关于海港码头钢管桩桩顶与上部结构连接方式

2021-01-04邓振洲

港工技术 2020年6期

邓振洲，黄胜

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

引言

根据现行《港口工程桩基规范》相关规定，钢管桩与上部结构应采用刚接，通常采用的连接方式有桩顶直接深入上部结构或桩顶通过锚固铁件或钢筋深入上部结构，以达到刚接的目的。有经验时也可通过采用桩顶部设置桩芯钢筋混凝土的连接方式，但没有明确如果采用桩顶设置桩芯钢筋混凝土时，该如何确定桩芯钢筋混凝土的长度。本文结合印尼某电厂码头钢管桩桩头连接方式，对桩芯钢筋混凝土的长度确定进行初步探讨。

1 工程概况

码头是印尼某电厂的配套工程，为1座2万t级进口煤炭码头。码头采用预制高桩梁板结构，靠船装卸平台平面尺度为195 m×24 m。排架间距为8.0 m，每榀排架设6根桩径1.2 m的钢管灌注型嵌岩桩，为全直桩。平台上部结构由横梁、纵向梁系、迭合面板和靠船构件组成。码头断面如图1。

图1 码头结构断面示意

2 钢管桩顶部和上部结构连接方式选择

根据现行《港口工程桩基规范》，钢管桩与上部结构的连接应采用刚接，通常采用的连接方式有桩顶直接深入上部结构或桩顶通过锚固铁件或钢筋深入上部结构，连接型式如图2所示。

图2 钢管桩与上部结构连接型式示意

采用上述连接方式，计算按照规范要求，满足表1计算即可。

然而，本项目工期紧，且由于码头面处印度洋，海况条件极其恶劣，如果采用桩顶直接伸入上部结构的连接方式，则下横梁钢筋绑扎难度较大，时间较长，工人操作不方便，偏于危险，且造价相对较高，因此不采用此种连接方式。若桩顶通过锚固铁件或钢筋与横梁连接，需在沉桩后在钢管桩内壁焊接锚固铁件或钢筋，并将锚固铁件或钢筋伸入横梁。采用此种连接方式，在钢管桩内壁焊接锚固铁件或钢筋时，将由于焊接造成钢管桩温度急剧升高，造成钢管桩防腐蚀保护涂层破坏，在处于半日潮和波浪较大的情况，对被破坏的防腐蚀保护涂层进行修补，难度极大，所以此种连接方式亦被排除。综合考虑，本项目采用桩顶设置桩芯钢筋混凝土的连接方式。

表1 桩顶刚接锚固验算项目

3上部结构连接方式注意事项

桩顶采用桩芯钢筋混凝土与上部结构连接，除应满足抗弯、抗剪和抗轴向力要求外（此部分计算本文不深入），尚应根据桩基具体受力情况，考虑相应处理措施。

3.1 桩芯钢筋强度

桩基承受轴向受拉力时，还应关注桩芯钢筋与上部结构的连接强度问题，桩芯钢筋面积可参考规范《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）的公式5.4.11进行计算。

桩芯钢筋长度在满足锚固长度Lm外，尚应考虑钢筋的抗拔性，因为现有港口规范尚无明确钢筋与混凝土的粘结强度计算公式，由于钢筋与嵌岩桩的锚杆类似，建议可采用《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）的公式8.3.6进行计算，因此桩芯钢筋长度取为Lq=max{Lm,L}。

3.2 桩芯混凝土与钢管桩内壁连接强度问题

桩基受到轴向力作用时，应充分考虑桩芯混凝土与钢管桩内壁的粘结强度，否则将有可能造成桩芯混凝土脱离。在我国现有规范中，对混凝土与钢管桩粘结作用尚无明确的计算方法，美国石油协会的推荐手册《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法工作应力设计法》（RP 2A-WSD）中的7.4条对钢管桩内壁有无设置剪力键的粘结强度分别进行了规定，具体如下：

1）无剪力键条件下的粘结强度

对于承载能力极限状态的粘结强度为：fba=0.184 MPa；

对于正常使用极限状态的粘结强度为：fba=0.134 MPa。

2）有剪力键条件下的粘结强度

设置剪力键如图3。

对于承载能力极限状态的粘结强度为：fba=0.184 MPa+0.67fcu·h/s；

对于正常使用极限状态的粘结强度为：fba=0.134 MPa+0.5fcu·h/s。

其中：

fcu为水泥浆无侧限抗压强度，MPa；

h为剪力键凸出高度，mm；

s为剪力键间距，mm。