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天津港码头结构综述郭莲清(中交第一航务工程勘察设计院天津300222)摘要 综述天津港码头结构的主要特点。指出高桩梁板结构是天津港码头的基本结构型式。 桩基以预应力方桩为主, 兼顾钢管桩适应了泊位深水和大型化的发展; 预应力梁板构件和经济合理的宽承台结构型式。 岸坡均经排水预压加 固或复合地基的处理; 首次引用了“cdm ”加固软基技术, 在天津港的淤泥质地基上建成了重力式码头。关键词 码头结构 承台结构 接岸结构 软基加固“cdm ”工法岸坡稳定中图分类号: u 656. 102 (221)文献标识码: a文章编号: 1004-9592 (2001) s0-0064- 08天津港随着国民经济的发展经历了几个不同的建港高潮, 至今已建成五十多个万 t 级以上的泊位, 拥有现代化的集装箱、煤炭、钢铁、矿石、杂货、粮食、 多用途等专业齐全的泊位, 成为我国 著名的年吞吐量达亿 t 的现代化国际性大港, 其中作为港口重要标志的基 础设施 码头结构起了重大作用。 天津新港的码头结构随着港口的发 展, 其规模从小到大、由浅变深, 结构型式向多样化、坚固耐久、经济合理方 面发展。 天津港的建设大体可分为四 个阶段: 建国初期至 60 年代主要新建 了二港池顺岸和二突堤 6 个件杂货泊位, 其规模为小万 t 级泊位; 第二个建 设高潮是 70 年代, 周总理提出的“三年改变港口面貌”时期, 主要新建了客 运码头 2 座、一港池顺岸及一突堤 7 个泊位、三港池 6 个泊位, 延续至 80 年代建成四港池 6 个泊位等共 26 个泊位; 第三个建设高潮为改革开放后的 80 年代末至 90 年代初新建东突堤 11 个泊位及赛娜码头的改造, 从此完成了天津港北疆长 9 980 m 的 40 个泊位的建设, 其规模为 1 3 万 t 级; 第四 个建设高潮为近十年的大建港, 主要完成南疆 6 个5 万 t 级以上泊位; 北疆的 25 29 号泊位的改造, 其 规模为 10 万 t 级至 15 万 t 级泊位。从此基本完成了 南、北疆现有岸线的总体规划建设 (见图 1)在前三个建港高潮后, 已有很多的技术论文把三十五年来的码头结构总结的很全面, 本文只是在已做过工作的基础上, 补充近十年来南疆新建深水 泊位和北疆改建深水泊位的码头结构特点, 粗谈设图 1 天津港平面计中的体会。建国三十五年天津港码头结构的特点天津港地处我国淤泥质海岸线, 岩基均在百米 以下, 在工程地基影响范围内为海相沉积和陆相的河口三角州沉积层, 土层界面清晰, 表层有厚度不等的吹填土或回填土, 在高程 - 14. 0 m 以上为淤泥 类饱和软粘土, 高程- 20. 0 m 以下是中密粉土和密1实性粉砂, 局部地区在- 32 -45 m 处有粘土和粉质粘土夹层。 这就决定了码头结构以高桩码头为基本结构型式。收稿日期: 2001- 10- 252001 年 12 月增刊港工技术65通常高桩码头由高桩承台和接岸结构两大部分组成, 而码头结构是否安全的“生命线”是接岸处的 整体稳定性, 它又决定着高桩承台的宽度。天津港码 头接岸处的土质是含水量高、强度低的淤泥和淤泥 质土, 因此决定了码头的岸坡需经软基处理才能确 保岸坡稳定, 同时高桩承台以宽承台为主。在承台结 构和接岸结构的处理上根据各泊位的不同规模、不 同功能、不同工艺荷载其型式各有不同。1. 1 接岸结构的类型及特点天津港码头接岸结构分为三大类型:1) 抛石棱体斜坡式 其中又分为大棱体式和小棱体式, 前者以三港池杂货码头 ( 图 2) 为代表, 后者以三突堤钢铁码头式的接岸结构。图 3 天津港三港池集装箱码头断面 (21# )以上两种接岸结构在天津港沿用了三十多年, 虽然存在局部裂桩问题, 但它从根本上确保了高桩 码头的整体稳定, 保障了结构的整体安全。这两种结 构经历了唐山 1976 年 7 月 28 日大地震波及的影响 (此处地震烈度相当于 8 度) , 接岸结构均稳定无损, 证明此种结构是成功的。3) 深层水泥搅拌法 (简称m dm 或 cdm )其代表工程是天津港东突堤南侧码头结构 ( 图4)。 它的最大优点是防止接岸处软土变形对桩基的 不良影响, 并大大缩窄了承台宽度, 解决了前两种结图 2 天津港三港池杂货码头断面 (22# 24# )为代表, 它们的共同点是对接岸处的淤泥类土采用 打设砂井为竖向排水通道, 用抛石棱体自重为预压 荷载进行软基加固, 以确保岸坡的整体稳定。棱体大 了则可减小承台宽度, 棱体小了要相应加宽承台宽 度, 这需要根据工艺要求和经济比较合理选用。此种 接岸结构是最经济的型式, 故应用较多。但其最大缺 点是在软基加固过程中, 饱和软粘土在沉降压密的 同时产生侧向剪胀, 它将造成接岸处与承台间的不 均匀沉降, 并对桩基产生过大的水平推力, 导致接岸 处的后排桩变位或开裂。在码头施工中, 由于抛石棱 体加荷过快引起后排桩桩顶开裂的情况时常发生。2) 后板桩结构以三港池集装箱码头 (图 3) 为代表。 本结构的 特点是在棱体处增设板桩墙承受侧向土推力, 以斜 顶桩作为板桩的锚碇结构, 这样消除了对承台桩的 水平推力, 如果斜顶桩顶端与帽梁相接处做铰接处理, 桩基不再开裂; 若按固结处理仍然开裂。 此种型 式因增设整片的板桩墙, 工程费用增加较多。如三港 池杂货码头接岸结构占码头投资的 16. 7% , 而三港 池集装箱码头的接岸结构则占码头投资的 45. 6% 。 因此, 综合比较, 在一般条件下多采用抛石棱体斜坡图 4 天津港东突堤南侧码头断面 (30# 34# )构存在的技术难题。 深层水泥搅拌法是在饱和软粘 土中拌入水泥浆, 经物化作用使土硬化变为软岩, 强 度可提高数十倍, 刚度可提高数百倍, 提高了粘性土 抗剪强度, 确保了岸坡稳定, 并消除了软土变形, 消 除了接岸处的不均匀沉降和侧向水平推力, 获得了 良好的技术条件。同时它还引发了高桩承台的变革, 跳出了宽承台的传统型式, 缩为窄承台, 从而大大减 少了承台的工程量和以后的维护工作量, 缩短了施 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 66港工技术2001 年 12 月增刊工工期。在工程造价上, 从投资的静态分析虽然它比前两种结构造价增加了 10% , 但从动态分析却远小 于此。综合比较这种结构是经济合理、深受使用单位 欢迎的型式, 它也为我国海上工程的软基处理开辟 了新路子。天津港的码头接岸结构无论哪种类型, 对岸坡 的淤泥质土均进行了打设砂井排水固结处理, 这使 得含水量高、强度低、压缩性大的饱和软粘土提高了 强度, 确保在附加荷载作用下岸坡不失稳、不滑坡。天津港的砂井一般情况下为 5 300 mm , 间距为 23. 5 m , 呈三角形布置。施工方法由水冲法改为气压 法以减少断井。砂垫层选用龙口的中粗砂, 含泥量5% , 砂垫层厚 0. 8 1. 0 m 。其上部的回填必须严格 控制施工程序和回填速率, 以限制软土的变形, 减少对高桩承台的作用。1. 2 高桩承台的结构特点高桩承台主要由桩基和上部梁板结构组成。 桩 基的选型主要决定于码头的建设规模; 桩基的布置 主要决定于工艺荷载; 桩基的合理排架间距和桩距 直接影响上部梁板结构; 高桩承台的设计就是要将桩基与上部结构相互协调, 使之经济合理。天津港近40 个万 t 级泊位的高桩承台结构与国内各地区相 比具有独特的风格和特点。1. 2. 1宽承台是基本的承台型式 天津港岸坡处于饱和的软土区, 岸坡的整体稳定需要放缓坡度, 一般为 12. 5 13。 若需要变 陡坡度, 通常是大换填, 用砂石料换填淤泥质土, 但 天津港缺少砂石料, 经过多年多方案比选, 此地采用 宽承台是经济合理的结构型式, 一般宽度在 40 50m 左右。天津港根据工艺荷载的不同又分为前方承 台和后方承台, 在设有固定机械如: 门机、装卸桥的位置设前方承台, 在堆货荷载大的位置设后方承台。 前方承台直接承受较大船舶撞击力和地震惯性力, 设叉桩以承受较大水平推力; 又因固定机械的前后 轨允许高程差很小, 故梁板采用整体连续结构。后方承台梁板采用简支结构, 以尽量降低造价。其前后方 承台单位面积造价比约 21 32。天津港的宽承 台是适合地方材料特点、地质条件和使用条件的经 济合理型式。1. 2. 2 桩基均为预应力钢筋混凝土空心方桩此桩型强度高, 抗裂性能好, 且随码头规模的加 大而加粗加长。 天津港是我国在码头工程中首先制 作并使用预应力钢筋混凝土桩型的地方, 它大大提高了混凝土的抗拉抗裂性能。以 c 40 混凝土方桩为例, 施加预应力后可使抗裂强度在 2.55 m p a 基础上增加有效预压应力 4 5 m p a, 从而大大提高了桩的抗拉性能, 抵抗住了逐渐增大的锤击拉应力, 防止 了桩基开裂, 确保了桩身安全。码头的发展由千吨级发展到万 t 级至 3 万 t 级时, 桩型断面也随之由 400 mm 400 mm 型, 经 500 mm 500 mm 型发展到了550 mm 550 mm , 桩基极限承载力由 1 000 kn 发展到 5 000 kn , 其抗弯能力也由 150 kn m 增加到300 kn m , 适应了向大型化发展的需要。以上桩基 除承台末排架受岸坡变形影响而局部开裂, 叉桩在唐山“七. 二八”地震时局部开裂外, 已经过了十几年 至四十多年的使用, 仍完好无损, 故桩基选型是合 理、可靠的。1. 2. 3桩基排架间距和桩距是适宜的 选取合理排架间距是直接影响结构造价的关键, 是进行结构方案比选时, 在桩型选定后要首先进 行的工作。桩的排距、桩距要充分发挥桩身和地基的 承载能力, 而又使梁板结构最节省。天津港的码头排距经过 6 m 、7 m 、10. 5 m 的综合比较, 7 m 是最经济 合理的, 因此绝大多数码头采用此间距。1. 2. 4 桩尖持力层均放在密实的粉砂层, 确保了高 桩承台无不均匀沉降, 无裂缝基桩设计中应满足四个条件: 足够的桩身强度; 足够的桩的轴向承载能力; 桩尖落在同一持力层上 以防止桩的不均匀沉降; 桩有足够的入土深度。这实质是个强度和稳定问题。 设计中忌讳按桩力大小支 撑在软硬不同的持力层上, 造成桩基的不均匀沉降 甚至引起承台开裂; 另外由于桩的弹性支撑系数不 同, 使得梁板内力过大, 构件断面过大, 因此桩尖要 落在硬度相同的土层。 而大自然又给予了天津港一层埋深不大的密实粉砂层 ( 高程为- 20 - 28 m处) 可作为桩端的良好持力层, 这使天津港地区的桩 长仅 30 m 左右。形成了天津港的桩长较短, 又有足够的承载能力, 属半摩擦半端承桩的特点。但这也给施打桩带来一定难度, 即沉桩标准需用贯入度和高 程进行双控, 因而施打时截桩与接桩是难免的。1. 2. 5 梁板构件以预应力钢筋混凝土为基本载体该地区海工构件预制厂设备先进, 是我国最早 制造和使用预应力构件的港口。其技术先进, 经验丰富, 因此很快将码头的梁板结构由多纵梁、小 形板 变革成大纵梁、大面板的结构, 使每个排架的构件组成由 22 个减为 7 个, 从而大大减少了现场工作量, 加快了施工速度。同时构件变得粗壮、坚固、抗裂、耐 久, 减少了外露面积也就减少了海水腐蚀的条件。因 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 2001 年 12 月增刊港工技术67此天津港的梁板结构型式现已在我国的其他港口被越来越多地推广使用。1. 2. 6结构抗震性能良好 国家现将天津地区地震烈度定为 7 度, 它实际上已经过了唐山“七. 二八“大地震的考验, 当时为地震烈度 8 度区。地震时, 已建成万 t 级以上的码头有 二十几座, 地震后经过详细检查, 只有桩基的叉桩开裂, 但整体上看是能正常使用的码头, 这说明结构的 抗震性能好。其主要特点是: 1) 岸坡的饱和软土打设了砂井, 进行了预加固, 提高了强度, 又可消除地震 引起的超空隙水压力, 保证了地震时岸坡的整体稳 定, 确保了高桩码头不滑坡不失稳。2) 高桩承台设有叉桩以抵抗水平惯性力。 3) 前方承台为整体连续结 构, 后方承台虽是简支结构, 但在构造上做了连续处理。4) 高桩承台与岸坡间多用渡板连接, 隔断了地震 时自振周期不同的两种结构间的相互作用。1. 3 重力式沉箱码头 (cdm 基础) 的建设天津港的地质条件最适用桩式码头, 这也是天 津港码头的基本结构型式, 但高桩梁板结构易受海水腐蚀, 耐久性差, 对荷载变化的适应性差, 超载时易使构件开裂, 过大超载能引起承台塌陷, 因此在使 用上要有所限制。与此相比重力式码头坚固耐久, 对 荷载变化适应性强, 所以深得使用者的欢迎。天津港在 进 行 东 突 堤 北 侧 码 头 设 计 时, 场 区 的 地 基 在箱泊位, 南疆成为煤炭、矿石等散货泊位。 为此近十年来南疆主要新建了非金属矿石泊位、焦炭泊位、煤 炭泊位、通用散货泊位等, 其建设规模见表 1; 非金 属矿石码头和煤码头结构断面见图 6、图 7。图 5天津港东突堤北侧码头断面 (35# 40# )表 1南疆新建泊位规模t抛石棱体斜14. 0 m 以上有淤泥质土, - 14. 0 m 以下是粘土和-亚粘土, 在- 18. 0 - 24. 0 m 以下有承载力较高的亚砂土层, 可作重力式码头的持力层。当时已在东突 堤南侧码头中应用了深层水泥拌和法加固软粘土,它可使原软粘土强度提高到 2. 5 m p a , 而且可以在 地基上进行原地加固, 避免了软土的大开挖大回填和基槽在施工中的回淤, 从而产生了用 cdm法加固地基建设重力式码头的方案, 于是在长 1 122 m的北侧码头建成了重力式沉箱码头 ( 见图 5)。 它的 产生为在淤泥质软土上建造重力式码头开辟了新 路。 1992 年在烟台二期的码头结构上也使用了“cdm ”法做为重力式沉箱的基础。但因此工法造价 高而限制了它的推广应用, 现已经“九五”国家重点科技攻关课题进行了专题研究, 可减小设计断面降 低造价, 以利于推广使用。棱体斜坡式接2. 1南疆码头接岸结构的特点南疆新建泊位位于南防波堤与二期、三期围埝间, 原泥面在高程 0.附近, 其上是近十年来吹0 m填造陆区, 属欠固结的淤泥土, 以下至- 14. 5 m 的淤泥层因覆盖层簿, 先期固结压力低, 本身粘粒含量 又大, 与北疆土质相比, 含水量更高, 强度更低, 使得软基处理的技术难度更大, 另外在施工中曾发生过滑坡, 更增加了其复杂性, 为此在设计和施工中因地 制宜, 适时地采取了有效措施保证了工程安全。近十年来南疆新建深水泊位的码头结构2特点根据天津港的总体规划, 在泊位布局上“北煤南 移”, 实现泊位功能上的“南散北集”, 即将北疆的煤炭、矿石等散杂货种转移到南疆, 北疆成为专用集装 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 工程名称泊位吨级( )数量(个)码头结构长度(m )宽度(m )水底高程(m )型式非矿泊位35 0001254. 8570. 0- 13. 8宽承台式高 桩梁板结构;坡式焦炭泊位50 0001334. 524引桥60- 13. 8栈桥式高桩梁 板结构; 钻孔灌 注桩挡土墙接 岸煤炭泊位35 0001615. 050 0001栈桥式高桩梁 板 结 构; cdm 挡土墙式接岸 结构通用散货 泊位南 9#50 000 (150 000)1445. 090. 5- 16. 3宽承台式高桩 梁板结构; 抛石岸结构通用散货 泊位南 10#20 000 (150 000)1- 16. 3(- 19. 2)68港工技术2001 年 12 月增刊2. 1. 1挤密砂桩的应用天津港通常用排水砂井加固饱和软粘土, 但只 靠排水固结, 其强度增长有一定限度, 达不到设计强 度 的 需 要, 为 此 而 加 密 加 粗 砂 井: 原 直 径 为 300mm , 加粗至 500 mm , 间距由原 2. 0 3. 5 m 加密至1. 0 1. 4 m , 相对应的置换率由 1% 提高到 20%和 10% 。 这就增加了挤密的作用, 从而形成复合地 基, 提高了加固后的强度, 满足了岸坡稳定要求。是用日本的设计方法和设备, 设计断面大, 造价高。这次工程是“九五”国家重点科技攻关项目:“海上深 层水泥搅拌加固软基技术”课题的示范工程, 所以运 用新的理论研究、设计方法、施工方法、土性研究等 系统研究成果, 使得本工程获得良好效果:1) 提高了土壤抗剪强度, 确保岸坡整体稳定;2) 消除了接岸处的不均匀沉降;3 ) 消除了地基土的侧向剪胀对桩基的水平推 力;4) 设计断面比“日本方法”节省了 50% 以上, 获得良好的社会效益和经济效益, 见图 7。深层水泥搅拌法 ( 简称 cdm法) 加固岸坡2. 1. 2的应用在煤炭泊位引桥接岸处应用 cdm 法加固软粘土, 这本与北疆东突堤南侧码头接岸结构类同。但那图 6 天津港南疆非金属矿石码头断面图 7 天津港南疆煤码头新建工程东引桥断面2. 1. 3灌注桩做基础上设挡土墙式墩台这种型式也是一种经济的接岸型式。 它用在焦 炭码头引桥接岸处, 也取得了良好效果。2. 1. 4施工质量、施工管理和施工工序是保证岸坡 稳定的关键高桩码头建设是个系统工程, 各工序之间要协调配合, 尤其是接岸处的软基加固和陆域回填、港池 和岸坡挖泥、打桩等工序间一定要合理安排, 否则会 引起整体失稳, 轻则软土变形过大造成桩基偏位或 开裂。 为此设计与施工要注意以下问题: 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 2001 年 12 月增刊港工技术691 ) 设计中要合理选择快剪、固结快剪、三轴快剪、十字板强度等指标, 使其与固结条件、应力状态 相一致, 否则会出现安全度很大实则不稳定或相反 的情况。另外设计中要留有足够安全度, 计算中一定 要考虑动水压力的作用;2 ) 施工中要尽量先进行软基加固提高土壤强 度, 然后再开挖岸坡;3) 先行拆除岸坡顶部对稳定有不良影响的石坝 或围埝等堆积物;4) 严格控制挖泥岸坡, 遵守“岸坡开挖工程”的质量检验验收标准, 不得超挖过深过陡;5) 及时验收挖泥边坡, 超规范时要先行补坡后 打桩;6 ) 充分考虑打桩震动对岸坡稳定和变形的影 响;7) 严格控制岸坡处的回填速率和软土变形, 防 止桩基变位和开裂;8) 要充分考虑大潮差低水位时动水压力对岸坡 稳定的影响。2. 2 南疆新建码头桩台结构的特点2. 2. 1宽承台结构适合本地区的特点 一般地区的承台结构很多是用砂石料换填岸坡软土形成窄承台, 但天津地区因缺少砂石料, 材料单 价很高, 天津港的码头经过几十年几十次的方案比 选结果, 宽承台造价最低。现在南疆通用散货南9# 、10# 码头又做了多方案比选, 其造价比为: 宽承台 “cdm ”窄承台= 11. 11。最终选用了宽承台方案,承台宽度 90. 5 m 。在设计中采取了便于承台通风和 检查的措施, 以及增加钢筋混凝土耐久性的措施。2. 2. 2大型预应力桩仍是经济合理的桩型 由于码头向深水大型化发展, 引起桩型的变化,前 35 a 新港的泊位均为 3 万 t 级以下, 其桩型最大 为 550 mm 550 mm 的预应力空心方桩, 可沉入高5 1 000 mm 和5 1 200 mm 的钢管桩, 后方承台仍用600 mm 600 mm桩型。型预应力方桩, 这是经济合理的2. 2. 3 提高了高桩承台的耐久性高桩梁板结构耐久性差是本结构的最大弱点。 在码头结构中, 重力式码头使用 50 a 以上仍完好,但高桩码头建成十几年后就要维修, 已形成了有效使用基准期 30 a 的标准。这远远适应不了生产发展 的需要, 因此提高海工混凝土耐久性成为需要解决 的重大技术问题。在本次南疆码头工程中, 结合“九五”国家重点科 技攻关项目, 应用了海工高性能混凝土。 高性能混凝 土是在混凝土中加无机掺合料, 如: 硅粉、磨细矿渣或 优质粉煤灰, 以及高效减水剂, 使混凝土具有很强的 抗氯离子渗透能力, 使氯离子扩散系数降为普通混凝 土的 12 18, 从而有效地防止混凝土中钢筋的腐 蚀, 延长了构件的使用寿命。提高了码头结构耐久性。 在煤炭泊位中引桥横梁和面板的上部结构及承台的 第一至第五结构段长约 280 m 的卸煤机轨道梁结构 上使用了掺硅粉粉煤灰高性能混凝土, 其混凝土 量为 1 110 m 3。在码头承台第一结构段的面板构件上 使用了磨细矿渣高性能混凝土, 混凝土量约 430 m 3。 这对推广使用高性能混凝土是个良好的开端。另外提 高混凝土密实性也是增加防腐蚀的主要措施之一, 混 凝土标号越高, 则密实性越好。现用梁、板的混凝土均 为 c 35、f 300, 高于南方受湿热腐蚀的高桩梁板的混 凝土。 增加混凝土保护层厚度, 加大氯离子渗透途径 是本工程在构件设计中普遍采取的增加耐久性的另 一措施。近十年南疆新建的码头泊位吨级大了, 水深了, 桩型大了, 梁板厚了, 承台宽了, 耐久性高了, 适应性 大了。这符合经济技术的发展规律, 适应天津港发展 的需要。近十年来北疆码头改造工程的特点随着港口向大型深水化的发展, 为实现天津港 总体规划中码头功能“南散北集”的转化, 要改造北疆建于 1972 1985 年的 25# 29# 泊位和 7# 、8# 泊位。25# 29# 的 5 个泊位原是 2. 5 万 t 级件杂货泊 位和集装箱泊位, 水底高程- 10 m 和- 12 m , 将要 改造成能接卸第五代集装箱船的泊位和 15 万 t 级 矿 石 泊 位, 其 码 头 前 沿 水 底 高 程 需 加 深 至程- 25.左右的粉砂层, 其极限承载力可达0 m34 500 kn 。现南疆码头多为 5 万 t 级泊位, 码头水底高程为- 13. 8 m 。此时将桩型加粗至 650 mm 650 mm 预应力空心方桩, 进入高程- 25. 0 - 28. 0 m的粉砂层, 极限承载力可提高至 6 000 kn , 与同样 承载能力的钢桩相比造价省 12 13, 这是适合于中型深水码头经济合理的桩型。 码头结构是基础工程, 应留有泊位发展的余地。当码头留有改造为 10 万 t 级甚至 15 万 t 级的余地 时, 对码头结构要留有加深的可能性, 首先在桩基上应 留 有 余 地, 届 时 可 以 只 在 前 方 承 台 使 用15. 2 m 、- 16. 5 m 甚至预留加深至- 19. 4 m 。7#- 8# 泊位所处位置受到限制, 只能将原 1. 5 万 t 级杂货泊位改造成接卸第二代集装箱船的泊位, 水底 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 70港工技术2001 年 12 月增刊高程由原-9. 0 m 加深至- 11. 5 m 。 由于码头功能3. 1 改造码头重点只增设前方承台是高效益高回报的方案改造工程的特点是既要新建又要停产, 因此工 期和投资的矛盾, 对效益好的泊位应以工期为主。天 津港码头的建设工期控制在接岸结构上, 而加深加大码头首先影响着接岸稳定, 然后是桩基的稳定和 强度, 最后是梁板等上部结构。用加设前方承台的方 案可以避开接岸结构, 用加宽承台来加长岸坡并保 持综合稳定边坡; 用新承台的桩、梁、板满足新工艺 荷载的需求, 从而解决了泊位大而深的问题。桩、梁、板又全部采用陆上预制, 现场只浇混凝土接头, 可使的改变, 其工艺荷载也大大增加, 原有的梁、板、桩均无法适应, 为此必须新建承台以适应大泊位、大水 深、大荷载的要求, 形成了此次码头改造工程的特 点。 工程改造规模见表 2。 改造承台结构见图 8。表 2北疆码头改造工程规模 停产时间最少, 达产期最短。北疆改造工程中, 25 、# #泊位只增加了宽 36 m 承台, 27 29# #泊位增设26了 40. 5 m 宽的承台, 7# 8# 泊位增设了宽 21 m 承台。图 8 天津港集装箱公司 27# 、28# 、29# 泊位改造工程码头断面3. 2钢管桩的应用现改造工程是将水底高程由-为 1 000 mm 及 1 200 mm 的钢管桩。它具有制作简单易加工, 成型快, 适应性好, 现场截桩或接桩及沉 桩较预应力管桩容易, 适应于改造工程地质条件和施工条件, 得到了业主的认可。天津港已顺利施打了近 3 000 根桩, 并进行了静载试桩和动载试桩。桩端 持力层在高程- 32. 0 - 45. 0 m 左右时, 桩基轴向 极限承载力: 5 1 000 mm 桩达 7 000 8 000 kn , 5 1200 mm 桩达 10 000 12 000 kn , 满足设计桩力的 要求。 桩身按水上、水下、泥面下不同区段选用了不同壁厚, 以合理的应用材料。 5 1 000 mm 桩壁厚分 别为 18、16、14 mm , 5 1 200 桩壁厚分别为 20、18、16 mm 。桩基均进行了三种方法的防腐处理: 预留腐蚀厚度、涂料及牺牲阳极, 使钢管桩的有效使用年限达50 a 以上。3. 3 半封闭桩尖的应用加深至12.0 m- 16. 5 m 甚至远期达- 19. 4 m , 这将大大增加桩基的自由高度, 从构件的强度和压杆稳定的要求, 原预 应力方桩的断面太小, 必须改用大型桩。大型桩有三种: 钢管桩、预应力钢筋混凝土管桩、ph c 桩。 从造 价上看, 在相同边界条件下钢管桩最贵, 预应力管桩最便宜, 但预应力大管桩是每 4 m长一段, 用环氧树脂粘结而成, 其接头的抗冻性能尚未确定; ph c桩每根长小于 30 m , 两种桩型的可打入性较钢桩困 难, 而天津地区较深处的粘土及粉砂层层位变化较大, 现场接桩和截桩又较困难, 在改造工程中应用条 件尚不成熟。 另外天津地区无管桩预制厂, 需从广 东、上海经海上运来, 这样管桩造价低的优势并不突出, 因此在 25# 29# 码头改造工程中均采用了直径 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 工程名称( 新 )原泊位吨级dw t ( t)改造后新承台结构长度(m )宽度(m )水底高程(m )型式三突堤东侧25# 、26#四港池 杂货码头10 万 (15 万) 2. 5 万403. 036. 0- 16. 5(- 19. 4)- 10. 0高桩梁板式结构,桩 基: 钢 管 桩,5 1 000、5 1 200集装箱公司27# 、28# 、29#四港池27# 、28# 、29#第五代 集装箱第二代826. 040. 5- 15. 2- 12. 0一港池7# 、8#一港池顺岸第一、(二)代集装箱1. 5 万21. 0- 11. 5- 9. 0高桩梁板式结构,桩 基: 650 mm 650 mm2001 年 12 月增刊港工技术71半封闭桩尖的作用是为了增加大直径管桩的闭塞效应和增加挤土作用, 主要提高桩端承载力。天津 港随着码头向深水大型化发展, 桩基的入土深度必 然加大, 该工程范围的地质复杂, 在高程- 20 m 以其桩尖可落在-31. 0 - 34.处达到最终贯入0 m度要求, 动测试桩可满足设计桩力要求。这样可利用3 5 m 厚粉砂层为桩端持力层而减少桩长。半封闭 桩尖是在施工过程中产生的, 未及深入研究在施工 上有待解决的问题。这种桩型充分利用较薄密实层,减少桩长, 是值得加强试验和推广的一种桩型。 天津港建设六十多年来新建及改造码头岸线长2 万m 以上, 码头结构型式以高桩梁板结构为主体,兼顾有板桩结构 ( 老 1# 6# 泊位)、高桩墩台结构(赛挪码头)、重力式结构。软基处理及施工技术进行 了多次改进和发展, 形成了一整套设计成熟、施工工 艺技术趋于定型, 管理完善的具有传统特色的结构 体系。它具有投资省、建设速度快、适应软土地基、技 术先进、经济合理、安全可靠等特点, 适应了天津港 发展的需要, 并将在天津港的发展中起重大作用。下为中密粉土, -以下是密实粉砂层, 厚薄不25 m一, 薄者 3 5 m 厚, 其以下区域有粘土夹层, 桩基容易打入, 部分地区有粘质粉土, 则桩不易穿过, 但 开口管桩的桩端阻力不够大, 桩基若穿过此层进入甚至- 50.处的紧密砂层, 则桩长要- 45.0 m0 m增加 10 m , 这样在整个工程中将增加费用过多。 为充分利用这层 3 5 m 厚的砂层, 提高桩端阻力而 采用了半封闭桩尖。此桩尖的结构关键是用何型、封多少面积。 经比较, 5 1 000 桩型选用了内导管直径500 mm , 长 3. 0 m , 外伸端长 20 cm , 其余封死; 5 1200 mm 桩型选用了内导管直径 600 mm , 长3. 0 m ,外伸端长 20 cm , 其余封死, 其封闭率均为 75% , 使gen era l d e scr ip t ion s on w ha rf struc ture s of t ian j in por tguo l ian q in g(ch ina comm un ica t ion s f ir st d e s