港口工程樁基的設(shè)計及施工特點

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)計與施工兩方面總結(jié)了幾種不同類型的樁基結(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)實際需求選擇合適的樁基類型。為保證樁基質(zhì)量對港口工程建設(shè)的影響，一般在碼頭工程中需要對樁基采取一定的防腐措施。該文通過對樁基的設(shè)計、選擇、施工和防腐的分析研究，為港口工程樁基的設(shè)計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 樁基施工 防腐

中圖分類號：U65 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：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，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，樁基的作用更是無法替代。在港口工程中，樁基設(shè)計是否合理直接影響到港口建筑的安全性與穩(wěn)定性?，F(xiàn)場的設(shè)計施工人員，必須明確樁基的分類、適用范圍、受力特點、安全防腐等特點，才能選擇出合適的樁基，充分發(fā)揮不同樁基的優(yōu)勢。因此，我國在樁基的設(shè)計及選用環(huán)節(jié)應(yīng)該充分重視，加強管理力度，使樁基的設(shè)計與施工更加科學(xué)、合理。

1 港口工程樁基的設(shè)計

1.1 樁型及樁長的設(shè)計

樁型及樁長是樁基設(shè)計中最重要的兩個因素，只有樁基的樁型和樁長設(shè)計得科學(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)計者應(yīng)該根據(jù)建筑物的實際載荷對樁型進行設(shè)計選擇。樁長的設(shè)計與其斷面、地基的持力層厚度以及沉降方式有關(guān)，同時也要依據(jù)施工環(huán)境，對地層的情況進行分析。在通常情況下，設(shè)計人員會根據(jù)現(xiàn)有的施工方案，對施工現(xiàn)場進行勘察，設(shè)計出多個方案進行比較選擇，根據(jù)工程實際，選擇合適的樁型與樁長，以確保工程造價的經(jīng)濟合理性。

1.2 樁基的靜載荷試驗

在樁基投入使用前都會進行靜載荷試驗，目的是為了確保樁基在實際使用中安全耐用。在港口工程進行樁基靜載荷試驗是目前比較可信的一項樁基檢測試驗，根據(jù)試驗所得數(shù)據(jù)對樁基的可靠性進行分析，并進一步確定樁基的施工方案。一般的靜載荷試驗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隨著時間不斷變化而產(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。

靜載荷試驗是公認(rèn)的檢驗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，成為工程驗收的一項重要依據(jù)。靜載荷試驗的受力條件與工程實際接近，操作簡單，試驗結(jié)果直觀易理解，已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于各個工程領(lǐng)域中。

1.3 樁基設(shè)計的注意事項

在樁基設(shè)計中，首先要做好樁基性能參數(shù)的設(shè)計，比如樁基變形系數(shù)、樁頂剛度計算、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)計的是鉆孔灌注樁還是預(yù)制樁，在設(shè)計時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)勘查報告，綜合考慮樁基的安全、質(zhì)量、施工進度等，對樁基進行施工。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)計需要分開設(shè)計，設(shè)計者需要根據(jù)港口地質(zhì)的實際情況對樁基進行差異化設(shè)計。

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和難點。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)，通過樁體將上部的載荷傳送到地基中。只有對樁結(jié)構(gòu)進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)濟性達到最優(yōu)。為了彌補打樁對岸坡穩(wěn)固性的影響，實際施工時常采用“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。按照護壁方法的不同又分為泥漿護壁和全套管護壁。鉆孔灌注樁的優(yōu)點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。缺點也很明顯，成孔費工費時，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、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。

我國的大口徑管樁常采用拼接的方法，在工廠制成長度為4 m的短管樁，運輸?shù)浆F(xiàn)場后按照設(shè)計圖紙要求進行樁接。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)氧樹脂進行連接。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。各類型均有其自身的特點，在選擇時要保證工程的進度和質(zhì)量，取得最佳的經(jīng)濟效益。

2.3 PHC樁endprint

PHC樁是我國的引進產(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，形成空心圓筒形的管樁構(gòu)建。具有較長的工程強度，單樁承載力強、應(yīng)用范圍廣、沉樁質(zhì)量可靠、工程造價便宜和施工應(yīng)力小等優(yōu)點。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)計到2016年，PHC樁的需求量將達到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入鋼模中的混凝土進行壓實、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、生產(chǎn)周期短的特點。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。

2.5 鋼管樁

鋼管樁的強度大，且抗彎、抗沖擊能力強，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。因此廣泛應(yīng)用于深水碼頭、冰凌嚴(yán)重的場合。但是鋼管樁的成本較高，經(jīng)濟適用性不強。

鋼管樁一般進行卷焊成型，采用合金鋼或其他高強度鋼。鋼管樁安工程需要進行多段拼接，為保證拼接強度，常在內(nèi)部加焊襯套。接樁是在單根樁無法滿足設(shè)計深度時使用，在上一根樁打至露出水面或地面50cm左右時，進行接樁工作。將上段樁吊至其上時，首先使用經(jīng)緯儀測量測量兩段樁的垂直度是否保持一致，然后對接樁處進行除銹、除油，使用全周長電弧焊進行焊接，待焊接冷卻后繼續(xù)打樁工作。打樁時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)向放置兩臺經(jīng)緯儀，保證打樁精度。對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)工程的實際情況，對港口的地質(zhì)、土壤等情況做出詳細(xì)的考察，根據(jù)考察報告，對各項因素綜合分析，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_裂甚至建筑物倒塌。具體樁基的施工流程如下。

（1）場地平整—墊層施工—挖上部樁孔土方—垂直度檢驗—安裝提升機械—挖下部樁孔土方—孔徑檢驗—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，同時要保證施工監(jiān)管人員及時就位。

（3）然后進行測量放線，測量放線之前需要對場地進行清理與平整，掃除雜物，將工具、材料等歸類放好。再按照施工圖紙進行相關(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行定位后，就需要人工成孔了。人工成孔是以樁基的定位點為圓心，然后開始挖樁孔，一般樁孔深度為1.5 m。在開挖樁孔后還需要進一步對樁基的中心進行校對，并修復(fù)孔壁，以免尺寸遭到破壞。

（5）在對制好的鋼筋進行存放時也要做到有序存放，一般按照鋼筋的規(guī)格和等級分開存放。在使用鋼筋前需要對其進行清潔處理，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，同時矯正難度大，施工時要邊施工邊檢驗，對不符合要求的及時改正。樁基施工的質(zhì)量和進度關(guān)系到整個項目的質(zhì)量和完工時間。對樁基施工工作進行有效控制，保證港口工程樁基的順利實施。

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）樁基在長時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越大，繼而剝落，最終使得樁基無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)重會導(dǎo)致無法挽回的后果和巨大的經(jīng)濟損失，因此考慮到碼頭的使用安全，我們在設(shè)計時就應(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、抗海水腐蝕強的混凝土，此類混凝土能夠提高樁基的密實程度，特別是對于海水中的氯離子能夠具有較強的抗?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，不但具有自密實性、體積穩(wěn)定性、強度高、收縮徐變小等優(yōu)點外，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)場可直接對樁基進行涂刷，簡單易操作，經(jīng)濟性好，因此應(yīng)用十分廣泛。

3.3 陰極保護防腐

陰極保護防腐技術(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的金屬構(gòu)成一個原電池，其中還原性強的金屬為保護極，而樁基一端為被保護極，含有雜質(zhì)的海水為電解質(zhì)溶液。當(dāng)海水浸泡時，還原性強的金屬在反應(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因而不發(fā)生反應(yīng)，這樣就消耗了還原性強的金屬，避免了樁基鋼筋被海水腐蝕。

一般陰極保護有兩種方法：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，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管理。

3.4 聯(lián)合防腐

在港口實際工程中，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)與陰極保護技術(shù)聯(lián)合使用，以達到更好的防腐效果。首先，涂層作用能夠使樁基周圍的電流分布更加均勻；其次，陰極保護技術(shù)也能減緩?fù)繉蛹夹g(shù)所造成的孔蝕、點蝕等現(xiàn)象。二者聯(lián)合使用，各施所長，有效的防止了樁基的腐蝕，使港口碼頭的安全順利運行有所保障。

4 結(jié)語

樁基是整個工程建設(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)計可以有效減小港口結(jié)構(gòu)物的變形與坍塌，同時也能降低工程造價。樁基的設(shè)計和施工要符合工程實際，盡量選用成熟的、有先例的設(shè)計方案。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，保證工程順利、穩(wěn)定完成。

參考文獻

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

[2] 王力強.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)計與應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013（4）：179

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

[5] 陳志均，許向陽.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[J].地質(zhì)裝備，2009，10（4）：34-36.endprint