港口工程樁基設(shè)計及施工特點
港口工程樁基的設(shè)計
1.1樁型及樁長的設(shè)計
在樁基投入使用前都會進行靜載荷試驗，目的是為了確保樁基在實際使用中安全耐用。在港口工程進行樁基
樁型及樁長是樁基設(shè)計中最重要的兩個因素，只有樁基的樁型和樁長設(shè)計得科學(xué)、合理，才能保證整個港口工程的施工質(zhì)量。從力學(xué)角度分析，樁基分為橫向受力樁、豎向受力樁和斜向受力樁，不同的樁型具有不同的截面積，其受力及應(yīng)力分布也不同，因此設(shè)計者應(yīng)該根據(jù)建筑物的實際載荷對樁型進行設(shè)計選擇。樁長的設(shè)計與其斷面、地基的持力層厚度以及沉降方式有關(guān)，同時也要依據(jù)施工環(huán)境，對地層的情況進行分析。在通常情況下，設(shè)計人員會根據(jù)現(xiàn)有的施工方案，對施工現(xiàn)場進行勘察，設(shè)計出多個方案進行比較選擇，根據(jù)工程實際，選擇合適的樁型與樁長，以確保工程造價的經(jīng)濟合理性。
1.2樁基的靜載荷試驗
在樁基投入使用前都會進行靜載荷試驗，目的是為了確保樁基在實際使用中安全耐用。在港口工程進行樁基靜載荷試驗是目前比較可信的一項樁基檢測試驗，根據(jù)試驗所得數(shù)據(jù)對樁基的可靠性進行分析，并進一步確定樁基的施工方案。一般的靜載荷試驗是分別在樁基的頂部對樁基逐級加載軸向壓力、軸向上拔力和水平力，并測出樁基上各個檢測點隨著時間不斷變化而產(chǎn)生的下沉位移、上拔位移以及水平位移，繪制出相應(yīng)的壓力載荷與各向位移的關(guān)系曲線圖，判斷出單個樁基各向應(yīng)力、位移的極值，觀測加載后樁基的性能和變形情況，在實際工程中根據(jù)一定的安全余量，確定出樁基所能承受的載荷范圍。
1.3樁基設(shè)計的注意事項
在樁基設(shè)計中，首先要做好樁基性能參數(shù)的設(shè)計，比如樁基變形系數(shù)、樁頂剛度計算、確定樁身撓曲長度等，這些都是樁基的基本參數(shù)。其次，樁基的設(shè)計與施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件是緊密相連的，不論設(shè)計的是鉆孔灌注樁還是預(yù)制樁，在設(shè)計時都要充分考察港口碼頭的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤構(gòu)成以及水文狀況。根據(jù)港口的地質(zhì)勘查報告，綜合考慮樁基的安全、質(zhì)量、施工進度等，對樁基進行施工。再者，如果相鄰樁基之間的地質(zhì)情況差異較大，則樁基的設(shè)計需要分開設(shè)計，設(shè)計者需要根據(jù)港口地質(zhì)的實際情況對樁基進行差異化設(shè)計。
2港口工程樁基的施工
港口工程樁基的施工是整個港口施工的基礎(chǔ)和保障，也是港口施工的重點和難點。按照樁基的類型分為鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼管樁、鋼筋方樁和phc樁等。港口工程中主要應(yīng)用的有鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土柱。也有少量應(yīng)用phc樁。
樁基是港口承受載荷的主體結(jié)構(gòu)，通過樁體將上部的載荷傳送到地基中。只有對樁結(jié)構(gòu)進行合理的選擇和布置才能最大限度地發(fā)揮樁的承受能力，同時使碼頭的沉降不均勻度最小，有利于穩(wěn)固岸坡，使碼頭的技術(shù)經(jīng)濟性達(dá)到最優(yōu)。為了彌補打樁對岸坡穩(wěn)固性的影響，實際施工時常采用“打頭”、“束腰”、“壓腳”等方法，也要考慮樁負(fù)摩擦力、樁群和樁的拔出對岸坡的影響。
樁柱除了要承受上部的載荷外，還要承受來自船舶、海水等橫向撞擊帶來的影響，長時間浸泡在海水中要受到海水的侵蝕。以下對各種樁基結(jié)構(gòu)進行介紹。
2.1鉆孔灌注樁
灌注樁是指使用鉆孔、鋼管擠壓或者挖掘等手段在地面形成樁孔，再在樁孔內(nèi)放置鋼筋籠，灌注混凝土形成灌注樁。鉆孔灌注樁是使用地面鉆孔的方法形成灌注樁。
按照護壁方法的不同又分為泥漿護壁和全套管護壁。鉆孔灌注樁的優(yōu)點是在各種地基條件下均能使用，相對于錘擊鋼管法噪聲較小。缺點也很明顯，成孔費工費時，鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，對于樁柱質(zhì)量難以檢測，因此存在質(zhì)量隱患。
2.2預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁
預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁的制作過程是先由鋼筋制成鋼筋籠，在鋼筋籠內(nèi)安裝各種預(yù)埋件和金屬構(gòu)件，再將鋼筋籠放入鋼模中，在鋼模中注入混凝土，鋼模繞中心軸旋轉(zhuǎn)，使混凝土在離心力作用下壓實、成型。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁分為先張法和后張法，先張法具有較高的抗裂彎矩和極限彎矩，樁體承載能力高。適宜埋藏在深、強風(fēng)化巖層地質(zhì)條件下使用。后張法適用于大口徑管樁，具有壽命長的特點。
2.3phc樁
phc樁是我國的引進產(chǎn)品，它是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁的一種，具有更高的混凝土強度。
首先對它經(jīng)過預(yù)應(yīng)力離心成型，再通過1.0 mpa和180 ℃蒸汽養(yǎng)護，形成空心圓筒形的管樁構(gòu)建。具有較長的工程強度，單樁承載力強、應(yīng)用范圍廣、沉樁質(zhì)量可靠、工程造價便宜和施工應(yīng)力小等優(yōu)點。phc樁正在碼頭、公路等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。預(yù)計到2016年，phc樁的需求量將達(dá)到5.98億m3。
2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁
預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁是用離心成型的方法對澆筑進入鋼模中的混凝土進行壓實、成型。
根據(jù)材料力學(xué)性能，同樣的質(zhì)量的物料，空心的方樁相較于實心方樁具有更高的抗彎模量。因此預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁具有承載能力強、生產(chǎn)周期短的特點。其形狀是外方內(nèi)圓。
在同樣地使用條件下，方樁的橫截面積要大于圓柱，因此在土層中方樁的接觸面要大于圓柱，方樁具有更高的摩擦。方樁耐沖擊，樁頭不易損壞，且焊接周長較長，焊接不易破損。目前正得到大力推廣和應(yīng)用。
3港口工程樁基的防腐蝕措施
分析了樁基的腐蝕原因可知，若樁基的腐蝕嚴(yán)重會導(dǎo)致無法挽回的后果和巨大的經(jīng)濟損失，因此考慮到碼頭的使用安全，我們在設(shè)計時就應(yīng)該對樁基采取一定的防腐措施，以杜絕隱患。
3.1采用高性能混凝土防腐
在樁基的制作與施工中，最好采用性能好、抗海水腐蝕強的混凝土，此類混凝土能夠提高樁基的密實程度，特別是對于海水中的氯離子能夠具有較強的抗?jié)B透性。
高性能混凝土是選用優(yōu)秀原材料，再加入大量摻合料以及高效外加劑配制而成的，不但具有自密實性、體積穩(wěn)定性、強度高、收縮徐變小等優(yōu)點外，在抵抗化學(xué)腐蝕上其性能也明顯優(yōu)于普通混凝土，這樣就大大地延長了樁基的使用壽命。
3.2涂層防腐
在樁基的外表面涂上一層厚厚的防腐層，使樁基與外界的海水環(huán)境隔離，這層涂層阻止了腐蝕介質(zhì)與腐蝕材料的接觸，這樣就大大減小了樁基腐蝕的條件，起到防腐的作用。
但是涂層的厚度有一定范圍，不能無限制的加厚。目前這種涂層防腐技術(shù)應(yīng)用比較靈活，在施工現(xiàn)場可直接對樁基進行涂刷，簡單易操作，經(jīng)濟性好，因此應(yīng)用十分廣泛。
3.3陰極保護防腐
陰極保護防腐技術(shù)是港口工程中使用最多的防腐技術(shù)之一。主要方法是將具有還原性的金屬和被保護的金屬構(gòu)成一個原電池，其中還原性強的金屬為保護極，而樁基一端為被保護極，含有雜質(zhì)的海水為電解質(zhì)溶液。當(dāng)海水浸泡時，還原性強的金屬在反應(yīng)中作為負(fù)極失去電子發(fā)生腐蝕作用，而樁基一端由于被保護因而不發(fā)生反應(yīng)，這樣就消耗了還原性強的金屬，避免了樁基鋼筋被海水腐蝕。
一般陰極保護有兩種方法：犧牲陽極法和外加電流法。前者較為常見，而且方法簡單易安裝、效果較好、無需專業(yè)人員維護，可以說是一勞永逸的方法。后者需要人工輸入電流，整個系統(tǒng)操作比較繁瑣，需要有增設(shè)專門的工作人員維護管理。
4結(jié)語
在港口建設(shè)中，樁基的使用能夠大大減少水下工程量，因此，港口樁基的設(shè)計與施工是否合理顯得尤為重要。
合理科學(xué)的樁基選擇和設(shè)計可以有效減小港口結(jié)構(gòu)物的變形與坍塌，同時也能降低工程造價。
樁基的設(shè)計和施工要符合工程實際，盡量選用成熟的、有先例的設(shè)計方案。樁基除了承受上部載荷外，還會受到多種因素的影響，要綜合考慮，以保證工程順利、穩(wěn)定完成。