1工程概況
某十萬噸級(jí)集裝箱碼頭，碼頭總長479.84m，結(jié)構(gòu)為高樁梁板式。該碼頭共分7個(gè)結(jié)構(gòu)段，其中第1～3段為鋼管樁結(jié)構(gòu)，共193根（含40根前期預(yù)留樁）；第4～7段為高性能預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁（以下簡稱大管樁）結(jié)構(gòu)，共256根。本工程合同開工日期為2003年12月18日，合同竣工日期為2004年12月28日。因碼頭工程樁基的設(shè)計(jì)變更等原因，全部工程于2005年3月31日完工。
2地質(zhì)條件
該泊位地質(zhì)條件較復(fù)雜，經(jīng)基槽挖泥回填砂后從上至下依次為：回填振沖砂、細(xì)砂、粗砂、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、礫砂、砂質(zhì)粘土、花崗巖全風(fēng)化、花崗巖強(qiáng)風(fēng)化、花崗巖中風(fēng)化、花崗巖微風(fēng)化共11層，結(jié)構(gòu)中存在軟弱夾層粉質(zhì)、砂質(zhì)粘土層，礫砂層較厚且分布不均，最厚達(dá)13.5米，貫入擊數(shù)達(dá)52擊，持力層分布不均。
本工程樁基設(shè)計(jì)為端承磨擦樁，設(shè)計(jì)樁尖標(biāo)高持力層處于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、N≥100擊深度以下。代表性地質(zhì)剖面圖見圖1。
3碼頭樁基結(jié)構(gòu)與布置形式
本碼頭樁基采用鋼管樁和大管樁兩種形式。第一結(jié)構(gòu)段樁基為鋼管樁，樁徑有Ф1000mm、Ф1100mm、Ф1200mm三種，每排架設(shè)8根基樁，其中6根直樁，1對(duì)叉樁，前后軌下雙直樁。
第四～七結(jié)構(gòu)段樁基為預(yù)應(yīng)力砼大管樁，樁徑有Ф1200mm、Ф1400mm兩種，每排架設(shè)8根基樁，為全直樁，前后軌下為雙樁。
4設(shè)計(jì)停錘標(biāo)準(zhǔn)及樁基設(shè)計(jì)承載能力
4.1鋼管樁沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)
本工程以貫入度控制為主，標(biāo)高作校核，采用D—125錘二檔能量進(jìn)行連續(xù)沉樁，最后一陣100㎜的平均貫入擊數(shù)不大于4㎜/擊時(shí)，可以停錘；如果樁頂標(biāo)高超過設(shè)計(jì)標(biāo)高2m，且錘擊數(shù)小于1500錘，則要求最后一陣的平均貫入擊數(shù)不大于3㎜/擊。
4.2砼大管樁沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)
沉樁以貫入度控制為主，標(biāo)高控制為輔。
?。?）Ф1200大管樁沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)：采用D-125錘一檔能量進(jìn)行連續(xù)沉樁，最后一陣100mm的平均貫入擊數(shù)不大于4mm/擊時(shí)，可以停錘；如果樁頂標(biāo)高超過設(shè)計(jì)標(biāo)高3m，且錘擊總數(shù)小于1500錘，則要求最后一陣的平均貫入擊數(shù)不大于3mm/擊。
?。?）Ф1400大管樁沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)：采用D-125錘二檔能量進(jìn)行連續(xù)沉樁，最后一陣100mm的平均貫入擊數(shù)不大于4mm/擊時(shí)，可以停錘；如果樁頂標(biāo)高超過設(shè)計(jì)標(biāo)高3m，且錘擊總數(shù)小于1500錘，則要求最后一陣的平均貫入擊數(shù)不大于3mm/擊。
4.3設(shè)計(jì)承載能力
單樁設(shè)計(jì)極限承載力為：鋼管樁Ф1000單樁承載力須大于8000kN、Ф1100單樁承載力須大于9500kN、Ф1200單樁承載力須大于10000kN；大管樁Ф1200單樁承載力須大于8000kN、Ф1400單樁承載力須大于10000kN。
5沉樁效率比較
鋼管樁施工有效施工為30天，按153根樁30天沉完計(jì)算，有效施工日效率為5.1根/天。大管樁沉樁參考鄰近4個(gè)泊位同樁型1606根大管樁平均有效施工日效率約為3.34根/天。鋼管樁施工效率明顯高于大管樁。
6錘擊數(shù)比較
由沉樁資料分析顯示：（1）鋼管樁錘擊數(shù)略少于大管樁。193根鋼管樁平均錘擊數(shù)為1778擊，256根大管樁平均錘擊數(shù)為1861擊。（2）鋼管樁錘擊數(shù)分布收斂快于大管樁。鋼管樁最大錘擊數(shù)為2881擊，最小錘擊數(shù)為743擊；大管樁最大錘擊數(shù)為3626擊，最小錘擊數(shù)為619擊，大管樁沉樁錘擊數(shù)分布的離散性大于鋼管樁。（3）鋼管樁、大管樁錘擊分布共性：錘擊數(shù)在1000到2500之間的鋼管樁、大管樁占總數(shù)的85%以上，且錘擊數(shù)為1500錘左右的樁所占比例最大。約90%的鋼管樁、大管樁在2500錘以下都達(dá)到停錘標(biāo)準(zhǔn)。
7入土深度及有效樁長比較
根據(jù)沉樁資料分析顯示：（1）鋼管樁入土深度和有效樁長明顯大于大管樁。根據(jù)沉樁資料顯示：鋼管樁平均實(shí)際樁長為48.42米，平均入土深度為28.21米；大管樁平均實(shí)際樁長為40.80米，平均入土深度為19.36米。（2）鋼管樁、大管樁有效樁長呈正態(tài)分布。
8收錘貫入度比較
90%的鋼管樁、近80%的大管樁都可按貫入度標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到停錘標(biāo)準(zhǔn)。鋼管樁收錘貫入度集中在1～2mm，此區(qū)間比例高達(dá)84%；大管樁的收錘貫入度相對(duì)較為分散。鋼管樁平均收錘貫入度為2.9mm，大管樁平均收錘貫入度為3.4mm，鋼管樁收錘貫入度小于大管樁。
9承載能力及樁身完好性比較
本工程共進(jìn)行鋼管樁大應(yīng)變檢測7根，試驗(yàn)結(jié)果如下。
（1）直徑1000mm的樁、直徑1100mm的樁、直徑1200mm樁的承載力，都超過了設(shè)計(jì)極限承載能力要求。
?。?）對(duì)兩根1200mm樁進(jìn)行了復(fù)打試驗(yàn)，經(jīng)過6天和17天，樁承載力的恢復(fù)系數(shù)分別為1.24和1.20，樁承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)承載能力要求。
?。?）由于鋼管樁有良好的彈性，各樁均有很好的完整性，均屬于Ⅰ類合格樁。
（4）鋼管樁樁端阻力占總承載能力的39.38%，側(cè)摩阻力占總承載能力的60.62%。
?。?）鋼管樁內(nèi)混凝土小應(yīng)變檢測193根，其中Ⅰ類樁191根，占98.96%，Ⅱ類樁2根，占1.04%。
本工程工進(jìn)行大管樁大應(yīng)變檢測17根，試驗(yàn)結(jié)果如下。
（1）直徑1400mm樁的初打、復(fù)打都達(dá)到了設(shè)計(jì)極限承載能力要求。
?。?）直徑1200mm的樁只試了一根，達(dá)到了設(shè)計(jì)承載能力要求。樁的承載力隨著時(shí)間的延長而會(huì)有所恢復(fù)，共對(duì)3根樁同時(shí)進(jìn)行了初復(fù)打?qū)Ρ仍囼?yàn)，平均承載力恢復(fù)系數(shù)為1.27，略大于鋼管樁。
（3）各樁均有很好的完整性，均屬于Ⅰ類合格樁。
（4）大管樁樁端阻力占總承載能力的52.22%，側(cè)摩阻力占總承載能力的47.78%。
?。?）大管樁內(nèi)混凝土小應(yīng)變檢測42根，其中Ⅰ類樁41根，占97.62%，Ⅱ類樁1根，占2.38%。
10正位率比較
設(shè)計(jì)文件要求鋼管樁直樁偏位≤15cm、斜樁偏位≤20cm；大管樁直樁偏位≤20cm。鋼管樁沉樁中超過標(biāo)準(zhǔn)值的樁共12根，占6.22%，最大偏位為47cm，樁正位率達(dá)93.78%；大管樁沉樁中超標(biāo)準(zhǔn)樁共6根，占2.34%，最大偏位為24cm，樁正位率達(dá)97.66%。大管樁沉樁正位率略大于鋼管樁。
11經(jīng)濟(jì)比較
?。?）鋼管樁每米造價(jià)高于大管樁。每米大管樁造價(jià)僅約為鋼管樁的70%，后期沉樁費(fèi)用相差不大，大管樁經(jīng)濟(jì)效益顯著。
?。?）鋼管樁入土深度高。鋼管樁端阻力在總體承載能力中所占比例小于大管樁端阻所占比例，為滿足設(shè)計(jì)承載能力，鋼管樁需打入更深土層，其有效樁長大于大管樁。
?。?）鋼管樁樁芯混凝土量大于大管樁。本工程鋼管樁現(xiàn)澆鋼筋砼樁芯底標(biāo)高為-9.5米，大管樁現(xiàn)澆鋼筋砼樁芯底標(biāo)高為+0.26米（前軌）、+0.16米（后軌）、+0.46米（中間）。鋼管樁樁芯混凝土長度遠(yuǎn)大于大管樁。
?。?）后期維護(hù)費(fèi)用鋼管樁遠(yuǎn)大于大管樁。鋼管樁需做防腐處理，大多采用犧牲陽極保護(hù)法，因施工、丟失或其他原因，每隔幾年均須重新檢查補(bǔ)換，對(duì)陽極塊進(jìn)行檢查、補(bǔ)換時(shí)，因安全需要碼頭一般都會(huì)停止使用，因此產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用及因停止運(yùn)營的損失費(fèi)用較高，而大管樁基本不用做防腐處理。
12對(duì)不良地質(zhì)的適應(yīng)性
鋼管樁對(duì)不良地質(zhì)的適應(yīng)性優(yōu)于大管樁。
由于本地區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)中存在軟弱夾層粉質(zhì)、砂質(zhì)粘土層，基槽換填砂并振沖密實(shí)（N≥15），加上地層原有的礫砂層，沉樁過程中，第1～3段鋼管樁沉樁較順利，基本達(dá)到設(shè)計(jì)的樁底標(biāo)高，且貫入度均滿足設(shè)計(jì)要求。但是第4～7段大管樁沉樁施工卻遇到了困難。
施打大管樁時(shí)，出現(xiàn)了一根沉樁過程斷樁、一根樁頂嚴(yán)重破碎、多根達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)高的情況。由于大管樁穿透硬砂層的能力較弱，實(shí)際施工中有46%的樁底標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高3米以上，其中相對(duì)較大的有5根。經(jīng)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算確認(rèn)，對(duì)其中兩根樁采取了樁內(nèi)鉆孔灌注樁補(bǔ)強(qiáng)措施。斷樁樁位改用Ф1200鋼管樁替代。樁頂破碎的樁經(jīng)第二次樁頂修補(bǔ)好后再次沉樁又發(fā)生樁頂破碎，而該樁僅入土深度不能滿足設(shè)計(jì)要求，后經(jīng)業(yè)主和設(shè)計(jì)協(xié)商，該樁在設(shè)計(jì)樁頂位置截除，在其旁邊補(bǔ)打1根Ф1200鋼管樁加強(qiáng)。
13小結(jié)
鋼管樁、大管樁為高樁結(jié)構(gòu)港口水工建筑物中運(yùn)用最廣泛的兩種基礎(chǔ)，其二者各具特點(diǎn)，可根據(jù)工程特點(diǎn)和建設(shè)需要選用。
?。?）樁基受力形式：鋼管樁一般須設(shè)一對(duì)叉樁以承受水平荷載，大管樁可依靠自身抗彎能力承受水平荷載而設(shè)全直樁。
（2）沉樁施工參數(shù)：鋼管樁有效施工日效率明顯高于大管樁。鋼管樁錘擊數(shù)略少于大管樁。鋼管樁穿透能力遠(yuǎn)大于大管樁，相近地質(zhì)情況鋼管樁打得比大管樁深。不過近年來研發(fā)的鋼樁靴或鋼管樁-大管樁組合樁增強(qiáng)了大管樁的土層穿透能力。鋼管樁收錘貫入度小于大管樁。
?。?）承載能力及恢復(fù)系數(shù)：鋼管樁、大管樁都能達(dá)到設(shè)計(jì)承載能力，鋼管樁承載能力恢復(fù)系數(shù)小于大管樁，鋼管樁側(cè)摩阻力占管樁承載能力比例較大，大管樁不明顯。
?。?）適用情況：鋼管樁適應(yīng)能力強(qiáng)于大管樁。鋼管樁對(duì)樁錘、樁墊、施工環(huán)境等要求低于大管樁，對(duì)地質(zhì)條件變化的敏感度也低于大管樁，必要的時(shí)候鋼管樁可成為大管樁的補(bǔ)救措施。大管樁在施工過程不可預(yù)料因素較多，其確定性不如鋼管樁，對(duì)地質(zhì)條件差、工期要求高的項(xiàng)目宜優(yōu)先選用鋼管樁。
?。?）后期維護(hù)：鋼管樁必須做防腐處理，且防腐效果受施工工藝、所處環(huán)境、使用情況影響較大；大管樁基本不用做防腐處理，耐久性好。
?。?）經(jīng)濟(jì)效益：鋼管樁大管樁施工及維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于鋼管樁，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
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