大直径嵌岩桩的问题研究

2023-02-21

随着嵌岩桩的广泛应用, 嵌岩桩嵌岩段的研究越来越受到学术界和工程界的重视, 它有广泛经济价值和实用价值。从安全的角度考虑, 其嵌岩深度越深, 承载力越高, 设计难度小, 工程事故少;但从施工的角度来说, 则嵌岩深度越深, 施工难度大, 难保证施工质量, 且需要的工期长, 经济上消耗大, 有时会因设计的保守而造成不必要的浪费。如何选择一个合适的嵌岩深度, 一直困扰着广大技术人员。

随着内河港口发展迅速, 集装箱运量迅猛增长, 斜坡式集装箱码头装卸工艺环节多、效率低、安全性差的问题日益突出。研究开发适合于内河港口大水位差集装箱码头的经济实用、高效先进的装卸工艺系统和码头结构型式, 具有非常重要的现实意义。开展内河直立式集装箱码头关键技术研究, 正是适应这一形势的发展, 而进行嵌岩桩使用性状的研究即是其中重要内容之一。

1 某港区寸滩作业区二期工程概况

1.1 工程概况

某港区寸滩作业区二期工程位于市主城区下游6公里的长江北岸, 所处岸线是市主城区范围内少有的在三峡工程建成后受淤积影响较小的一段岸线, 水域条件优越, 陆域开阔。二期工程的建设规模为建设多用途泊位3个, 滚装泊位1个以及相应的配套设施, 设计吞吐量为:集装箱28万TEU/年, 件杂 (钢铁) 80万吨/年, 滚装车辆15万辆/年。

多用途泊位水工建筑物主要包括作业平台及引桥。作业平台为框架式桩基梁板结构, 平台平面尺度为长316m, 宽30m。平台排架间距为7.0m, 共45榀, 每榀排架设6根桩, 施工水位以上处桩基采用φ1600钢筋砼嵌岩挖孔桩, 施工水位以下处桩基采用φ1600钢筋砼嵌岩钻孔桩。桩的平均嵌岩深度为9.0m。桩基和横梁连接采用φ1300钢筋砼立柱, 平台立柱间相隔一定高度设纵横撑连接。平台上部结构由横梁、前边梁、轨道梁、联系梁、靠船立柱、面板组成, 靠船立柱间设置纵向系靠船梁。平台前方及系船梁上设有450KN系船柱, 码头排架前沿竖向布置DA-A500HL1500型橡胶护舷, 每跨系靠船梁江侧面设置一个SA250HL1500型防撞橡胶护舷, 码头前沿竖向设6层系靠船平台, 由连续的系靠船梁形成, 层间距约5m。

1.2 地质资料

根据地质工程勘察院编制的《某市寸滩港区二期工程岩土工程勘察报告 (工可阶段) 》, 工程区场地地层主要为第四系残坡积粉质粘土、人工填土。冲积细砂土, 下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组泥岩夹砂岩。以泥岩为主, 泥岩与砂岩之比约为4∶1, 饱和抗压强度砂岩15MPa～30MPa, 属次软岩土;泥岩5 M P a～7.8 M P a, 部分小于5MPa, 属次软岩石～极软岩石。按结构分类, 砂岩、泥岩均为块状、柱状结构。

(1) 泥岩:紫色, 泥质结构, 巨厚层状构造, 成份以粘土矿物为主, 含不均匀的粉砂。泥岩中多见粉砂构成的水平层理。

(2) 砂岩:灰、紫灰色, 细粒结构, 厚层～巨厚层状构造, 成份以长石、石英为主, 含少量黑色矿物, 黑色矿物多顺层理分布, 而显水平层理, 斜层理。泥质、钙质胶结, 上游区多呈灰色质硬, 下游区多呈紫灰色, 含泥质重, 质稍软。

泥岩和砂岩被勘察单位建议为嵌岩桩的嵌固岩体, 其物理力学参数见表1。

1.3 设计荷载

选择端部5个排架4跨进行计算, 码头平台模型顶视图如图1所示。

(1) 自重:自重作用有利时分项系数取1.0, 自重作用不利时分项系数取1.2。

(2) 堆载:码头面堆载考虑30kN/m2, 在整个码头面上满布, 分项系数取1.4。

(3) 轮压:根据工艺提供资料, 考虑两个岸桥并机, 并机的最小距离按2m计算。每个轮压28t, 总轮数32个, 分项系数取1.5。

(4) 流动机械荷载:40英尺集装箱半挂车荷载 (牵引车+底盘车) 。底盘车横向中心轴距8.85m, 轮距1.85m, 最大轴压标准值为220kN。

(5) 水流力:最大流速按2.5m/s计算, 水流力的分项系数取1.5。

(6) 系缆力:按兼顾船型300TEU集装箱船根据规范计算, 系缆力标准值为445.6kN。

(7) 撞击力:按兼顾船型300TEU集装箱船满载排水量及靠船法向速度为0.2m/s进行橡胶护舷的选型和布置, 船舶撞击力标准值为1032kN。

1.4 桩基承载力计算

对港区寸滩作业区二期工程的嵌岩桩进行桩基承载力计算, 并与嵌岩深度下得到的结果进行对比。根据设计荷载要求, 计算出平均单桩需要承受4683kN的竖向荷载, 当桩径为1.4m, 嵌岩深度为6m时, 按照《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》 (JTJ285-2000) 所提供的承载力计算公式进行计算, 得出单桩承载力为5296kN, 满足承载力要求表2不同嵌岩深度时的桩基承载力。