高桩码头桩基冲刷的加固措施

◎ 陆宽 中交第一航务工程勘察设计院有限公司

高桩码头桩基冲刷的加固措施

◎ 陆宽 中交第一航务工程勘察设计院有限公司

本文结合浙江省某渔政码头的工程实例，论述了附近已建建筑物对工程区域冲淤的影响，以及在桩基冲刷影响下，对高桩码头结构采取的加固措施，可供类似工程参考借鉴。

冲刷 高桩码头 桩基 加固

1.工程概况及设计方案

浙江省某渔政码头工程位于江南山岛北侧，包含500吨兼靠1000吨渔政船码头1座。与本工程同时建设的工程还包括江南山岛西北侧护岸、连接江南山岛与横勒山岛之间的浅水段防波堤及连接牛轭岛至横勒山岛之间的深水段防波堤，各工程位置如图1。其中，连岛公路贯穿深水段防波堤及浅水段防波堤，方便了各岛屿的交通；各工程的建设，可在峰景湾、牛轭岛、横勒山岛及江南山岛间形成广大的避风水域，满足渔港的防风避台需要。

1.1设计条件

渔政码头按照永久建筑物设计，结构安全等级为II级。码头泊位长度为110m，宽度为10m，码头面顶高程为2.9m，码头前沿底标高为-6.6m；码头与陆域之间设置长55m，宽7m的引桥一座，顶面高程同码头面。

码头使用期荷载为：均载15kN/m2；15t汽车满载运行。

工程区域极端高水位为3.16m，设计高水位为1.96m，设计低水位为-1.38m，极端低水位为-2.35m。50年一遇波要素，极端高水位和设计高水位波高H1%=2.2m，T=4.5s。

工程区域地基土自上而下主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土、黏土及含砾粉质黏土。其中，含砾粉质黏土为码头桩端持力层，该层桩端土极限阻力标准值为2800kPa。

1.2结构方案

码头为高桩梁板结构，桩基采用φ700PHC管桩，桩尖标高为-48m。排架间距7.30m，每榀排架由2对叉桩组成，上部结构由钢筋混凝土横梁、纵梁、边梁、面板及靠船构件等组成，全部为预制构件，施工现场安装后现浇接头，连成整体结构，其上部现浇8cm厚混凝土面层。码头上布置350kN码头系船柱及SA 400xL2000橡胶护舷。

引桥采用高桩梁板结构型式，排架间距8m，桩基采用Φ700PHC桩，每榀排架下布置2根直桩，栈桥上部结构由现浇横梁、预制钢筋混凝土大板组成。

图1 工程形势图

2.码头区域冲刷情况

2.1工程建设前的数学模型分析

数模分析显示，深水段及浅水段防波堤工程建设后，会造成工程海区地形剧烈的冲淤变化，尤其是峰景湾与牛轭岛之间的深槽，会逐年淤积，码头北侧所在水道则发生冲刷。从工程实施5年后的地形等深线来看，水深的瓶颈位于景峰湾与牛轭岛之间的口门上，但是12m等深线在各个通道之间仍保持贯通，而且主要渔港区的水深不会发生大的变化，对船舶通航不会造成明显的影响，工程区及附近的水深仍能满足船舶通航的要求。

2.2工程实施情况

2.2.1设计情况

本工程建设前的数模研究表明，连岛堤建成后，码头区的冲刷深度平均达6～7m，流速增大至3m/s，鉴于此，设计对码头桩基的预留长度采用7m，并在预留长度后满足桩基承载力的情况下，又增加一定的桩长。

2.2.2施工情况

本工程于2011年4月20日开始施工码头接岸的护岸部分，5月20日至6月8日进行码头混凝土预制构件的施工，7月18日开始进行码头水上沉桩，并于8月9日完成沉桩施工。由于码头区域涨落潮流速度较大，水深测量结果显示，泥面变陡、冲深加大，工况明显恶化，因此，码头上部梁板暂停施工。在此期间，施工单位每月两次继续对码头前、后沿进行水深观测，以了解码头区域泥面冲淤的变化；2011年9月业主委托相关单位对该区域进行水下地形测量，重点对码头前沿主流航道进行全断面的水深测量，了解航道泥面的冲刷情况及有否偏离迹象。

图2 加固结构图一

图3 加固方案二结构图

2.2.3潮流及泥面变化情况

据码头沉桩期间及上部结构停工后施工单位连续观测与分析情况显示，码头前后水流冲淤的变化较快，流速较大，流态复杂，冲深超过基桩设计预留底线。码头区水流冲刷特点为“先快后慢、冲淤交替”，“东西两头低，中间高”和“主流南移、冲刷扩大”。水下地形测量成果也表明码头前的主航道也有“南冲北淤”的趋势。以2011年8月31日至2012年8月20日观测数据对比分析，码头前沿较原始泥面累计冲刷了11.26m；码头后沿泥面累计冲刷了9.51m。近期2012年10月大潮汛期的观测结果表明冲淤变化不大，冲淤平衡趋于稳定。

3.码头加固方案

根据码头区域流速变化及泥面冲刷情况，按使用期各种工况，对冲刷后的桩基承载力进行复核。经计算，考虑冲刷影响，码头桩基承载力可勉强满足使用要求，但安全系数偏低，如果码头处泥面继续冲刷，则码头安全性得不到保证。设计单位认为，针对该渔政码头的性质，采取适当加固措施，码头仍可正常使用。经研究，确定采用柔性靠船桩与桩基防护相结合的加固方案：

码头每榀排架前设一根Ф600（δ=11）钢管桩，顶标高为2.9m（与码头面高程一致），桩底标高为-60.0m；上部靠船高度内设三道钢连系梁（H型钢250x250），每根钢管桩顶面设置一套SA300×L1000橡胶护舷，以防止与码头硬性碰撞，柔性靠船桩顶部用链条与码头联接。2#排架东侧打设3根相同规格钢管桩，并设置相同三道钢连系梁，如图2。

在船舶荷载作用下，柔性靠船桩发生弹性变形，以释放船舶撞击能，待船舶撞击力消失后，即刻恢复产生的变位；其特点是将靠船结构与码头主体结构分离，避免船舶荷载对码头结构的局部撞击，将船舶撞击力通过靠船结构扩散至码头结构的多个排架上。

桩基防护结构采用抛石结构，结构顶高程为-12m。结构肩台边线距码头前沿线及码头两侧边缘均为向海侧10m，陆侧至天然泥面。抛石结构主体为石碴，海侧设置200～300kg块石棱体，棱体外边坡均为1∶1.5，内边坡为1∶1，顶宽3m。石碴及块石均分两层抛填，第一次抛至顶标高-15.0m，第二次抛填至顶标高-12.0m。为防冲刷，石碴顶部靠近海侧设置200～300kg块石两层，如图3。

桩基防护结构可直接防止潮流对码头处泥面的冲刷，保证码头结构的安全。

4.结语

高桩码头是应用广泛的主要码头结构型式，桩基冲刷是高桩码头存在的主要破坏原因之一。本工程所在地区岛屿众多，流场复杂，因此，在工程实施前，应注意码头周围流场在工程实施后的变化，同时应采用数学模型试验进行流场分析。在平面布置中尽量避免高桩码头处于冲淤变化大的区域。在结构设计中，应考虑泥面变化因素，留有更多的安全储备。在码头上部结构施工过程中，应对桩基进行实时监测，必要时应随时测量桩基处泥面变化情况，如有异常，应及时采取措施。

在桩基冲刷的情况下，为了码头使用安全可靠，应采取必要的措施。本工程采取的加固方案既对桩基结构进行防护，又对码头上部结构进行了加固，使码头整体稳定性和安全性大大增加。

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