王彪　蘭千鈺

【摘 要】 以深圳華安液化石油氣碼頭高樁墩臺(tái)為例，從施工便利、結(jié)構(gòu)受力、節(jié)省造價(jià)等方面分析碼頭墩臺(tái)的厚度、樁基布置、樁型等的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際工期要求確定適合本工程的結(jié)構(gòu)型式：對(duì)系纜墩優(yōu)化選擇直徑為1.3 m的斜鋼管樁，采用錨桿嵌巖的方式；對(duì)工作平臺(tái)選擇直徑為1.3 m的斜鋼管樁，采用芯柱嵌巖的方式。

【關(guān)鍵詞】 墩臺(tái)；樁基布置；樁型

0 引 言

碼頭工程具有施工難度大、投資多、工期長(zhǎng)等特點(diǎn)。在碼頭的投資中，樁基占據(jù)了大部分，如何通過樁基選型和樁基布置最大程度地優(yōu)化碼頭結(jié)構(gòu)，對(duì)節(jié)省工程造價(jià)、縮短施工工期、降低施工難度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在樁基選型和優(yōu)化的已有文獻(xiàn)中，大多都是針對(duì)高樁梁板式結(jié)構(gòu)碼頭的研究，對(duì)于近年來興起的液化天然氣（LNG）碼頭的高樁墩臺(tái)樁基選型和優(yōu)化研究相對(duì)較少。

深圳華安液化石油氣碼頭改擴(kuò)建工程位于大鵬灣海域，工程擬采用國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)施工采購(gòu)總承包模式（EPC），改擴(kuò)建一座9萬m3 LNG碼頭及相關(guān)的附屬配套設(shè)施如集液池和鋼質(zhì)人行橋等。碼頭水工平臺(tái)采用常見的墩式結(jié)構(gòu)，水工結(jié)構(gòu)包括工作平臺(tái)、系纜墩、引橋墩等，碼頭建成后可接卸1萬～9萬m3 LNG船。工程結(jié)構(gòu)布置見圖1。本文通過分析影響碼頭結(jié)構(gòu)布置及樁基型式的客觀因素和自然條件，以工作平臺(tái)和系纜墩為研究重點(diǎn)，對(duì)碼頭高樁墩臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，結(jié)合實(shí)際工期要求進(jìn)行樁基選型，優(yōu)化樁位布置及數(shù)量，從而節(jié)省造價(jià)。

1 工程自然條件

深圳華安液化石油氣碼頭改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)水位及波浪要素見表1和表2。

2 墩臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

現(xiàn)對(duì)墩臺(tái)作如下優(yōu)化：

（1）在結(jié)構(gòu)滿足要求的前提下，通過減小墩臺(tái)厚度以削弱波浪對(duì)墩臺(tái)的作用力。

（2）設(shè)下層系纜平臺(tái)，減少高樁墩臺(tái)變形。

（3）通過對(duì)比分析樁位、樁徑和斜度，對(duì)樁基布置和樁型進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 厚度優(yōu)化

本工程所在的海域波浪大，波浪對(duì)樁基和墩臺(tái)作用位置主要在水面上下，而此處正好為墩臺(tái)厚度區(qū)域，減小厚度可減小波浪對(duì)墩臺(tái)的作用力（見表3）。由表3可知，當(dāng)結(jié)構(gòu)厚度減小時(shí)，總的波浪力有所下降，但是群樁波浪力和墩臺(tái)浮托力都有所上升，故將墩臺(tái)厚度定為2.0 m，將底標(biāo)高由1.85 m提高到2.35 m。

2.2 樁基選型

工程所受到的水平波浪力很大，鑒于PHC型樁抗彎能力較弱，本工程可選的樁型為灌注樁和鋼管樁。因斜樁可承受較大水平力，在打樁船可打樁的前提下考慮布置斜樁，否則布置直樁，受到限制的區(qū)域布置灌注樁（見圖2）。

采用有限元軟件對(duì)高樁墩臺(tái)進(jìn)行建模分析，部分基樁拔樁力不足，采用嵌巖樁增強(qiáng)其抗拔力，嵌巖樁可設(shè)置錨桿嵌巖和芯柱嵌巖。合理的布樁應(yīng)使拔樁力降低，基樁布位數(shù)量減少，且在必須嵌巖的情況下，優(yōu)先使用錨桿嵌巖樁，當(dāng)巖面較高覆蓋層不厚時(shí)采用芯柱嵌巖樁。

通過對(duì)比系纜墩不同樁型計(jì)算結(jié)果（見表4），設(shè)置4根直徑1.8 m直樁的工況與設(shè)置5根直徑1.8 m直樁的工況，前者壓樁力略有減小，拔樁力增大，而位移幾乎相等。大直徑斜樁施工難度較大，不推薦斜樁方案。當(dāng)樁徑減小到1.3 m，在設(shè)置斜樁時(shí)，其壓樁力和拔樁力均可減小，這對(duì)優(yōu)化樁基布置、節(jié)省工程造價(jià)尤為重要。

本工程工作平臺(tái)覆蓋層較薄，泥面以下9 m即為中風(fēng)化花崗巖，無強(qiáng)風(fēng)化巖。由于灌注樁施工周期較長(zhǎng)，本工程方案選擇鋼管樁。由于工藝管線和水工結(jié)構(gòu)位移的限制，本工程選擇1.3 m斜樁與鋼管樁嵌巖進(jìn)行對(duì)比分析（見表5），選擇24根1.3 m樁方案壓樁力有所減少，拔樁力增大，因此，可采用芯柱嵌巖的方式提高其抗拔作用。直徑1.3 m鋼管與直徑1.8 m鋼管樁相比較，前者在很大程度上節(jié)省了造價(jià)成本，有利于施工。

3 結(jié) 語

本文以深圳華安液化石油氣碼頭高樁墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手，從樁基施工和結(jié)構(gòu)受力角度進(jìn)行對(duì)比分析，立足于施工便利和節(jié)省工程造價(jià)，探討墩臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和樁基選型，得出如下結(jié)論：

（1）墩臺(tái)厚度可由2.5 m減小到2 m。

（2）對(duì)系纜墩優(yōu)化最終選擇直徑為1.3 m斜鋼管樁，采用錨桿嵌巖的方式；對(duì)工作平臺(tái)優(yōu)化最終選擇直徑為1.3 m斜鋼管樁，采用芯柱式嵌巖鋼管樁。

最終確定的優(yōu)化方案節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了工期，對(duì)其他類似工程具有借鑒意義。