淺析高樁碼頭結構及樁基礎的發展

　摘要：分析了高樁碼頭及樁基礎的發展狀況及現狀存在的問題，結合大量工程中的實際經驗，得出了發展趨向。

　關鍵詞：高樁碼頭，樁基礎，發展趨向

　　前言：

改革開放以來，我國航運事業有了很大發展，為航運發展服務的港口建設也取得了巨大成就。解放初期，我國沿海僅有6個較大港口，擁有生產性泊位161個，無萬噸級以上深水泊位；到2006年為止，內地沿海港口共有億噸級港口12個，萬噸級以上生產性碼頭泊位1250個，吞吐能力56億t，集裝箱吞吐量9300萬TEU，初步形成了大中小港口布局基本合理、配套設施比較完善、功能比較齊全的港口體系，一批可接卸10萬噸級以上大船的原油、礦石、煤炭碼頭以及可適應第五代、第六代集裝箱船的專業化碼頭陸續建成投產。

盡管我國港口建設已經達到這樣的規模，但是港口吞吐能力仍然滿足不了貨運量增長的需要。在航運業競爭日趨激烈的時代，提高競爭力的最有效方法是降低成及運價吸引貨主。船舶大型化、專業化，貨物散裝化和集裝箱化是適應海運量持續增長和航運市場激烈競爭的必然結果，成為新一輪航運革命的標志。而深水港口和高效專用泊位的建設是航運業競爭的必然要求。近年來，隨著國際航運事業的快速發展和我國加入WTO后，國內港口建設規模不斷擴大，逐步向大型化、專業化方向發展，重點建設在上海、寧波、大連、天津、青島、深圳等主要港口，無論新建或改擴建的集裝箱碼頭的水深多達到15m以上，以迎接超巴拿馬型集裝箱船時代的到來。

一、高樁碼頭

1、高樁碼頭的發展概況

高樁碼頭經歷了承臺式、桁架式、無梁板式和梁板式四個階段，

承臺式結構是一種較古老的高樁結構型式，碼頭樁臺為現澆混凝土或鋼筋餛凝土結構，這種結構具有良好的整體性和耐久性，但現澆混凝土工作量大，要求的施工水位低。樁多而密，樁基施工較為麻煩，造價較高，并只在岸坡地質條件好、水位差較大、地面荷載較集中的情況下才考慮這種結構型式。

桁架式高樁碼頭整體性好；剛度大。但由于上部結構高度過大，當水位較大時需要多層系纜，目前主要適用于水位差較大的需多層系纜的內河港口。

無梁板式高樁碼頭上部結構簡單，施工迅速，造價也低。但由于面板為雙向受力構件位置要求高，給靠船構件的設計增加了困難，僅適用于水位差不大，集中荷載較小的中小型碼頭。

梁板式結構主要由面板、縱梁、橫梁、樁帽和靠船構件組成。比較節省材料;裝配程度高，結構高度比桁架式小，施工速度快;橫梁位置低，靠船構件的懸臂長度比無梁板式短.正因為梁板式結構的這種優越性，使其得到了迅速發展。但由于上部結構一般采用預制安裝，構件種類和數量多，施工比較復雜，上部結構底部輪廓形狀復雜，死角多，水氣不易排出，構件中鋼筋易銹蝕。

2、高樁碼頭的特點及發展方向

高樁碼頭作為我國廣泛的主要碼頭結構型式，其工作特點是通過樁臺將作用在碼頭上的荷載經樁基傳給地基。

優點:適宜作成透空式結構，波浪反射輕，泊穩條件好，砂石料用量少;對于挖泥超深適應性強。缺點:結構承載能力有限，對地面超載適應性差;結構構件往往是按既定裝卸工藝方案布置的，對裝卸工藝變化適應性差，耐久性不如重力式和板樁式碼頭；構件易損壞，損壞后難以修理;施工一般需要臺班費較高的打樁設備，造價一般較高。

高樁碼頭主要適用于軟土地基。在沿海、河口和河流的下游地區有分布很廣的軟土地基，這種地基表層由近代沉積土組成，硬土位置較低，對這種地基，高樁碼頭幾乎是目前唯一可行的結構型式，并可用以建設深水大碼頭。

3、高樁碼頭的研究現狀及發展方向

在港口碼頭建設中，高樁碼頭結構是采用的最多的一種結構型式。在大量的工程實踐中不斷進行改革探索，己有的成果及得出的經驗可歸納為以下五個方面:

（1）、自重減小，節省材料

1)采用空心構件，如空心樁、空心板及空心橫梁.

2)采用預應力鋼筋混凝土構件以減小構件的斷面尺寸。

3)采用拱形構件，即用受壓為主、傳力路徑短的拱型梁，雙曲板及微彎板等。

（2）、簡化上部，加快施工

1)簡化上部結構的構造：在滿足使用要求的前提下，改變樁臺的結構型式，由剛架或局部析架(或剛架)加橫梁代替格架，或由帶有懸臂式靠船構件的梁代替格架，以簡化構造，便于施工。CAD軟件素材教程下載www.sx1c.com四五設計網www.45te.com設計學徒自學網www.sx1c.com

2)提高預制裝配比重:對樁臺的面板、縱梁和橫梁等都采用預制，現場僅澆注樁帽、接縫或接頭及磨耗層等。

3)減少預制構件數量:減少品種，統一規格，加大預制構件或分塊的尺寸，采用大跨度、長樁或粗樁及大跨度空心板.

（3）、簡化樁基

1)減少樁的種類:對于同一樁臺的基樁，盡量采用等截面、等長度的樁，一般不超過兩種截面和兩種長度。

2)簡化布置:

a)在碼頭長度較大時，通常在橫向排架中，除了用一對叉樁外，其余皆采用直樁。

b)縱向的樁距一般采用等距，在橫向的樁距可用等距，必要時也可用不等距。

c)在同一樁臺下的樁，宜打到同一較硬土層，使樁尖標高接近。

（4）、改進沉樁工藝，減小下沉應力，以節約鋼筋

（5）、提高單樁的軸向承載力

1)采用長樁，增加樁入土部分有效長度，以加大樁側表面的摩阻力，或伸到下臥硬土層，以加大樁尖土抗力。

2)采用大斷面樁、加大樁側表面積和樁尖底面積，借以同時加大樁側摩阻力和樁尖土抗力，從而減少樁數，降低樁基造價。

發展方向:粗樁、長樁、大跨度，采用預制和預應力鋼筋混凝土;提高混凝土質量，增強耐久性。

　二、樁基礎

1、樁基礎應用與研究的發展趨勢

樁基技術在歷史發展過程中,以下幾點情況應特別指出:

（1)樁基技術的發展受工業化的影響巨大,如水泥工業的問世,現代鋼鐵工業的高速發展以及化學工業的崛起,都使樁基技術及其應用形成了一個獨特的時期。

（2)由于樁型及施工工藝不斷推陳出新、千變萬化，樁的應用及成樁工藝比過去更為多樣化和復雜化。特別是在樁基設計和施工領域中提出了許多嶄新的甚至是離經叛道的概念。

（3)隨著樁基技術的改良和發展,樁已不只是單獨地被應用,在許多情況下,它與其他的基礎形式或工藝聯合應用,以適應上層建筑的超重荷載深基坑開挖的需要。此外樁的發展趨向表明,樁身的超高強度、大樁徑、超長、無公害成樁工藝以及完美的施工控制技術等已成為未來樁基改良和發展的重要內容。

（4)樁基設計及施工規范化已受到工程界的高度重視,有關各種樁系的規范正在陸續制訂和推出,規范的巨大作用和重要的工程意義已在現代的樁基實踐中獲得了充分的證明。

（5)樁基的施工監測和檢測應工程的需要已形成一項相當豐富有效的技術。動測方法經過十多年的科研與實踐,認識逐步深化,低應變反射波法檢驗樁身完整性,高應變波動理論法檢測承載力已成主流。

2、樁基礎應用存在的問題

樁基技術在進入現代化階段以后獲得了迅速的發展;但就樁基工程現狀來看也面臨著以下兩個方面：

（1)由于競爭機制的引入,業主對樁基工程的造價、工程進度和工程質量的要求越來越高,使得樁基技術越來越重要。不同的結構和地質條件要求用不同的樁型,而同一工程也有可能有幾種樁型可以采用,誰的承載力大、工期短、造價低,誰就能在競爭中占據主動地位。為了擊敗對手,取得工程的承包權,施工單位必須盡力改進技術,推出新的樁型或工藝。

（2)樁基技術面臨的問題來自工程建設迅速發展的迫人形勢。建筑工程的規模和難度越來越大,對減小環境不良效應的要求越來越高,而且大多數地質條件惡劣。樁基設計人員可能面對這樣一種情況:現有的各種樁型似乎沒有一種適合當前的情況,所以或者放棄采用樁基,或者推陳出新,提出新奇的設想并戰勝自己最初的抗拒心理而勇敢付之實施。在許多情況下,實施一個正確的樁基設計要遇到不少的困難。咩票網www.miepiao.com共丟回收網www.gongdiu.com設計學徒自學網www.sx1c.com

3、樁基的發展趨向

未來工程建設的大規模與高難度以及樁基工程本身的復雜性必將朝下述的趨勢發展:

（1)樁型及其適用范圍通過定型化和規范化進行科學地篩選和整理,以改變過去規格和形式繁多,樁工機械和工藝難以適應的弊端。

（2)超高強度材料及無公害成樁工藝將成為未來樁基礎技術研究的主要內容。在許多情況下,樁和樁基的涵義將被拓廣,工程實踐中將涌現出新的支護結構和深基礎,例如樁墻、格柵狀群樁護壁、圓筒式環形支護結構等將在樁基設計和施工理論中被進一步分析、論證和完善。

（3)一向為工業專寵的化學和化工技術,開始向巖土工程領域滲透并顯示其巨大影響和威力。

（4)在不久的將來,樁基技術中一系列特殊問題,如膨脹土中樁的設計和施工,基巖埋藏很深的軟土地基中大荷載樁承載力的提高與保證、樁承載力的時間效應、沉樁施工控制的簡單可靠方法、特殊樁型(樹根樁、斜樁、樁墻、樁與其他構件聯合結構等)的工作機理和應力與位移計算,用以描述打樁性狀的波動方程的困惑、樁基施工的環境效應,以及樁的壓屈分析等將會受到巖土工程科學工作者的特別關注,其中大部分可望獲得滿意的解決。

參考文獻：

[1]《高樁碼頭設計與施工規范》(JTJ291-98)

[2]《港口工程樁基規范》(JTJ254-98)