抛石基床与PHC管桩在内河码头中的应用研究

◎ 刘洪君 王丽丽 马卫平 中正信造价咨询有限公司

小清河是山东省内河航道布局规划“一纵三横”高等级航道网中的重要“一横”，是我国不可多得的具备海河联运条件的水运资源，也是山东省现阶段唯一一条具备开发条件的绿色水运通道。小清河复航工程，是山东省构建“通江达海”内河水运网的重要工程。涵盖济南、滨州、淄博、东营、潍坊五市，文章介绍的港口为复航工程的起始点港口，小清河主城港。

1.基本情况

小清河主城港作为小清河复航工程的起始港口，位于山东省济南市高新区，建设规模为1000吨级通用及多用途泊位8个，其中集装箱通过能力为40.3万TEU/年。码头泊位长度650.00m，码头平台宽度40.00m。护岸总长441.00m，码头前沿顶高程21.00m，码头前沿停泊水域设计标高9.85m，码头结构设计底高程9.60m。

水工建筑物的结构安全等级为II级，结构重要性系数取1.0，设计使用年限50年。

码头基础位于冲积形成的粉质黏土、粉土、粉砂地层中，需要对地基进行加固处理。经过讨论研究提出两种加固方案，采用大开挖后抛填10～100kg块石夯实基床（如图1：抛石加固方案大样图）或采用Φ400PHC预应力混凝土管桩（如图2：PHC管桩加固方案大样图）进行加固。

图1 抛石加固方案大样图

图2 PHC管桩加固方案大样图

2.抛石基床加固方案

采用抛基床方案进行加固地基，码头结构形式为素混凝土挡墙+卸荷板+直立式胸墙方式，码头后方采用10～100kg块石进行回填。

2.1 施工方案

若采用抛石基床加固方案，施工顺序为施工准备→测量定位→基床开挖→安装控制标杆→块石抛填压实→基床整平验收→胸墙、卸荷板浇筑→后方回填反滤料及抛石棱体。施工周边道路通畅，各种机械设备进场施工不受影响，能够满足施工要求。

本工程基坑开挖按照设计边坡系数，采用无支护放坡开挖，开挖完成后进行基础抛石加固处理。

首先进行施工准备，认真研究地勘资料，根据地勘资料编写放坡开挖施工组织设计。对拟定进场的设备、人员等做好详细计划。然后进行测量定位，根据设计平面图纸，对开挖上口边线进行放样测设。分层进行基床开挖，开挖过程严格控制边坡的放坡系数，杜绝出现边坡滑塌等安全事故的发生。

安装高程控制标杆，开挖高程控制采用控制标杆进行控制，在开挖后的内边线内，测设高程控制标杆[1]。间距一般为6m＊6m梅花状布置。待开挖至设计标高后进行基槽验收，达到验收合格标准后进入下一道工序施工。

块石抛填夯实，根据实际情况本项目可采用挖掘机倒运抛填工艺进行施工，抛填过程中采用人工进行标高控制。夯实采用打夯机进行夯实，厚度超过2m的位置进行分层夯实回填[2]。夯击次数及夯击能采用试验进行确定，最终沉降量达到设计验收标准即可。

整平验收，基床高度达到设计标高且完成碾压整平后，进行复测验收。测量工具采用GPS进行定位，使用水准仪进行标高测量[3]。按照要求分断面进行检查点测量，并绘制断面图。然后铺设导轨，浇筑混凝土垫层[4]。

基床验收合格，垫层混凝土达到设计强度后，可进行胸墙、卸荷板分段浇筑，浇筑完成进行后方反滤料及抛石棱体施工。

码头后方全部采用10～100kg块石棱体进行回填。抛石棱体填筑采用分层强夯方法进行施工。填方施工过程遵循“4区段；8流程”，即填筑区、平整区、夯实区、检测区；测量放样→基地验收→分层填筑→摊铺整平→强夯点夯施工→碾压整平→整修检验验收。

抛石棱体强夯施工首先进行一遍点夯，并测定场地高程，利用起吊设备将夯锤提升并达到指定高度，随后自由落锤[5]。夯坑深度较大时，允许向其中填入适量填料进行整平后，再次进行点夯作业。单点夯击次数根据试验确定，一般为10～12击。每一层点夯施工后，应采用推土机或铲车随即整平，再利用50t轮胎压路机进行振动碾压，提升密实度。最后一遍采用满夯作业，精准设置满夯基准线，单次夯击次数一般为3～5击，结束施工后进行场地平整，回填上一层，直至达到设计标高为止[6]。

2.2 造价分析

根据设计初步方案分别计算各构件工程量，分别包括抛石基床、后方抛石棱体、二片石垫层、碎石倒滤层、水泥碎石垫层及水工建筑物主体工程量，按照市场询价情况确定测算单价。经过测算分析，采用抛石基床方案650m码头泊位造价为7031.53万元，造价指标为10.817万元/m，详见表1。

表1 抛石基床方案造价测算表

3.PHC管桩加固方案

设计管桩参数为高强度混凝土PHC-400 AB95-12型，桩身混凝土强度C80，桩长15m，间距1500mm布置。采用该方案进行加固地基的处理方式，码头结构形式有所变化，由直立式胸墙调整为重力挡墙式，后方填料增加部分8%水泥改良土回填。

3.1 施工方案

施工考虑采用静压的方法进行沉桩施工。施工顺序为施工准备→测量定位→基床开挖→压桩机就位→喂桩、插桩→静力压桩→接桩、送桩→灌注灌芯混凝土→下一点位循环→回填找平料→后方回填反滤料及抛石棱体。本施工方案同样不受周边道路等因素影响，具备施工条件。

施工准备同样为详细查阅地勘资料，测量放线后进行基床开挖，并准确控制开挖标高。基床开挖过程中，压桩机进场前，应进行管桩备料。

管桩的场内堆放场地应平整、坚实，并有良好的排水措施。集中堆放时应按照桩长、型号等分类进行堆放。吊装过程避免出现较大震动，避免出现桩身混凝土受损等[7]。

压桩机就位后，静力压桩设备进场后，即可就位安装，检查压桩机及起重设备的工况，根据压重配置情况，将压桩机调整至水平状态。根据设计平面布置位置进行中心点位测设并做好标记[8]。

喂桩及插桩，首先依据设计桩长对进场的每一节成品桩进行分类编号，并焊接桩尖。按照顺序编号将桩身分别插入相应的桩孔内，必须保证桩身的垂直，必要时可拔出后复插。

静力压桩，一般初压时下沉量较大，应控制压桩机压力，进行轻压。伴随桩身进入土体深度越深，沉桩速度因受阻力影响变慢，压力可逐渐缓慢增加。随时观察压桩机压力及桩体入土深度，并做好记录。也可分段多次下压，单次桩身入土深度一般控制在1.5m～2.0m。压桩过程中发现偏差及时纠正，并做好详细记录[9]。

接桩、送桩，当前一节桩压至距离地面0.8m～1.0m时，应进行接桩施工。接桩采用满焊工艺进行焊接，确保焊缝无漏焊、无砂眼、焊缝均匀饱满，焊接完成确保自然冷却后，可持续进行压桩施工[10]。达到设计入土深度后，单桩压入完成，进入下一个点位进行循环施工。

压入完成的桩，进行灌芯混凝土施工，插入灌芯混凝土挡板及钢筋笼，灌筑C40混凝土。灌芯范围为桩顶向下1500mm，挡板采用4mm厚Q235圆形钢板，钢筋为4φ20HRB400钢筋，箍筋采用φ6@200HPB300钢筋。钢筋与圆形薄钢板采用T型焊接形式进行连接，混凝土浇筑过程不得随意加水，振动过程严格遵循快插慢拔的原则，不漏振不过振，保证混凝土浇筑质量。

全部管桩施工完成后，垫层找平回填料施工。达到验收标准后施工上方码头墙混凝土墙身。然后分层回填后方二片石抛石棱体、反滤料、水泥改良土等[9]。抛石棱体回填施工与抛石基床方案中相同。

水泥改良土回填采用现场拌、回填、碾压的方式进行。水泥采用普通硅酸盐水泥，素土采用港池开挖土方即可。水泥回填料中不得还有草根、垃圾等杂物，水泥掺量按照设计控制在8%。回填分层碾压厚度不超过300mm，使用20t轮胎压路机进行振动压实后再使用光轮压路机进行碾压2遍，压路机轮迹应重叠1/3～1/2.4，保证压实度满足设计要求。压实度检测采用环刀法进行取样检测，每100m2取样点不少于1个，全部合格后进行上一层水泥土回填，直至达到设计标高。

3.2 造价分析

与抛石基床方案相同，同样根据设计方案计算管桩及其他各构件工程量，通过询价确定测算单价。经过测算分析，采用PHC管桩加固方案650m码头泊位造价为8575.44万元，造价指标为13.193万元/m，详见表2。

表2 PHC管桩加固方案造价测算表

4.总结

码头基础位于粉质黏土、粉土、粉砂等较软弱地时，有多种方案进行加固。文章就抛石基床与PHC管桩方案进行研究分析，两种方案从施工技术方案均可行，且在行业内技术均比较成熟。抛石基床具有承载力高、地基变形小、施工简单、容易控制质量、岩石地区可就地取材的特点。PHC预应力管桩虽然同样具有承载力高、变形量小的特点，但需要在工厂内生产后运输至工地现场后进行打桩，施工设备机械操作难度较大、施工技术较复杂。另外从造价投资角度分析，在码头前沿长度一致的情况下，抛石基床方案较PHC管桩可节约投资近1543.91万元。经过比选分析，本项目最终选用抛石基床方案进行设计施工，避免了投资浪费的情况出现。