港口工程嵌岩桩深度优化的应用浅析

港口工程嵌岩桩深度优化的应用浅析

王碧水

舟山市衢黄港口开发建设有限公司浙江舟山316000

摘要：在港口工程中，全断面直桩嵌岩桩一般采用钢护筒作为桩身外壁和嵌岩时施工平台，利用桩身自身刚度来抵抗码头所受的水平荷载；该种桩型比较适用于基岩外露、覆盖层薄的地质条件，对基岩起伏变化有良好的适应性，但为满足桩身所承受的较大水平承载力要求，桩身直径通常较大，工程造价相对较高。本文通过对嵌岩桩水平静载试验及数据整理分析，通过找寻最大弯矩点及弯矩零点位置对嵌岩桩深度进行优化，对同类工程施工有所借鉴意义。

关键词：嵌岩桩；水平承载力；弯矩零点

1.工程概况

1.1工程码头基本情况

项目背景为浙江省舟山某海域散货船码头，该工程码头自北至南将码头分为打入桩段、嵌岩段和现浇墩台段，中间区域覆盖层较薄且均为淤泥质土，局部地区基岩裸露，岩面起伏较大，故选择嵌岩桩。嵌岩桩段共7个分段，排架间距12m，每榀排架4根Ф2800（Ф3000）mm嵌岩桩，第2分段及第8分段部分排架每榀排架5根Ф3000mm嵌岩桩。上部结构采用现浇横梁、预制预应力纵向梁、预制预应力面板和现浇面板的叠合结构。

1.2岩土工程勘察情况

根据钻探勘察，勘探深度范围内的地基土划分为9个工程地质层，并细分为18个工程地质亚层，各土层从上至下如下：

①层淤泥质粉质粘土；②1层淤泥质粘土、淤泥（mQ24）；②2层淤泥质粘土（mQ24）；②3层粉质粘土夹粉砂（mQ24）；③层粘土（mQ14）；④2a层碎（块）石（al-plQ2-23）；④2层粉质粘土（mQ2-23）；⑤1层粉质粘土（al-lQ2-13）；⑤2层粉砂（alQ2-13）；⑤2a层粉质粘土（mQ2-13）；⑦1层砾砂、含粘性土碎（块）石（al-plQ13）；⑦2层粉质粘土（al-lQ13）；⑦2a层粗砂、砾砂（alQ13）；⑧1层含碎石粉质粘土（el-dlQ）；⑧2层含粘性土碎石、碎石（el-dlQ）；⑨1层全风化晶屑熔结凝灰岩（J3g）；⑨2层强风化晶屑熔结凝灰岩（J3g）；⑨3层：中风化晶屑熔结凝灰岩（J3g）

⑨3层性脆，色泽暗淡，表面较粗糙，裂隙较发育，倾角多以70～90度为主，裂面较平整，常渲染铁锰质，岩芯常沿裂隙断开，较破碎，往下渐变完整，岩芯以块状为主，粒径5.0cm～8.0cm，次为呈短柱状及柱状，长5.0cm～40.0cm不等，RQD值0～60%不等，岩石基本质量等级为Ⅲ级，局部较破碎处以Ⅳ级为主。

该层在场地内均有分布，本次勘察大部分钻孔均有揭露，物理力学性质好，顶板埋深变化很大，层顶标高-106.59m～0.61m，最大揭露厚度19.1m，可作为桩基持力层。卸船码头其余区域覆盖层较薄或基岩裸露，采用⑨3层作为嵌岩桩持力层。

2.试验工艺及原理

2.1试验桩基情况

本试验采用水平静荷载试验，根据要求选取有代表性的桩，试验选择5A桩和6A桩为一组，该桩均为直桩，桩身混凝土从嵌岩段底部浇筑至桩顶，混凝土设计强度等级为C40，钢套管长度47米，嵌岩深度9米，详见示意图：

4.数据结果分析

5A和6A两根桩在最大荷载作用下，力作用点水平位移分别为138.32mm和127.83mm，泥面处水平位移分别为5.75mm和5.80mm。当加载至510kN时，5A桩嵌岩段的钢筋最大压应力和最大拉应力分别为106.8MPa和107.2MPa，6A桩嵌岩段的钢筋最大压应力和最大拉应力分别为41.0MPa和43.0MPa，均远小于360MPa。两根桩嵌岩段钢筋的拉应力与压应力在各级荷载作用下呈对称分布，且数值基本一致。

从实测桩身弯距以及分布，5A桩和6A桩弯距最大值分别为18323kN·m和16331kN·m，出现在泥面下2.05和1.75倍桩径处，第一弯矩零点断面分别在岩面以下3.40m和2.62m，弯矩零点断面分别在岩面以下7.25m和7.10m。两根桩的剪力最大值分别为3502kN和1941kN；土抗力最大值分别为636kN/mm2和300kN/mm2。

5A桩和6A桩通过弯矩积分得到的泥面处位移最大值分别为6.20mm和6.27mm；两根桩的桩身挠度随标高降低而迅速减小，随桩顶荷载增大而增大，两根桩随水平荷载的增大，其第一弯矩零点位置变化不大。

5结语

5.1嵌岩段的钢筋应力远小于屈服强度；钢筋的拉应力与压应力在各级荷载作用下呈对称分布，且数值基本一致；

5.2最大弯距出现在泥面下1.75～2.05倍桩径处；实际使用试验结果时应充分考虑泥面冲刷线的变化；岩面以上的抛石质量有差异，影响土抗力的发挥；

5.32根桩的第一弯矩零点位置在岩面以下0.92～1.19倍桩径处，2根桩随水平荷载的增大，其第一弯矩零点位置变化不大；弯矩零点在岩面以下2.26～2.54倍桩径处，均小于设计的嵌岩深度，可对原嵌岩深度进行优化，由9米减至8米。

5.42根桩的桩身挠度随标高降低而迅速减小，随桩顶荷载增大而增大；

参考文献：

[1]《港口工程桩基规范》（JTS167-4-2012）；

[2]《港口工程基桩静载荷试验规程》（JTJ255-2002）；

[3]《建筑基桩检测技术规程》（JGJ106-2003）；

[4]《工程岩土工程勘察报告》。