汉江内河码头工程中PHC桩应用研究

艾红霞，黄亚栋，罗家安

（1.武汉综合交通研究院有限公司，湖北 武汉 430015；2.湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051）

1 工程概况

荆门市沙洋港中心港区一期综合码头工程，位于沙洋港，汉江兴隆枢纽常年库区。建设规模为：新建6个1 000 t级泊位，年设计吞吐量690万t。其中散货泊位4个，年设计吞吐量为进口300万t，出口140万t；件杂泊位2个，年设计吞吐量为进出口50万t。在设计过程中，虽然地质条件满足打入桩的条件，但是因受汉江航道条件限制，省内及邻省未找到能到达施工区域且适宜在本港区作业的打桩船型，故未考虑打入桩方案。随着汉江通航条件的改善和兴隆枢纽建成蓄水以及打桩船的技术改造，在施工招标后，对工程区域进行了复测及探摸，同时对国内现行的打桩船进行了充分调研，皖工桩801型号打桩船经过技术改造后，基本能满足在本码头区域实施打入桩的要求，因此本文结合该项目对码头工程的桩基方案进行研究。

1.1 自然条件

1）设计水位

设计高水位41.85 m，设计低水位35.93 m。

2）工程地质

本区属扬子区江汉平原分区、江陵小区，荆门市东部汉江凹陷带。根据场区钻孔地质勘察资料可知，场地土自上而下，自新到老可分为6层：素填土、淤泥质粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉细砂和卵石层。其中卵石层工程性能较好，厚度较大，承载力较高，压缩性较低，埋深适中，分布较稳定，是本码头工程主要考虑的桩基础持力层。主要桩基参数见表1。

表1 桩基础设计参数

1.2 原设计方案

图1 原设计方案码头结构断面示意

码头平面采用顺岸式布置方式，共布置6个泊位，码头平台采用高桩梁板结构。码头平台长为613.5 m，宽为20 m，平台共有19个结构段，每个分段长约为32 m，码头排架间距为7 m，1#～6#泊位码头平台每榀排架下布置5根Φ1 000钻孔灌注桩。根据码头配备装卸机械，装卸机械轨道间距为10.5 m，布置在码头平台上，前轨至码头前沿3.0 m，采用QU80钢轨，散货泊位与件杂泊位之间布置码头车辆转向区域，宽38 m，每榀排架下布置9根Φ1 000钻孔灌注桩。码头上部结构由钢筋混凝土实心板、靠船构件、纵梁、前边梁、后边梁和横梁组成。码头与后方堆场采用高低式布置，码头面高程为42.00 m。

1.3 优化后设计方案

由于钻孔灌注桩方案的施工工期长，且受汉江洪水期影响很大，此外随着汉江通航条件的改善和兴隆枢纽建成蓄水以及打桩船的技术改造，具备打桩船作业条件。我院根据汉江现阶段的航道条件、沿线跨河桥梁净空尺度、船闸尺度、地质条件、打桩船参数等条件，对码头区域桩基方案进行了计算和研究，提出采用PHC桩方案进行论证[1-2]。

码头平面采用顺岸式布置高桩梁板结构。码头平台长为613.5 m，宽为20 m，平台共有19个结构段，每个分段长约为32 m，码头排架间距为7 m。每榀排架下端布置 5根 PHC桩，其中第一排为Φ1 000 PHC桩，其他为Φ800 PHC桩。优化后的设计方案，采用了一对叉桩，有效减小了码头在使用中的横向位移，提高了码头的抗水平力能力，更加适应随着汉江航道等级的提高而带来的船舶大型化的发展趋势。

图2 优化后设计方案码头结构断面示意

1.4 打桩船的技术改造方案

汉江通航条件的改善和兴隆枢纽建成蓄水，其航道水深能够满足打桩船吃水深度的要求。但是由于汉江河口京汉铁路大桥通航净空只有8 m，不能满足打桩船进出。后经过调研，选择合适的打桩船，采取拆下打桩船的打桩架，用驳船和推轮分别运输至施工现场附近，再在附近的船厂重新组装，形成打桩能力。打桩船的技改工艺过程如下：

1）拆除桩架系统上所有活动部件，含柴油锤、替打、背板等；

2）拆除桩架吊桩主钩、副钩、杂用钩钢丝绳以及电梯钢丝绳；

3）拆除桩架照明系统供电电缆及与桩架相连的电气设备；

4）拆除桩架变幅丝杆底座，并将变幅丝杆与桩架刚性连接牢固，防止变幅丝杆在吊装过程中的损伤、变形；

5）制作拆除桩架两下铰点销轴的工装，并采用千斤顶抽出销轴；

6）吊离桩架，并在空中翻身，侧卧至甲板驳舱内，垫墩、固定牢固；

7）以船艉船员室三层楼顶部上200 mm高度为标准，割除两烟囱、桩架搁置架、机舱天窗、船名灯箱、桅杆及四周栏杆等，确保打桩船满足通航净空高度要求。

8）将航工桩 6所有锚吊上船甲板，确保船舶吃水不大于 1.5 m，且船底为凸取物，以便船舶安全通过船闸。

9）打桩船和甲板驳抵达项目部施工地点后，即开始进行打桩船桩架的安装及打桩功能的恢复。打桩船安装地点选定在该项目施工水域，利用停靠在岸上的3台汽车吊进行桩架的安装。

10）恢复桩架变幅丝杆底座，尽量按原位置定位、安装；恢复两烟囱、机舱天窗、船名灯箱、桅杆及四周栏杆等，确保打桩船满足正常作业要求；竖立桩架、安装各吊钩钢丝绳、桩架角度指示器、接通桩架供电电缆、恢复桩架的照明等，为沉桩工作做好准备。

图3 打桩架拆卸装驳示意

图4 打桩架安装示意

2 码头两种方案结构计算对比

2.1 建立计算模型

本码头共分为9个结构段，选取其中1个结构段进行受力分析，该结构段长为32 m，共5个排架，排架间距为7 m。采用在国内运用较为广泛的易工水运工程结构计算软件进行建模计算。在计算中将结构简化为平面杆系，利用杆系有限单元法进行结构分析[3-4]。

图5 建立的有限元计算模型

2.2 码头内力计算结果

码头平台排架的作用荷载包括结构自重、码头面均布荷载、船舶系缆力和船舶撞击力、流动机械荷载及门机荷载等。荷载组合按照承载能力极限状态和正常使用极限状态进行组合，计算结果如表2。

表2 码头计算内力计算结果

由以上计算结果可知，两个方案结构内力、位移均满足规范要求，结构稳定可靠。

3 码头两种方案工程造价对比

3.1 工程量比较（桩基础部分）

根据设计资料，原设计方案和优化后方案桩基部分的工程量见表3和表4。

表3 原设计方案的工程量

表4 优化后设计方案的工程量

3.2 预算比较（桩基础部分）

通过计算，原设计方案桩基部分的总预算费用为3 274.77万元，优化后的设计方案桩基部分的总预算费用为2 847.72万元（含打桩船技术改造费用27万元），由钻孔灌注桩设计方案改为PHC桩的设计方案，能节省桩基部分造价427.05万元（占比为13.04 %）。

4 结 语

1）荆门市沙洋港中心港区一期综合码头现已经投产使用将近3年，目前PHC桩的使用性能良好，完全满足使用要求。

2）随着汉江通航条件的改善和兴隆枢纽建成蓄水以及打桩船的技术改造，设计单位及时根据施工现场条件优化原设计方案，采用 PHC桩基结构形式，与原钻孔灌注桩方案对比，在桩基部分节省造价13.04 %。

3）随着汉江内河水运的快速发展，内河码头建设将成为交通运输体系构建的重点任务。本工程与同类码头相比，具有工程造价相对较低、施工速度较快以及受汉江洪水期影响小等优点，为汉江地区类似内河码头的建设提供了很好的参考价值。