预制场出梁码头挡墙设计选型与施工

秦小锋 鲁学成 江大骐

(中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉 430000)

1 出梁码头的技术要求

麻涌预制厂主要承担广深沿江高速公路4标30 m箱梁的预制任务，梁重138 t，考虑采用2台120 t龙门吊抬吊至出梁码头后放到运梁船上。为了能够保证预制箱梁通过出梁码头利用运梁船运输到施工现场，出梁码头必须满足以下技术要求:1)出梁码头长至少50 m;2)出梁码头宽至少17.5 m;3)最低水位时，水深至少2 m。现有码头长24 m，宽28 m，由于不能占用航道，不能在水上施工栈桥，所以需要在现有出梁码头基础上向岸上开挖，重新设计施工挡墙，如图1所示。

图1 出梁码头平面布置图

2 出梁码头挡墙的选型

2.1 出梁码头设计的初始条件

1)地面标高+5.7 m，低潮位标高+2.4 m，低潮位水深2 m，即河床底标高+0.4 m，码头开挖深度5.3 m。

2)地质条件。根据岩土勘察报告，地质资料如表1所示。

表1 出梁码头处土体参数

由于地质资料中没有给出回填土的c，φ值，根据现场开挖情况，回填土可以垂直开挖1.2 m，所以这里在1.2 m范围内的回填土不考虑土压力作用，在1.2 m以下的回填土的c，φ值按淤泥土取。

2.2 出梁码头设计方案

出梁码头设计主要有两种思路:1)采用水泥土挡墙或者双排桩直接在原位形成支护，不需要先开挖再施工支护结构;2)利用挡土墙支护，由于挡土墙基础落在淤泥层上，基地承载力和挡土墙抗滑移不能满足要求，需要对基地进行处理。

2.2.1 方案一:双排桩

原理是在原位打桩，基坑深度大、地质差，考虑采用双排桩，桩顶用钢筋混凝土锁口梁连接，可将前后排桩与桩顶连梁看做一个底端固定的刚架结构，桩顶与连梁连接点视为直角刚结点。根据模型试验结果，双排桩刚架的固定端取为开挖面以下(1/3～1/5)H，本工程场地土质差，取1/3H。

根据《深基坑支护设计与施工手册》得:

前排桩:

后排桩:

其中，Paf，Ppf，Pab，Ppb分别为前后排桩所承受主动、被动土压力;L为桩的间距;α为土压力分配系数分别为两排桩的排距、挖深。

根据以上假设利用结构力学求解器建模计算，每延米受力如表2所示。

表2 双排桩受力计算

为满足上述受力要求，需采用φ500 C型的PHC桩或者钻孔灌注桩，成本高。

2.2.2 方案二:水泥土挡墙

原理是利用水泥搅拌法在原位形成一道墙体，墙体的自重平衡土体的倾覆力，以达到支护的目的。出梁码头不能采用内支撑，完全由自重来平衡土体的倾覆力。经计算墙厚4 m，墙高12 m，支护长度26+26+17.5=69.5 m。选择φ500水泥搅拌桩，桩与桩间距0.4 m，搭接0.1 m，桩呈正三角布置，如图2所示。

经计算，水泥土挡墙共计1 903根，单根长12 m，32元/m，总造价73万元，成本太高。

2.2.3 方案三:挡土墙+木桩

原理是在原位开挖施工重力式挡墙，利用墙体的自重抵抗土体的倾覆力，同时墙后填土采用较好的砂性土，降低土体的侧压力。由于挡土墙底为淤泥层，地基承载力和抗滑移能力都不足，基地采用木桩处理，如图3，图4所示。平均每根桩需要提供的力:水平力H=5.975 kN，竖向力N= －17/40.5 kN。经计算只需要进入中砂层7.1 m 即桩长L=2.6+8.7+7.1 － 6.3+0.5=12.6 m。本方案成本较低，但是由于木桩施打的深度一般为5 m～6 m，本方案需要12.6 m的木桩施工很困难，另外挡墙的底标高在低潮位下3 m，为水下施工，同时开挖深度达到6.3 m，所以施工的工程量大，难度大，风险高。

图2 水泥土挡墙平面布置图

图3 挡墙结构图

图4 木桩平面布置图

2.2.4 方案四:挡土墙+PHC桩

原理同方案三，墙底基础采用PHC桩处理。为避免水下施工，提高挡土墙墙底标高，使其位于最低水位上，基坑的开挖深度3.2 m，开挖的工程量和难易程度远小于方案三，如图5所示。

图5 挡土墙+PHC桩结构图

经计算每延米需要由PHC桩承担的荷载为:水平力H=51.13 kN，竖向力N=105.43 kN，弯矩M=56.76 kN·m。

在挡墙底布置两排PHC桩，排距1.2 m，间距1.2 m，呈梅花形布置。根据工程具体实践，PHC桩桩头处与挡墙底的连接抗弯能力较弱，所以桩头与挡墙连接处偏安全的认为是铰接;考虑前后两排桩受力平均分配，单根桩桩顶荷载为竖向力，水平力Qi=H0× 0.6=30.68 kN，弯矩Mi=0 kN·m。根据《基础工程》(凌治平，易经武)来计算单桩桩顶的荷载。得到在距离河床底h=2.09 m时弯矩最大Mmax=105.8 kN·m。选用φ400 C型PHC桩。

2.3 出梁码头设计方案比选

各方案比较见表3。

表3 各方案优缺点比较

通过方案比选，方案四挡土墙+PHC桩组合，有意识的提高挡墙底标高，避免挡墙施工时水下作业，施工难度低，减少施工成本，方案可行。

3 出梁码头挡墙的施工

3.1 主要施工工序

测量放线→施打PHC桩→土体开挖→浇筑垫层、桩头处理→挡墙施工→墙后土体回填。

3.2 主要施工工艺

1)测量放线，确定施工区域平面位置。2)用柴油锤桩机施沉挡土墙下预应力管桩(双排)，送桩3.1 m。3)挡土墙位处土体开挖，挡墙施工。首先施工距离河边4 m以外的区域，距离河边4 m部分待其余部分挡墙施工完成后再开挖施工。4)挡墙施工结束后，墙后土体回填。选择较好的砂性土回填，并且压实，表面硬化，防止雨水渗入。

4 结语

在淤泥层厚度深，覆盖层浅，地下水位高的地区修建小型码头、船坞等结构时，PHC桩+挡土墙组合不仅施工难度小，成本低，同时可以很好的解决以下问题:

1)提高挡土墙的底标高，使之位于水面以上，既避免了挡土墙水下施工，需要大开挖，基坑需要支护等难题，同时挡土墙高度的减少，挡墙所承受的荷载大幅下降，特别是承受的水平推力和倾覆力，方便挡土墙结构设计;2)PHC桩做挡土墙的基础，承担挡墙的重力以及部分水平推力，可避免挡墙底地基承载力和抗滑力不够等难题，提高挡土墙在此类结构中的使用性。

[1]JTG/F 50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2]凌治平，易经武.基础工程[M].北京:人民交通出版社，1997:102-128.

[3]管枫年，薛广瑞，王殿印.水工挡土墙的设计[M].北京:中国水利水电出版社，1995:58-105.