孙国峰 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

本高桩码头桩基为PHC桩结构，桩基直径均为1m，共计包含8个泊位，其中泊位平台8座，泊位之间连接引桥9座，码头起始点由陆域护岸向外海侧引出，整个高桩码头呈半环抱型布置，前沿线总长度为1.8km。项目应用到PHC桩的量为1011根，具体为：直桩334根，斜桩677根。其设计桩长均在35m至51m之间，斜桩最大斜率为4：1。码头设计高水位为+1.87m，设计低水位为+0.3m，极端高水位为+3.12m，极端低水位为-0.16m。

本高桩码头设计参数情况为：1号泊位泥面高程为-13.5m，桩底高程为-32.0m，桩顶高程为+3.10m，强风化岩层处于-33.0以下，桩身悬臂的长度为16.6m，个别部分桩基存在入岩情况；2号、3号泊位泥面高程为-12.7m,桩底高程为-31.0m,桩顶高程为+3.10m，强风化岩处于-34.0m以下，桩身悬臂长度为15.8m，桩基未有入岩情况；4号、5号泊位泥面高程为-9.5m，其中4号泊位桩底高程为-32.0m，5号泊位桩底高程为-28.0m，桩顶高程均为+3.10m，强风化岩处于-25m以下，桩身悬臂长度12.6m，桩基未有入岩情况；6号至8号泊位泥面高程为-8.0m，其中6号泊位桩底高程为-32.0m，7号泊位桩底高程为-37.0m，8号泊位桩底高程为-33.0m。设计桩顶高程均为+4.10m，强风化岩处于-36.0m以下，桩身悬臂长度为12.1m，桩基未有入岩情况。

本工程地处外海环境，而且本地区属于台风多发地区，因桩基数量较多，施工工期较长，中间需要跨过台风期，码头部分桩基施工完成后，需要及时采取夹桩稳桩措施来保证桩基安全，防止风浪对桩基的破坏，减小工程损失。

2.自然条件

2.1 潮流（码头前沿港池）

（1）大潮时，工程完工后东向流最大流速为0.01～0.08m/s，工程完工后东向流最大流速时对应流向与码头前沿走向夹角为11°～83°。西向潮流工程后流速值约为0.01～0.10m/s，工程后西向流流速对应的流向与码头前沿走向夹角为0°～62°。工程完工后潮周期最大流速为0.01至0.13m/s。

（2）小潮时，工程完工后东向流最大流速为0.01～0.07m/s，工程完工后东向流最大流速时对应流向与码头前沿走向夹角为2°～80°。西向流流速最大时工程后流速为0.01～0.08m/s，工程完工后西向水流流向与码头前沿走向夹角为0°～62°。潮周期最大流速为0.02～0.09m/s。

2.2 风况

统计石碑山历年的风况资料，风速仪的高度处于5m处时，常风向为东北向，频率为28.67%，次常风向为东北东，频率为17.18%，强风向为东南东。风速仪高度处于25m处时，一年内风速大于六级风力的天数为13d。

2.3 工程特点

本工程地处开敞的外海海域，本地区属于风多、浪大地区，施工条件较为恶劣，地质情况较为复杂，施工难度较大。此外，每年7～9月为该地区台风季节，热带气旋出现时间集中在该季节，施工过程中易受台风影响；根据相关统计资料显示，1949～1992年期间，本地区受热带气旋的影响达45个之多，平均下来每年1个，最多为3个。工程量较大，施工任务繁重，整体工期需要经历台风期，工程结构安全风险较大。

3.桩基夹桩稳桩工艺

桩基截桩施工结束后随后开展夹桩作业，夹桩钢梁采用方驳吊机组现场安装完成，考虑夹桩钢梁作为后续上部结构施工搭设平台所用钢梁为同一材料，拟采用采用对扣[20槽钢进行夹桩复核计算，夹桩钢梁为横纵向布置，将桩基形成整体，布置成井字模式进行加固。并且同时结合上部结构施工所需要搭设的操作平台，考虑操作平台的结构尺寸及所在桩基支撑点的位置，确定夹桩标高设置在+2.43m，夹桩型钢的底部支撑结构采用钢抱箍，夹桩钢梁架设在钢抱箍牛腿上，并使用直径28mm精轧螺纹钢将桩基两侧夹桩钢梁进行对拉紧固。钢抱箍的尺寸设计均按照上部结构受力情况进行核算，保证钢抱箍能够加紧桩基，不出现下滑情况。

夹桩钢梁的安装，采用海上方驳吊机进行施工，由施工人员配合进行安装紧固，注意方驳吊机驻位距桩大于3m，防止方驳吊机对桩造成破坏。夹桩钢梁安装施工过程中，配备海上浮排，施工人员站立在浮排上进行施工，施工过程中将浮排与桩基使用绳索进行捆绑加固，防止浮排出现倾覆的情况。

4.夹桩稳桩钢梁核算

4.1 桩基受到的波浪力

分析本工程地质资料及设计波浪资料，根据《海港水文规范》（JTS145-2-2013）要求，设计波浪重现期采用50年一遇，设计波高累计频率采用H1%，夹桩稳桩选择最不利条件下的桩基进行计算，根据设计资料及计波要素，本海域正常状态下取静水面标高为+3.12m，波高为6.2m，周期为9.6s，波长为100m，泥面标高取-13.5m，水深为16.62m，管桩直径为1.0m，斜桩桩身悬臂长度最长为17.1m。

根据《港口与航道水文规范》（JTS 145-2015）：作用于水底面以上高度z处柱体全断面上与波向平行的正向力由速度分力和惯性分力组成，小尺度桩（柱），作用于整个柱体高度上的最大速度分力为PDmax，最大惯性分力为PImax，当z1和z2和间柱体断面相同时，根据计算可得：PDmax=60.6kN；PImax=22.2kN。

对于小尺度桩（柱），可根据下式（1）计算作用于整个柱体高度上任何相位时的正向水平总波浪力：

式（1）中，t—时间，s。依据上式（1）可知，当t=0时（即波浪的波峰恰好经过柱体的中心线），P为最大值，即P=PDmax=60.6kN。由于夹桩结构是临时结构，使用时间较短，桩基受到附着生物影响较小，根据规范要求，波浪增大系数取1.15。所以作用于整个柱体高度上的正向水平总波浪力为F波浪=69.7kN。

4.2 斜桩基所受的倾覆力

本工程中，斜桩最大斜率为4：1，斜桩最大的悬臂长度为17.1m，PHC 桩重量以最重悬臂长度的斜桩进行夹桩钢梁的荷载计算，取GPHC=151.8kN。使用夹桩钢梁将桩基夹桩稳桩后，夹桩钢梁会提供给桩基一定的抗倾覆力，夹桩钢梁所需要提供的抗倾覆力值为F抗倾=20.1kN。考虑最不利的情况，当波浪力和桩身的倾覆力作用在同一个方向时，夹桩钢梁所受到的力为最大，此时，固夹桩钢梁所受到的拉应力为：N=F波浪+F抗覆=89.8kN。

4.3 夹桩钢梁受力复核计算

夹桩稳桩的方式采用横纵向夹桩，使用钢梁将桩基相连形成井字形结构，将桩基形成整体结构，共同抵抗波浪力的作用。拟采用[20槽钢材料作为桩基两侧的夹桩钢梁，为提高夹桩钢梁的刚度，每侧单根夹桩钢梁由两根槽钢组成，槽钢做对口焊接，固单根夹桩钢梁所受到的波浪力N=44.9kN。根据设计图纸，选取桩基之间的最大间距为不利条件，本工程中最长的纵向受力夹桩槽钢长度为13.0m，最长横向受力夹桩槽钢长度为8.5m。

根据以上分析，对夹桩钢梁进行稳定性验算，见式（2）：

式（2）中，A—截面面积，取57.66cm2，φz、φy为轴心受压构件稳定系数。

经计算，纵、横向对扣槽钢受力皆＜215N/mm2，因此皆满足受力要求。

4.4 紧固螺栓受力复核计算

桩基两侧夹桩钢梁采用直径28mm 精轧螺纹钢进行对拉紧固连接，故单根精轧螺纹钢受力为P=1/2×44.9kN=22.45kN。

精轧螺纹钢所受到的剪应力为f=P/（2πr2）=24.8N/mm2＜85N/mm2，基于上述计算分析可知，精轧螺纹钢受力情况满足工程实际需求。

5.结束语

综合考虑上部结构施工，来确定夹桩标高及夹桩材料的选择，通过计算最不利情况下波浪力对桩基的作用，核算夹桩钢梁的受力情况，来确定桩基夹桩的稳定性，最大化的保证了桩基抗风浪的稳定性，值得类似工程借鉴。