间隔嵌岩板桩结构在越南永安港码头中的应用

盛佳珺，崔 磊

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032)

1 工程概况

越南永安港是在越南中部偏北的一个新兴港口，其位置优越，地理坐标为18°6′N,106°16′E。本工程5#、6#泊位距离永安港大概15 km。

永安港码头由西向东依次布置2座5万吨级多用途泊位，泊位总长度为450 m，设计宽度43 m。根据本工程码头设计靠泊船型，结合装卸工艺设备配置和近远期货运量安排，码头上近期布置2轨，远期预留1轨，结合装卸设备安全操作要求高、便于电缆槽和系缆等辅助设施布置的要求，前轨至码头前沿距离取3 m。前轨至后轨12 m为多用途门机轨距，远期预留1根与前轨轨距为24 m的轨道，作为远期集装箱装卸桥的轨道，预留集装箱装卸桥后轨至码头后沿16 m为集装箱船仓盖板堆放区和前方作业堆场。码头面高程4.50 m，前沿设计泥面高程为-14.0 m，码头平面布置见图1。

图1 码头平面布置(单位：m)

2 设计难点

2.1 泥面高、水深浅

码头施工区域为沿海水平地形，地形较缓，各条等高线相互平行且临近，与海岸线平行。码头面建于等高线平均高程约-2.00 m区域。工程区域设计高水位为2.23 m，设计低水位为0.40 m，水深在2.40～4.23 m。

2.2 波流条件差

根据对Vungang 湾观测点的观测资料显示，水流最强流速测得为0.41 ms，发生于高潮时期表层水流，潮流主流向为东向、东北向。工程区域北侧与东海相连，东侧及南侧与物流园区相连，西侧按照规划与7#码头相连。根据规划，该位置位于港池口门对面，该区域在未修建防波堤的现状下，受海浪的直接影响最大，经测得工程区域波要素见表1。

表1 50 a一遇波要素

2.3 持力层埋藏较深

码头区的地层主要为：①中密度砂、③软质黏土、⑤松散碎石、⑦a全风化岩(含砂黏性土)、⑦b全风化岩(含黏性土砂)、⑦c强风化岩。其中⑦c强风化岩层顶高程在-20.6～-18.8 m，地基承载力较高，土层主要设计参数见表2，码头前沿地勘剖面见图2。

表2 各土层主要设计参数

图2 码头前沿地质剖面

3 码头结构适应性分析

高桩梁板结构在淤泥质软土、黏性土、砂性土等土层中适应能力强，其质量轻、结构简单，利用长桩可以顺利穿透上部软弱覆盖层达到较深的硬土持力层，结构沉降变形小、透空性好、对码头前沿波浪小、泊稳条件较好，并且其上部结构大部分可采用预制装配式结构，与其他结构形式相比具有施工方便、施工速度快、工程造价低等优点。高桩结构对软弱地基及大水位差情况下的结构设计更具优势，码头前沿设计泥面为-14.0 m，按坡度1:5～1:3开挖，每延米开挖量达到225 m3，开挖量很大。

重力式码头结构坚固、耐久性好，对较大的集中荷载以及码头地面作业和装卸工艺变化适应性强，施工后期维护费用少，但其对地基承载力要求较高，使用期结构变形小。本工程区域表面约6 m范围为中密度砂，而采用重力式结构，持力层为⑦c强风化岩层下卧于-20.6～-18.8 m，距现泥面有一定深度，基槽等结构开挖量大，且沉箱工程造价难以保证。

板桩结构主要由板桩、锚碇、拉杆、上部结构(帽梁、导梁或胸墙)等组成，板桩、锚碇系统施工完毕后，可进行板桩墙后回填，也最大限度地降低了对周边环境的影响。板桩结构形式主要有钢管桩板桩组合墙结构、钢板桩结构、地连墙板桩码头结构等，板桩码头结构简单，钢管板桩沉桩后，遮挡施工期波浪，改善后方施工条件，墙后主要施工工序可实现陆上施工[1-2]。板桩结构对荷载使用下的结构变形较为敏感，但板桩结构可避免大面积开挖，本工程码头和陆域呈连片式布置，土地资源利用相对更充分，使用相对方便。综合考虑以上因素，本工程选用板桩结构。

4 结构设计

4.1 结构形式

本工程前沿设计水深较大，码头上部荷载大，墙后产生的侧向土压力也大，一般的钢板桩断面难以适应板桩墙的弯矩和位移要求，因此，采用钢管板桩结构作为板桩墙结构以满足水平荷载和竖向荷载。

由于钢管桩具有强度高、耐锤击性好、在强风化岩中穿透能力强等显著优点，码头采用钢管板桩结构形式，前排钢管板桩采用直径1300 mm钢管桩，桩间采用定型锁扣连接，锁扣内灌素混凝土至泥面以下。钢管桩中心间距1.379 m，底高程约-26.0 m，以⑦c强风化岩层作为桩基持力层，根据地勘资料，-26～-22 m持力层采用间隔嵌岩桩结构。上部为现浇钢筋混凝土导梁，胸墙后设级配碎石和土工布作为倒滤结构。码头断面见图3。

图3 码头断面及钢管板桩间隔嵌岩(高程：m；尺寸：mm)

锚碇体系由锚碇桩、锚碇墙组成，锚碇桩同样采用直径1 300 mm钢管桩，桩中心纵向间距3 m，基桩上部现浇锚碇墙，墙前设抛石棱体，前板桩与后锚碇桩中心距离35 m，中间设置钢拉杆，拉杆直径90 mm，间距1.379 m。码头前沿胸墙与导梁整体浇筑，上方设置轨道梁，轨道梁间距12 m，海侧轨道梁下采用直径1 300 mm间隔嵌岩钢管板桩+直径700 mm钢管桩；岸侧轨道梁一般段采用单排直径700 mm钢管桩，防风锚碇分段采用双排直径700 mm钢管桩。为避免陆侧轨道梁两侧回填后，场地使用期产生明显的高差，在岸侧轨道梁两侧增设钢筋混凝土拖板以增加车辆通行的平稳性。场地内回填及地基处理后采用碎石垫层及混凝土路面作为面层结构。码头东西侧各设置转角封头段，结构形式与码头结构基本相同。

本工程采用干地施工工艺，先期工程区域周围实施临时钢板桩围堰，由双排U形钢板桩和中间钢拉索组成。板桩型号为CRP-U-1247，顶高程3.0 m，底高程-9.0 m。双排板桩中间采用直径30 mm、型号为6×7+IWS的钢拉索，高程为1.5 m，间隔1 m布置。前后排钢板桩之间和陆侧以及施工场地范围内回填土至高程3.0 m。

4.2 沉桩可行性分析

为了判断桩基施工的可行性，对周边邻近工程进行调查，距本项目约6 km处已实施的某突堤码头护岸工程，采用直径900 mm钢管桩(密排，中心间距1 080 mm)，桩长26 m，桩尖设计高程-23 m。桩基施工已完成，采用D608型打桩机，KB80型桩锤，锤质量8 t。

根据工程区地质沉桩资料，施工区域上到下大致分为砂层、中细粉砂至粗砂层、坚硬黏土层、黏土质砂夹礁石层、粉质砂夹礁石层、粉砂岩夹板岩层(高度至全风化)，其中-18.0 m以下土层的标贯击数大于50击。该工程3根桩的打桩记录见表3。

表3 临近工程典型沉桩记录

可见采用KB80型桩锤，能正常沉桩，桩基进入大于50击的土层厚度约为5 m。为保证前墙稳定性，要求确保直径1300 mm前钢管板桩桩尖高程-25.0 m，进入大于50击的土层厚度约为7 m，直径700 mm钢管桩和直径800 mmPHC管桩桩尖约-20.5 m，见图4，保证达到承载力即可。采用陆上沉桩工艺，先期工程区域周围实施板桩围堰，内部回填至高程1.0 m。陆上沉桩可采用履带式打桩架，配置锤型可选择的有柴油锤、振动锤或者液压锤。

振动锤克服土体侧摩阻力后沉桩入土，激振力设计值Fv按下式计算：

Fv>FR(=fUL)

(1)

式中：FR为振动锤的激振力计算值(kN)；f为土层单位面积的动摩擦力(kNm2),取砂性土取20 kNm2，黏土取40 kNm2；U为桩的周长(m)；L为桩的入土深度(m)，取20 m。

对激振力设计值按以下公式复验：

FV=0.04n2M

(2)

M=Aω

(3)

式中：n为振动锤转速(rs)，取20 rs；M为振动锤偏心距(N·m)；A为振幅(m)，取0.011 m；ω为桩和锤总重力(kN)，取15.5 kN。

经计算，振动锤的激振力设计值Fv> 2 430 kN，要求较高，只有较少的大型振动锤才能达到。结合成功的工程实例，认为选用柴油锤或液压锤沉桩基本可行，因本工程的桩径更大，进入硬土层更深，因此锤型应在KB80以上，具体可通过试打桩典型施工来确定[3]。

图4 沉桩施工(高程：m；尺寸：mm)

4.3 结构计算分析

4.3.1内力计算

钢管板桩组合墙结构为拉锚板桩结构，采用通用空间软件Plaxis分析计算，选取标准结构分段进行结构受力分析[4]。Plaxis软件计算采用有限单元法，土体材料采用摩尔-库仑模型。施工期和使用期计算模型见图5。

按照JTS 167—2018《码头结构设计规范》，采用竖向弹性地基梁法计算，桩基采用杆系有限元，水平地基反力系数按m法确定[5]。作用在码头结构上的荷载有结构自重、自重土压力、均载土压力、剩余水压力、系缆力、撞击力、岸桥荷载、波浪力等荷载，根据结构上可能出现的作用，按照承载能力极限状态和正常使用极限状态，结合相应设计状况进行作用效应组合，按规范规定选取作用的分项系数和组合系数[6]，计算结果见表4。

图5 Plaxis计算模型

表4 码头内力结果

注：Plaxis考虑后导梁墙前土作用；括号内数值为施工期最大位移；“”前数值为正弯矩(扭矩)，“”后数值为负弯矩(扭矩)。

4.3.2岸坡稳定计算

岸坡整体稳定计算按平面问题考虑，采用圆弧滑动法计算。选用LK12计算断面，板桩结构经计算满足岸坡整体稳定要求。

5 结语

1)本工程采用前墙间隔嵌岩钢管桩、钢拉杆锚定墙板桩式结构方案是合理、可行的。

2)通过Plaxis软件采用有限单元法计算，本结构方案是安全的，内力、位移可控。

3)工程区域采用KB80以上柴油锤或液压锤沉桩可行，可通过试打桩典型施工来确定锤型和停锤控制标准。

4)相关数据结论为间隔嵌岩板桩结构在越南永安地区码头工程中运用提供理论设计依据，为后续沉桩施工提供了技术支撑，供工程类似设计提供参考。