟土區(qū)域建設(shè)碼頭更需要因地制宜的選擇合適的結(jié)構(gòu)型式。

表1 方案1板樁墻及拉桿計算結(jié)果

表2 方案1軌道梁及樁力計算結(jié)果

表3 方案2樁基承載力計算結(jié)果

1.工程概況

中鐵南方工程裝備制造基地項目配套碼頭工程位于中山港馬鞍港區(qū)，根據(jù)生產(chǎn)要求，1號泊位為5000噸級雜貨泊位，主要功能為供基地鋼構(gòu)場板單元及輔料卸船，年通過能力43萬t/年（其中板單元40萬噸，輔料3萬噸）。碼頭長約203.13m，頂高程5.30m，前沿底標(biāo)高為-8.0m。裝卸設(shè)備荷載：碼頭前沿配置2臺50t門機，每機 4個腿，每腿輪數(shù)：8個，輪距0.85m，最大輪壓350KN/輪，海側(cè)軌距岸邊2.5m，軌距12m、基距12m 。均布荷載：30KN/m2；頭流動機械荷載：牽引車（XD980）及 50t平板掛車。

2.地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探資料，工程區(qū)域覆蓋第四系海陸交互相沉積層，下伏花崗片麻巖層。自上而下分布有淤泥、粉質(zhì)粘土、中粗砂、粉細砂、粗礫砂、卵石、花崗片麻巖強風(fēng)化層、花崗片麻巖弱風(fēng)化層等土層。其中分布于全場地表層的全新統(tǒng)海相沉積淤泥軟土，層厚13.7～19.0m，平均厚度為17.3m，厚度大，強度低，不宜直接作為天然地基持力層。強風(fēng)化花崗片麻巖和中風(fēng)化花崗片麻巖力學(xué)性質(zhì)較好，是樁基礎(chǔ)較好的持力層，但埋深較深。

表4 方案2縱橫梁內(nèi)力計算結(jié)果

3.結(jié)構(gòu)選型

從本工程地質(zhì)資料揭示的土層特性來看，可作為持力層的巖層埋深大，重力式結(jié)構(gòu)不適合本工程，結(jié)合本碼頭的使用要求、荷載條件，碼頭結(jié)構(gòu)采用板樁結(jié)構(gòu)方案與高樁結(jié)構(gòu)方案進行比選。

3.1 方案一：單錨板樁墻結(jié)構(gòu)

圖1 安裝拉桿施工

圖2 碼頭運行良好

碼頭頂高程5.30m，前沿底標(biāo)高為-8.0m。板樁墻采用φ1.2m鉆孔灌注樁連接排列而成，樁底標(biāo)高均為-38.0m，板樁墻后設(shè)置φ0.8m旋噴樁防漏；在樁頂現(xiàn)澆寬1.88m，高4.28m的鋼筋砼胸墻，在樁墻后設(shè)連續(xù)式鋼筋砼錨定墻，錨碇墻中心線距離碼頭前沿線距離為33m，錨碇墻高度4.0m，錨碇墻頂標(biāo)高為+4.0m，底標(biāo)高為0.0m，錨碇墻厚0.5m，錨定墻下設(shè)置0.2m厚的C20素砼墊層，墻前設(shè)置拋填10～100kg的塊石。胸墻與錨定墻間用φ85mm鋼拉桿連接，拉桿間距1.5m。碼頭面設(shè)置兩條鋼軌，軌距12m。軌道基礎(chǔ)采用單排Ф0.8m灌注樁，間距4.5m，其上設(shè)置C30樁帽，樁帽上現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土軌道梁，軌道梁高1.8m，寬0.8m。

為了改善結(jié)構(gòu)受力條件、滿足結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定要求，并考慮到軟土體地基的蠕變特性，需對原狀淤泥層進行地基處理，以改良土體物理力學(xué)指標(biāo)和屬性。碼頭結(jié)構(gòu)主動區(qū)考慮采用Φ600水泥攪拌樁進行加固，碼頭前沿鉆孔排樁后方主動區(qū)約為34.75m范圍內(nèi)加固深度18.3m，加固體頂標(biāo)高為+0.0m，底標(biāo)高為-18.3m，采用塊式拌合體加固，前沿16m區(qū)域加固體規(guī)格為Φ1.2×1.2m,前沿16m至34.75m區(qū)域2.0×1.5m。碼頭前沿被動區(qū)采用回填10～100kg塊石的加固方式，加固底寬為11.3m，加固深度為4m，加固體頂標(biāo)高為-9.80m，底標(biāo)高為-13.30m。

表5 碼頭結(jié)構(gòu)方案優(yōu)缺點比較表

3.2 方案二：高樁梁板結(jié)構(gòu)

碼頭平臺寬34m，頂高程5.30m，前沿底標(biāo)高為-8.00m。碼頭樁基采用φ0.8mPHC樁，每排架設(shè)1對雙直樁、1對叉樁及4根單直樁，排架間距7.0m，樁底標(biāo)高-40m，以強風(fēng)化花崗片麻巖層為樁基持力層，樁頂設(shè)樁帽，上部結(jié)構(gòu)為C40砼迭合梁板結(jié)構(gòu)，橫梁高2.3m，預(yù)制下橫梁寬1.3m、高0.8m，現(xiàn)澆上橫梁寬0.8m、高1.5m，縱向設(shè)8根縱梁及2根軌道梁，預(yù)制縱梁寬0.5m、高1.1m，預(yù)制軌道梁寬0.8m、高1.7m。迭合面板厚0.4m，其中預(yù)制0.25m、現(xiàn)澆0.15m。碼頭面設(shè)磨耗層，厚度不小于50mm。

高樁碼頭的護岸采用拋填塊石堤腳加打砂樁斜坡堤結(jié)構(gòu)，頂高程為5.30m。陸域軟基完成后，開挖碼頭基槽，基槽底標(biāo)高-11.80m，開挖邊坡1：3.5，坡底設(shè)100～200Kg厚2.5m的拋石棱體，坡上自下而上依次設(shè)1.5m厚中粗砂墊層、0.6m厚混合碎石倒濾層、50～100Kg塊石堤心及1.1m厚1.5t塊石護面，外坡坡度為1：1.5，護岸頂設(shè)C40鋼筋砼擋土墻。

4.主要計算成果及方案比選

采用易工水運工程結(jié)構(gòu)計算程序（包括板樁結(jié)構(gòu)計算程序和高樁梁板計算程序）。經(jīng)過計算，兩個方案均安全可行，主要計算見表1-表4。

護岸采用理正巖土邊坡穩(wěn)定計算程序，最小抗力分項系數(shù)均大于1.2，滿足護岸整體穩(wěn)定要求。

方案比選：

兩個方案的優(yōu)缺點比較見表5。

上述兩結(jié)構(gòu)方案在技術(shù)上均是可行的，且各有其特點，綜合比較，單錨桿板樁墻結(jié)構(gòu)方案具有技術(shù)成熟可靠、施工便捷、工期容易控制，造價低等諸多優(yōu)點，最后碼頭結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)方案一：單錨桿板樁結(jié)構(gòu)。

5.結(jié)語

本工程屬于大灣區(qū)內(nèi)深厚軟土區(qū)域碼頭工程，根據(jù)項目實際情況，經(jīng)過結(jié)構(gòu)比選，最后選擇了單錨桿板樁結(jié)構(gòu)，項目施工過程及建成后效果如圖1、圖2所示，從項目實施情況及運營期業(yè)主反映情況，均取得了預(yù)期效果，碼頭運行良好。