冯光华，刘志威

(中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510310)

0 引言

为保证港口作业安全，实现港口的可持续发展，对旧有码头进行升级改造是目前水运工程行业面临的重要课题[1]。国内外同行在老港升级改造方面进行了大量的工程实践[2-5]。胡家顺等[6]结合海港码头结构升级改造的实际案例，将重力式和高桩码头的结构划分为码头前沿线不变和码头前沿线前移两类。李华强等[7]为解决妈湾电厂专用卸煤码头升级改造中的稳定和安全靠泊问题，提出了模袋混凝土护底结构、基床局部高压灌浆及大型漂浮式护舷等技术解决方案。在招商港务(深圳)有限公司10号泊位改造工程中，大直径管桩的桩尖设置桩靴以打入标贯击数在80击的强风化岩层[8]。而带既有护岸的老港改造项目PHC桩沉桩作业能否沉桩至设计标高、既有护岸穿透过程中是否会出现桩偏位的情况以及沉桩振动是否会导致护岸滑移，是老港改造桩基工程面临的技术问题。

1 工程概况

项目位于非洲东海岸的坦桑尼亚达累斯萨拉姆港，共建设8个泊位及2个堆场，其中RORO泊位和4～7号泊位采用高桩梁板式结构，RORO泊位总长320m,采用直径0.8m PHC桩作为桩基础[9]。1～3号泊位总长573m，是在保留原重力式码头结构基础上，海侧外扩高桩承台式结构。4～7号泊位码头总长696m,须将原码头面层结构、附属设施和桩基础拆掉，在原址上及海侧外拓新建高桩梁板式结构码头，桩基础采用PHC桩和灌注桩，项目平面布置如图1所示。

图1 项目施工平面布置

2 既有护岸结构区域PHC桩沉桩分析

2.1 4号和5号泊位码头桩基概况

4号和5号泊位码头面尺寸分别为151m×41m和183m×40m，海侧外扩部分采用PHC桩。上述2个泊位从海侧到岸侧，桩基分为7排，海侧前3排D，E，F桩基均为PHC桩，后4排G，H，J，K桩基为灌注桩。PHC桩桩径为1m，壁厚130mm。4号泊位E排为俯桩(斜率4∶1，扭角25°)，F排为仰桩(斜率4∶1，扭角0°)。4，5号泊位标准段桩基平面布置分别如图2，3所示，桩基设计参数如表1所示。

图2 4号泊位桩基平面布置

图3 5号泊位桩基平面布置

表1 项目4号泊位和5号泊位PHC桩设计参数

4号和5号泊位码头改造前旧码头泥面标高为-10.060m，D，E排PHC桩位于既有护岸结构坡脚区域。其中4号泊位F排俯桩斜向穿插经过护岸块石层，以4号泊位D排直桩最大桩尖标高为-34.000m。既有护岸结构块石如图4所示。

图4 既有护岸结构块石

2个泊位的剖面如图5，6所示，4号泊位斜桩桩尖标高-33.000m,直桩桩尖标高-34.000m，持力层均为N=83～188击的珊瑚礁砾砂岩。5号泊位直桩桩尖标高为-32.000m和-33.000m，持力层均为N=103～188击的珊瑚礁砾砂岩。

图5 项目4号泊位剖面

图6 项目5号泊位剖面

2.2 沉桩施工对既有护岸结构的影响

PHC桩沉桩采用永安YC系列液压锤，锤芯重30t，沉桩施工时锤芯跳高为30cm，施工前复核桩身垂直度，根据实际需要通过微调压仓水或桩架倾斜度进行定位精度微调。停锤标准采用设计桩尖标高和贯入度双控。满足以下3个条件之一，可以收锤。

1)最后3阵，每阵10 击，平均贯入度≤5mm/击，且达到设计桩尖标高，可以终锤；如果达到设计标高贯入度仍>5mm/击，应继续沉桩至贯入度<5mm/击。

2)未达到设计桩尖标高，平均贯入度≤3mm/击(最后3阵，每阵10 击)，且桩尖距设计值≤1.0m，可以终锤。

3)其他异常情况应停锤，需检查桩身质量，综合评估沉桩过程记录、地质情况及时反馈设计。

2.2.1既有护岸结构坡脚疏浚对护岸的影响

在5号泊位取块状较大的岩样进行打磨后测试抗压强度，3个芯样无侧限抗压强度值在15.5～18.9MPa。4号泊位采用抓斗船疏浚至设计标高后进行沉桩作业，清除了既有护岸的坡脚块石。5号泊位不进行疏浚工作，直接进行沉桩作业。4号泊位和5号泊位进行沉桩作业前，均在码头纵向长度的中间位置布设测斜管，采用潜孔钻钻穿现有码头面在下方布设测斜管。测斜管埋深28.5m，深度方向测量间距为0.5m以监测沉桩过程中旧护岸块石层及下方地质位移值。位移监测采用RST数字测斜仪，监测频率为每3天监测1次。4号泊位和5号泊位沉桩过程中护岸累计滑移量与深度的关系曲线如图7,8所示。

图7 项目4号泊位深层位移监测结果

图8 项目5号泊位深层位移监测结果

由上图可知，4号泊位最大水平位移为17.4cm，5号泊位最大水平位移为8.2cm，5号泊位最大水平位移仅为4号泊位值的47.1%。4号泊位未进行护岸坡脚块石的疏浚，其旧护岸的滑动位移较大，其19d内沉桩施工累计位移值相差超过2倍。先沉桩后疏浚利于降低PHC桩沉桩过程对既有护岸结构的扰动。但上述2个泊位沉桩施工完毕后，PHC桩没有明显倾斜的现象，低潮位露出水面的护岸块石层也无明显变化，既有护岸在沉桩后保持稳定。

2.2.2沉桩过程不同桩尖形式对护岸的影响

选取纯钢管桩靴、内嵌十字桩尖和外突十字桩尖这3种不同的桩尖形式桩基各1根在4号泊位、5号泊位各施打3根试验桩，均为直桩、连续排架号，内嵌十字桩尖桩靴结构如图9所示，3根试验桩均沉桩至设计标高，得到不同土层的贯入度值如图10,11所示。

图9 内嵌十字桩尖的桩靴结构

图10 项目4号泊位不同桩靴试验桩贯入度变化

图11 项目5号泊位不同桩靴试验桩贯入度变化

4号泊位因为清除了护岸坡脚块石，桩尖首层土为N=7～12击的松散黏土层含贝壳珊瑚碎片。而5号泊位桩尖首层土为旧护岸块石，其初始贯入度较小。在同一个泊位相同情况下，纯钢管桩靴、内嵌十字桩尖、外突十字桩尖桩基的沉桩贯入度依次增加，3种桩尖形式的桩基穿透能力依次增强。

2个泊位的各3根不同桩尖形式桩基沉桩后码头深层位移如图12,13所示。4号泊位外凸十字桩尖、内嵌十字桩尖、纯钢管桩靴3种桩靴形式桩基沉桩后码头深层位移最大值分别为：3.17，3.45，3.96mm。5号泊位外凸十字桩尖、内嵌十字桩尖、纯钢管十字桩尖桩基沉桩后码头深层位移最大值分别为：1.29，1.56，1.77mm。2个泊位的外凸型十字桩尖的钢桩靴桩基沉桩后码头的最大深层位移值最小，纯钢管的桩靴形式其深层位移值最大。

图12 4号泊位试验桩沉桩后护岸深层位移

图13 5号泊位试验桩沉桩后护岸深层位移

2.2.3既有护岸码头桩偏位及桩尖标高分析

针对不同桩尖形式桩基，分别选取50根桩桩基位偏差值进行统计，如图14～16所示；选取50根桩基进行实际桩尖高程与设计标高距离对比，如图17～19所示。

图14 带纯护筒桩靴桩基偏位统计

图15 带内嵌型十字桩尖桩基偏位统计

外凸型十字桩尖桩基均能达到收锤标准，比设计标高平均高0.13m，实际桩位比设计桩位偏差平均为21cm，大于24cm的有7根。

纯钢护筒桩靴桩基实际标高比设计标高平均高0.64m，有8根不能达到收锤标准。实际桩位比设计桩位偏差平均为16cm。

内嵌型十字桩尖桩基实际标高比设计标高平均高0.31m，有2根不能达到收锤标准。实际桩位比设计桩位偏差平均值为4.3cm。

图16 带外凸型十字桩尖桩基偏位统计

图17 外突型十字桩尖桩桩基尖标高与设计值差距

图18 纯钢护筒桩靴型桩桩基尖标高与设计值差距

图19 内嵌型十字桩尖桩桩基尖标高与设计值差距

3种桩靴形式的桩基均能穿透既有护岸块石，但桩尖不容易达到设计标高，桩尖进入强风化珊瑚礁砾砂岩层岩里面0.5m以内。综合桩基的穿透能力及沉桩后的桩位偏差，带既有护岸结构的老港改造项目优先采用内嵌型十字桩尖。

采用外凸型的十字桩尖桩偏位较大，最大桩位偏差值达到28.7cm，因此上部结构的横梁施工需要局部加宽。

3 结语

1)旧码头下方的护岸坡脚块石应在沉桩后进行疏浚作业，可减少沉桩作业扰动引起的既有护岸结构的滑动位移，有利于维持原有护岸结构的稳定。

2)带既有护岸结构的区域沉桩施工PHC桩能穿透既有护岸块石，桩尖不容易达到设计标高，桩尖进入强风化珊瑚礁砾砂岩层岩里面0.5m以内。

3)综合桩基的穿透能力及沉桩后的位移偏差，带既有护岸结构的区域沉桩优先采用内嵌型十字桩尖的桩靴形式。