某码头护岸设计方案对比分析

陈立文

摘 要：本文对某码头的护岸提出了四个设计方案，并从设计计算、工程造价及施工工艺等方面进行了对比分析，得出了最优方案。

关键词：振冲碎石桩 水泥搅拌桩 板桩

在内河软土地区修建大吨位高桩码头时，为满足通航要求，一般不允许码头前沿线凸出岸边较多，从而导致护岸坡度较陡，容易产生滑坡事故。对于这种情况，一般有两种做法：一是对护岸的软土进行地基处理；二是采用挡土结构对护岸进行支护。具体采用哪种方案需经过技术、经济对比分析后决定。

1.项目概况

江门市新会良发贸易仓储有限公司码头工程位于银洲湖北端，拟建设一个10000DWT散货泊位，设计年吞吐量90万吨。码头长190m，宽26m，码头面高程3.4m，前沿底高程-10.5m。护岸沿码头后沿布置，总长210m。

2.地质条件

码头护岸处的表层土为淤泥，灰黑色、流塑、饱和状，厚约23m；第二层土为中密～密实的砾砂，厚度为1.90～7.30m；以下土质均较好。淤泥为本工程的主要软土，其物理力学指标见表1。

3.护岸设计方案

由于护岸处淤泥层较厚、抗剪强度较低，且前、后沿高差较大，必需采取一定措施加固或支挡护岸，否则容易在码头施工和运营期产生滑坡事故。

3. 1地基处理方案

港口工程中的地基处理方法较多，对于该工程而言复合地基法比较适合。设计中采用了两种复合地基方法进行对比，分述如下。

3.1.1方案一——振冲碎石桩方案

该方案护岸采用斜坡抛石+浆砌块石挡土墙结构，并对护岸下的淤泥进行地基处理。护岸前沿开挖底高程为-13.0m，然后以1：3.5的坡度向上放坡至-4.2m，再以1：2的坡度开挖至坡顶。在开挖面上设置0.6m厚的混合倒滤层和0.6m厚的二片石垫层，然后铺设60～100kg的块石作为护面，护面坡度为1：2.5。护脚棱体采用60～100kg块石，顶宽2.5m，厚3m。挡土墙采用浆砌块石结构，墙高4m，底宽3m。

地基处理采用振冲碎石桩法，桩体直径为1.1m，桩间距为1.4m，按等边三角形布置。处理范围沿码头长度方向为210m，沿宽度方向为43.5m，沿深度方向应进入砂层不少于0.5m。桩体碎石粒径为40～150mm，对于码头斜桩处的碎石桩采用粒径较小的石屑作为填料，该方案设计断面见图1。

3.1.2方案二——水泥搅拌桩法

该方案护岸的护坡结构与方案一相同，仅地基处理方式采用水泥搅拌桩法。桩体直径为0.6m，桩间距为1.5m，按等边三角形布置。处理范围沿码头长度方向为210m，沿宽度方向为30m，沿深度方向应进入砂层不少于0.5m。该方案设计断面见图2。

3.2支挡方案

适用于港口工程护岸的支挡结构主要有挡土墙和板桩等结构，由于该工程软土层较厚，超出了挡土墙的使用范围，因此考虑采用板桩结构进行支挡。由于陆域后方场地狭窄，无法设置锚碇结构，采用支撑桩代替锚碇结构来承受水平力。设计中考虑了两种支挡结构方案进行了对比，分述如下。3.2.1方案三——斜撑板桩方案

该方案支挡结构上部采用C40钢筋混凝土承台，边长为3m，承台下设置2排桩基。前排桩为支撑桩，采用直径0.8m的PHC斜桩，间距为3m，倾向河侧，斜率为3：1，桩底进入强风化岩3m；后排桩为挡土板桩，采用直径1m的灌注桩，间距为1.1m，桩底进入强风化岩3m，灌注桩之间采用直径0.6m的高压旋喷桩堵缝。支挡结构前的岸坡采用1：5的坡度开挖，然后回填0.6m厚混合倒滤层和0.6m厚二片石垫层，最后抛填1m厚60～100kg块石进行护面，并采用60～100kg块石棱体护脚。该方案设计断面见图3。

3.2.2刚加板桩方案

该方案支挡结构上部采用C40钢筋混凝土承台，宽7m，厚1.5m，承台下设置2排桩基。前排桩为支撑桩，采用直径1.0m的灌注桩，间距为3m，桩底进入强风化岩3m；后排桩为挡土板桩，采用直径1m的灌注桩，间距为1.1m，桩底进入强风化岩3m，后排灌注桩之间采用直径0.6m的高压旋喷桩堵缝。支挡结构前的护坡与方案三相同。该方案设计断面见图4。

4.计算

4. 1地基处理方案计算

方案一与方案二采用《港口工程地基规范》中推荐的复合滑动面法计算护岸的整体稳定。计算软件为MIDAS的soilworks模块，土层抗剪强度参数采用固结快剪指标，水泥搅拌桩的抗剪强度参数取试桩检测结果（C=150kPa，φ=25°）。计算水位取极端低水位，后方荷载为20kPa。碎石桩方案的抗滑稳定系数为1.3268，水泥搅拌桩方案的抗滑稳定系数为1.3323。

4.2支挡方案计算

方案三与方案四采用MIDAS的civil模块计算，计算条件与方案一、二相同，计算结果见表2和表3。

5.方案比选

5. 1从计算角度

（1）计算理论

从计算理论上讲，方案一与方案二的圆弧滑动条分法理论相对简单、成熟；而方案三与方案四的计算涉及到桩土接触问题，相对较复杂，处理不当容易产生较大误差。

（2）计算结果

从计算结果可以看出，方案一和方案二的抗滑稳定安全系数均满足《港口工程地基规范》的要求，并有少量富余。方案三的前桩轴力，以及方案三、四的后桩弯矩均较大，但采用相应设计措施后均能满足承载力要求；但是两方案的水平位移均较大，不利于支挡结构的正常使用。

因此从计算角度考虑，方案一与方案二要优于方案三与方案四。

5.2从造价角度

四个设计方案的概算见表4，可见方案一与方案二的造价明显低于方案三与方案四。

5.3从施工角度

（1）对码头桩基的影响

方案一虽然在整片码头结构下均有碎石桩，但在码头排架处采用粒径较小的石屑作为换填料，地基处理后对码头桩基施工的影响不大；方案二虽然处理范围较小，且桩间距较大，但由于水泥土凝结后强度较大，地基处理后对码头桩基的施工有一定的影响；方案三与方案四与码头桩基无交叉，支挡结构施工后不会影响码头桩基的施工。

（2）从施工工艺角度

方案三与方案四均为常规的钢筋混凝土结构，施工工艺较成熟；而方案一与方案二为复合地基，施工工艺相对较复杂，且施工质量与众多因素有关，需要进行严格的施工控制方能达到较好的效果。

5.4推荐方案

通过以上比选可知，地基处理方案更适用于该护岸。考虑到碎石桩的刚度比水泥搅拌桩的刚度小，更适宜于边坡的整体抗滑；且造价较低，对码头桩基施工的影响较小；同时，拟建护岸上游的天马港二期工程的护岸也是采用振冲碎石桩方案并取得成功，因此最终确定该护岸采用振冲碎石方案。

6.结语

影响护岸地基处理方案的因素较多，应综合各方面的考虑方能取得较好的技术、经济效果。振冲碎石桩法是一种较好的护岸地基处理方法，合理的应用可以为港口建设节省大量的投资。