水运工程和房建、桥梁工程桩基特点初探

摘　要：只有掌握桩基础的分类、承载力特点及适用范围，才能在设计和施工过程中更好地发挥各类桩基的优势，合理选择适宜的桩基础，以确保上部结构物能安全、经济并高效地使用。笔者主要概括了水运工程中港口工程桩基础设计与施工方面的部分特点，并与工民建工程、桥梁工程做对比，为不同领域工程项目的具体实施过程提供参考。
关键词：工程桩基；设计；施工要点
1 港口工程桩基础
　　水运工程中桩基础的应用极为广泛，尤其是高桩码头，桩不仅是基础，同时也是承受荷载的主体结构，其功能是通过桩基将作用在上部结构的荷载传到地基深处，这也同样有利于稳固岸坡。桩基布置不仅影响整个码头结构受力情况，在码头结构的造价中也占有相当大的比重。合理的桩基设计应该让所有的桩充分发挥其承载力，且使同一桩台下的各桩受力尽量均匀，使码头的不均匀沉降较小，令整个码头结构更经济，且应该考虑桩基施工的可能与方便的布置原则。
　　由于开挖港池和打桩过程中会削弱岸坡稳定性，港口工程桩基设计时应考虑该如何使岸坡更加稳定，工程实际中通常可采用“砍头”、“束腰”和“压脚”等方法来达到目的。同时，也应该考虑桩所产生的负摩擦力、群桩效应以及桩的抗拔性的影响。
　　高桩码头设计中，桩型主要根据工程实地的地质情况、码头排架所承受的船舶撞击力、作用在码头上部结构上的荷载大小及工程总投资等因素所确定，目前在港口工程中主要采用钻孔灌注桩、预制钢筋混凝土桩及钢管桩等。
　　1.1 钻孔灌注桩
　　钻孔灌注桩的施工设备相对简单，不需要预制厂、打桩船及其他辅助船舶以及一定面积和深度的施工水域，对岸坡稳定性无太大影响。钻孔灌注桩施工过程中应先钻孔并采用泥浆护壁，后下放钢筋笼，并进行二次清土后实施水下混凝土浇筑。钢筋笼的长度可不用抵达桩尖，一般情况下，可伸入地面以下1/3入土深度即可，泥面以上的桩端可采用钢套筒。
　　1.2 预制钢筋混凝土桩
　　1.2.1 预应力钢筋混凝土桩
　　预应力混凝土管桩通常是由工厂预制生产得到，其生产工艺包括先张法和后张法。先张法预应力管桩的桩身质量稳定可靠，承载力高，适应性强，耐久性好，最适宜在基岩埋藏深、强风化岩层和风化残积土层厚的地质条件下使用。后张法预应力混凝土管桩为大直径管桩，又称为大管桩，它与钢管桩相比耐久性好，使用寿命长。
　　我国研究生产的后张法预应力大直径钢筋混凝土管桩，是采用拼装的方式，将标准长度为4 m的预制管节连接起来。预制管节被运送至工地后，按照施工图设计所需，用可调性接桩小车进行接桩。为增加接缝的强度，管节的端面需要磨平，并且应将边缘做成1cm的倒角，之后采用环氧树脂黏结剂将两预制管节连接起来。为使得混凝土与环氧树脂更好地连接，在预制管节端面往往需要涂以机偶联剂。
　　在沉桩过程中，通常利用外力将预应力混凝土桩沉入地基中，而锤击沉桩是最常用的方法。锤击法的设备主要包括打桩锤、打桩架及附属设备。对于高桩码头的预应力混凝土管桩通常是由打桩船在水上实施作业；而如果岸边水浅，由于打桩船无法靠近岸边但离岸距离较小，则可吊龙口施打。其桩锤常用的形式包括：蒸汽锤、柴油锤和液压锤。桩锤应尽可能通过试桩选择，而且须满足克服沉桩阻力和保证沉桩速度和质量两个要求，这样既可以保证桩身完整，又可以使得沉桩效率高。
　　1.2.2 PHC 桩
　　当前，我国从国外引进的新桩型一种混凝土强度等级可高达C80，强度更高的预应力高强混凝土管桩，也称为PHC桩。这种高强度预应力混凝土桩是同时经由两次常压和高压蒸汽养护过程，在短时间内即可达到养护28 d 龄期的工程强度，其强度高、耐久性好、工程造价适中；当前在国内自主生产的PHC桩其桩径可达1.2m，整根无接缝桩长超过50m，可作为嵌岩桩使用。
　　1.2.3 预应力混凝土空心方桩
　　预应力混凝土空心方桩是一种新型的预制混凝土桩，同样具有承载力高、生产周期短、节约材料等优点。该桩的截面常为正方形，内部空心的横截面形状是圆形，按混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小可分为预应力混凝土空心方桩(KFZ)、预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ)、薄壁预应力混凝土空心方桩(TKFZ)，其中 TKFZ主要用于以纯摩擦桩为主的地质，而HKFZ 主要用于高层建筑上或有高耐腐蚀要求的地质情况。
　　同样规格的方桩和管桩，由于方桩的截面积较大，且外形呈方形或多边形，因此在土层中方桩的桩体比圆形桩的摩擦系数要大得多。若在同等地质条件下，方桩的承载力更大些。因方形桩头耐冲击力好，故桩头破损率较小，且桩头焊接周长较长，焊接牢固不易脱节。预应力混凝土空心方桩比管桩优点更明显，且造价相对较低，近些年来，在上海、江浙一带得到大力推广应用。
　　1.3 钢管桩
　　钢管桩较钢筋混凝土桩的成本高且用钢量大，但其强度高，抗弯及抗水平荷载能力较强，能有效减小船舶撞击力，施工方便，能有效节省工期。在外海大型港口码头中，由于水深、波浪、洋流、潮汐、冰凌及大型船只带来的船舶撞击力作用明显，采用钢管桩作为码头基桩往往是合理的选择。
　　钢管桩一般采用A3钢、16MnCu钢或其他合金钢卷焊成型，桩直径可根据工程需要进行选择，其最大桩长现已大于60m，同样可作为嵌岩桩使用。类似于预应力钢筋混凝土桩，钢管桩一般在预制场制作成单节管桩，运到工地后再进行拼装焊接。为确保两单节桩接头处的稳定性，采用分段拼接时，可以在接头内侧加焊一衬套。
　　在施工过程中，钢管桩起吊多采用一点绑扎，打桩前要在钢管桩的桩头上放置特制的桩帽，桩帽上放置减震垫。打桩时，由于打桩机会因贯入量大而空打，开始锤击时应慢慢地间断试打，直到打入地层一定深度后，方可连续击打。为了使桩沉放到设计的位置，必须使用2台经纬仪分别架设在桩的正面和侧面，来校正桩的垂直度。在打入阶段发现桩位不正或倾斜，应调整或拔出钢管桩重新插入打。
　　在钢管桩使用上两大主要问题包括钢管桩的防锈和桩尖型式。
　　1.3.1 钢管桩防锈措施
　　港口工程的桩基常年浸泡在水中，受腐蚀非常严重。为保证港口码头建筑物的安全使用，应采取人工措施，防止钢管桩被腐蚀破坏。当前，应用较为广泛的钢管桩的防腐保护措施主要包括两大类：防腐涂层保护措施和阴极保护措施。