第４７卷第６期 港工技术 Ｖｏ１．４７ Ｎｏ．６ ２０１０年１２月总第１９７期 Ｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｅ．２０ｌＯ Ｔ０ｔａｌ １９７ 钢管板桩结构的特点及在深水码头中的应用 王福强．李庭辉 （中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州５１０２３０） 摘要：传统板桩已不能满足码头结构大型化、深水化的要求，钢管板桩组合结构是新型的结构型式，具有力学性能好、施工 方便、工期短、经济效益好等特点。目前，针对该新型组合结构尚无较成熟的计算理论和施工方法。通过对某工程设计和施 工实践的总结，介绍应用该结构的意义和价值，探讨该结构的设计方法，为类似的工程提供借鉴。 关键词：钢管板桩组合型式；经济效益；深水泊位 中图分类号：Ｕ６５６．１１２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００４—９５９２（２０１０）０６—００２４—０３ Ｆｅａｔｕｒｅ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｕｌａｒ—ｓｈｅｅｔ Ｐｉｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｂｅｒｔｈ Ｗａｎｇ Ｆｕｑｉａｎｇ，Ｌｉ Ｔｉｎｇｈｕｉ （ＣＣＣＣ ＦＨＤＩ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０２３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｕｎａｂｌｅ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｏｒ ｄｅｅｐ－ｗａｔｅｒ ｂｅｒｔｈ．Ａｓ ａ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ—ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｇｏｏｄ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｈｏｒｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｓｈｏｒｔ ｏｆ ｍａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｓｏｍｅ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ａｎｄ ｖａｌｕｅ ａｒｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈａｔ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ—ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ；ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｂｅｒｔｈ １板桩码头特点及发展趋势 组合体系已开始在世界各地的深水码头建设中进行 码头泊位的大型化和深水化是当今世界港口 尝试，如土耳其的ＹＡＲＩＭＣＡ １５万ｔ级集装箱码头、 发展的趋势，而现有深水码头的主要结构型式是重 德国汉堡港７ 集装箱泊位１５万ｔ级集装箱码头、比 力式结构和高桩结构，深水码头采用板桩结构的较 利时Ｚｅｅｂｒｕｇｇｅ Ｗｉｅｌｉｎｇｅｎ＆Ａｌｂｅｒｔ ＩＩ Ｄｏｃｋ等。在巴 少，主要原因是板桩码头前墙弯矩随着水深增加而 基斯坦卡西姆港国际集装箱泊位二期扩建工程中， 急剧变大，传统板桩结构难以承受如此大的荷载＿ｌ１。 板桩前墙采用新型的钢管板桩组合体系结构，将传 近年来，随着我国经济快速发展，各类快捷、高效、 统的钢管桩和高强钢板桩相结合，该结构不仅可适 环保的建筑工法得到认可和推广，高强度钢材的开 应复杂地质情况，确保了工期，还大大减少了前墙钢 发使钢板桩质量更轻．在成功解决了锁口紧密和止 材和混凝土的用量，码头墙结构造价降低上亿元，最 水问题后，钢板桩沉桩便利的优势得以突显。板桩 终促成了项目的成功实施圜。 码头前墙结构逐渐演化出一些新的型式．如遮帘板 笔者从钢管板桩组合体系的结构特点出发．结 桩结构、预应力混凝土板桩结构等。已能满足深水 合该结构在巴基斯坦卡西姆港国际集装箱泊位二期 泊位的要求，在我国港口建设中的实践中．已有成 扩建工程中的成功应用，对该组合结构进行详细介 功实施的先例。 绍，供大家参考。 在日本，钢板桩的应用已有百年历史．钢管板桩 ２钢管板桩组合体系特点 收稿日期：２０１０—０４—２７ 修回日期：２ｏ１０—１１—１０ ２．１结构组成 作者简介：王福强（１９７９一），男，工程师，主要从事港口及海岸工程规 钢管板桩组合体系由钢管桩、钢板桩和锁口３ ２，１与设计工作 第６期 王福强，等：钢管板桩结构的特点及在深水码头中的应用 ・２５・ 部分组成。结构简单有效，受力明确。钢管桩抗弯能 桩及锁扣以满足沉桩偏差的要求 。钢管板桩标准 力强，是组合体系中主要的受力构件，承受码头后方 组合体系示意。见图１。 的土压力、水压力，其作为基础结构，还可以承受较 大的竖向荷载：钢板桩通过锁扣与钢管桩相连，承受 管桩之间土拱范围内的土体压力，并通过锁扣将土 压力传递到钢管桩，钢板桩可较短，进人墙前冲刷土 层以下即可。钢板桩的刚度较钢管桩小．两者通过锁 扣连接协调变形，钢板桩分担的弯矩非常有限．钢板 图１钢管板桩标准组合体系 桩需要较低的抗弯性能即能满足要求【３］。锁扣连接 如遇到异常沉桩偏差情况（偏位超３００ ｍｍ，斜 处可以在一定角度内旋转，整个体系在正常的打桩 率超５０：１）时，可根据实际偏差通过机械调整板桩形 偏差下．锁口不仅还能紧密连接且不影响板桩和管 状，实现顺利沉桩。钢管板桩组合体系适应偏差的情 桩的沉桩。可根据工程的需要，选择不同类型的板 况示意，见图２。 ａ】标准结构 ｂ１适应拐弯性能 ＋△ 一△ 广■－ ｃ）适应加宽性能 ｄ）适应缩窄性能 图２钢管板桩组合体系适应偏差的情况示意 ２．２主要结构特点 本工程码头总长７２７ ｍ，码头面高程５．２ ｍ，前沿底 钢管板桩组合体系结构由于其独特的截面和受 标高一１６．０ ｍ，前墙高度２１．２ ｍ。码头结构设计寿命 力机制。在工程应用中有如下特点： 为６０ ａ，地震级别为ＵＢＣ９７中的２Ｂ区，最大地震 １）断面整体协调性能好，钢管桩强度高，对各种 峰值加速度为０．２２ ｇ，抗震设防等级高［３一。 水平和垂直载荷的适应能力强，能很好地满足水平 本项目均要求使用英国标准或者等效的欧洲、美 抗弯和竖向承载力要求： 国和日本规范。码头结构设计中采用钢管板桩组合体 ２）通过加大钢管桩直径可在增加用钢量非常有 系、重力式沉箱结构、灌注桩地连墙结构方案进行对 限的情况下，获得较大的泊位前沿水深： 比．推荐的钢管板桩组合体码头结构方案，与咨询工 ３）钢管桩主体结构容易满足不同地质条件下人 程师原推荐的灌注桩地连墙结构方案相比。该方案在 土深度的要求，钢板桩连接结构对多种地质条件的 结构适应性、工期和费用上都有较明显的优势。 适应性较强： ３．１工程特点 ４）打桩工艺成熟，水、陆上施工均可，受天气等 本工程所在区域表面覆盖较薄的淤泥层，淤 因素影响小。能有效控制和缩短工期； 泥层下为坚硬到非常硬的粘土和软粘土混砂层， ５）防水效果好，施工安全、准确。 在一２１．０—２３．０ ｍ范围内有一坚硬夹层和间歇性和 ３钢管板桩组合体系应用实例 可变带状的砾岩。码头大部分区域一２３ ｍ标高以下 巴基斯坦卡西姆港国际集装箱二期泊位工程 地层的ＳＰＴ Ｎ＞１５０ 设计方为中交第四航务工程勘察设计院有限公司， 在设计工作中．咨询工程师对设计审核要求苛 设计咨询单位为英国Ｒｏｙａｌ Ｈａｓｋｏｎｉｎｇ工程公司。 刻，结构的地震动态分析需采用ＦＬＡＣ岩土软件，静 ・２６・ 港工技一术 第４７卷 态分析需用英国ＷＡＬＬＡＰ软件。构件的内力计算采 用国际通用的有限元软件ＡＮＳＹＳｔ￣。 ２７．０ ｍ。钢管桩两侧焊有Ｃ９锁口，钢板桩通过锁口 与钢管桩连接。钢板桩采用进口Ｓ ３５５ ＧＰ ＡＺ２６钢 板桩，顶标高与钢管桩一致，钢板桩底标高根据地质 情况及冲刷分析结果分别采用一１８．０～１９．０ ｍ。 钢管板桩组合体系典型码头结构断面，见图３。 码头面标高５．２ ｎｌ。前沿底标高一１６．０ ｍ（设计考 虑预留一１６．５ ｍ）。钢管桩外径２ ０１６ ｍｍ，壁厚２４ ｍｍ， 材质Ｑ３４５Ｂ，桩顶设计高程３．１ ｉｎ，桩底设计高程 图３ 钢管板桩组合体系典型码头结构断面 霉 ｌ ｜冀警黪； 一 ’ － ● 一－ 噩＃＃蘑嚣ｔ －垮 露 ＃ 尊静 一 熊宣堡篓 昝 一曩 ｌ ｌ ‘薯。 翳鬻 雾 ． 塑 ，≯。 Ｈ ｛ 。≈ 。 霉 ｌ ： 怒鬻＃善鬻 一 塑垫 ● 一 － 塑 垡 一 尺寸／ａｍ ｒ嚣 《 兰 ．Ｈ． 图４锚定系统平面布置 锚定系统采用预制混凝土板桩结构，板桩厚 更多的运用。 参考文献： ［１］蔡正银，徐光明，曾友金，李景林，焦志斌．遮帘式板桩码头 ８００ ｍｍ，单桩宽１ １００ ｉｎｎ。拉杆直径１１５ ｉｎｎ，强 度等级￥５５０。每根钢管桩通过２根拉杆与锚定板 桩连接，拉杆长度约５０ ｍ。锚定系统平面布置，见 图４。 土压力离心模型试验研究［Ｊ］．港工技术，２００５（Ｚ１）：５１－５５． ４ 结论 钢管板桩体系的板桩码头的一种新型补充结 构，能很好地适应各种复杂地质条件，施工便捷，水 ［２］胡立万，郝军，陈鹭缨．用Ｐ＿Ｙ曲线法计算板桩结构［Ｊ］． 港工技术，２００１（１）：２４—２６． ［３］Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ．ＢＳ ８００２：１９９４ Ｃｏｄｅ ｏｆ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｓ］．Ｉ ｏｎ— ｄｏｎ：Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，１９９４． 平抗弯能力强，承载力高，有很高的可靠性。特别是 在抗地震、止水等方面具有突出优点。在船舶更趋于 大型化、港口建设中不断涌现深水泊位的今天，钢管 板桩体系不仅在港口工程中有广泛的应用空间，在 水利、高速公路和民用建筑领域，由于钢管板桩体系 具有很好的施工环保、防水性和密封性，相信会得到 ［４］Ｇａｂａ Ａ Ｒ，Ｓｉｍｐｓｏｎ Ｂ，Ｐｏｗｒｉｅ Ｗ，ｅｔ ａ１．Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｒｅ— ｔａｉｎｉｎｇ Ｗａｌｌｓ：Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．［Ｓ．１．］： ＣＩＲＩＡ，２００３． ［５］刘永绣，吴荔丹．遮帘式板桩码头计算理论和方法［Ｊ］．港 工技术，２００５（Ｚ１）：３３—３６．