浅析高桩码头结构及桩基础的发展
摘要：分析了高桩码头及桩基础的发展状况及现状存在的问题，结合大量工程中的实际经验，得出了发展趋向。
关键词：高桩码头，桩基础，发展趋向
前言：
改革开放以来，我国航运事业有了很大发展，为航运发展服务的港口建设也取得了巨大成就。解放初期，我国沿海仅有 6 个较大港口，拥有生产性泊位 161 个，无万吨级以上深水泊位；到 2006 年为止，内地沿海港口共有亿吨级港口 12 个，万吨级以上生产性码头泊位 1250 个，吞吐能力 56 亿 t，集装箱吞吐量 9300 万 TEU，初步形成了大中小港口布局基本合理、配套设施比较完善、功能比较齐全的港口体系，一批可接卸 10 万吨级以上大船的原油、矿石、煤炭码头以及可适应第五代、第六代集装箱船的专业化码头陆续建成投产。
尽管我国港口建设已经达到这样的规模，但是港口吞吐能力仍然满足不了货运量增长的需要。在航运业竞争日趋激烈的时代，提高竞争力的最有效方法是降低成及运价吸引货主。船舶大型化、专业化，货物散装化和集装箱化是适应海运量持续增长和航运市场激烈竞争的必然结果，成为新一轮航运革命的标志。而深水港口和高效专用泊位的建设是航运业竞争的必然要求。近年来，随着国际航运事业的快速发展和我国加入 WTO 后，国内港口建设规模不断扩大，逐步向大型化、专业化方向发展，重点建设在上海、宁波、大连、天津、青岛、深圳等主要港口，无论新建或改扩建的集装箱码头的水深多达到 15m 以上，以迎接超巴拿马型集装箱船时代的到来。
一、高桩码头
1、高桩码头的发展概况
高桩码头经历了承台式、桁架式、无梁板式和梁板式四个阶段，
承台式结构是一种较古老的高桩结构型式，码头桩台为现浇混凝土或钢筋馄凝土结构，这种结构具有良好的整体性和耐久性，但现浇混凝土工作量大，要求的施工水位低。桩多而密，桩基施工较为麻烦，造价较高，并只在岸坡地质条件好、水位差较大、地面荷载较集中的情况下才考虑这种结构型式。
桁架式高桩码头整体性好；刚度大。但由于上部结构高度过大，当水位较大时需要多层系缆，目前主要适用于水位差较大的需多层系缆的内河港口。
无梁板式高桩码头上部结构简单，施工迅速，造价也低。但由于面板为双向受力构件位置要求高，给靠船构件的设计增加了困难，仅适用于水位差不大，集中荷载较小的中小型码头。
梁板式结构主要由面板、纵梁、横梁、桩帽和靠船构件组成。比较节省材料; 装配程度高，结构高度比桁架式小，施工速度快; 横梁位置低，靠船构件的悬臂长度比无梁板式短. 正因为梁板式结构的这种优越性，使其得到了迅速发展。但由于上部结构一般采用预制安装，构件种类和数量多，施工比较复杂，上部结构底部轮廓形状复杂，死角多，水气不易排出，构件中钢筋易锈蚀。
2、高桩码头的特点及发展方向
高桩码头作为我国广泛的主要码头结构型式，其工作特点是通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。
优点: 适宜作成透空式结构，波浪反射轻，泊稳条件好，砂石料用量少; 对于挖泥超深适应性强。缺点: 结构承载能力有限，对地面超载适应性差; 结构构件往往是按既定装卸工艺方案布置的，对装卸工艺变化适应性差，耐久性不如重力式和板桩式码头；构件易损坏，损坏后难以修理; 施工一般需要台班费较高的打桩设备，造价一般较高。
高桩码头主要适用于软土地基。在沿海、河口和河流的下游地区有分布很广的软土地基，这种地基表层由近代沉积土组成，硬土位置较低，对这种地基，高桩码头几乎是目前唯一可行的结构型式，并可用以建设深水大码头。
3、高桩码头的研究现状及发展方向
在港口码头建设中，高桩码头结构是采用的最多的一种结构型式。在大量的工程实践中不断进行改革探索，己有的成果及得出的经验可归纳为以下五个方面:
（1）、自重减小，节省材料
1)采用空心构件，如空心桩、空心板及空心横梁.
2)采用预应力钢筋混凝土构件以减小构件的断面尺寸。
3)采用拱形构件，即用受压为主、传力路径短的拱型梁，双曲板及微弯板等。
（2）、简化上部，加快施工
1)简化上部结构的构造：在满足使用要求的前提下，改变桩台的结构型式，由刚架或局部析架 (或刚架) 加横梁代替格架，或由带有悬臂式靠船构件的梁代替格架，以简化构造，便于施工。CAD 软件素材教程下载 www.sx1c.com 四五设计网 www.45te.com 设计学徒自学网 www.sx1c.com
2)提高预制装配比重: 对桩台的面板、纵梁和横梁等都采用预制，现场仅浇注桩帽、接缝或接头及磨耗层等。
3)减少预制构件数量: 减少品种，统一规格，加大预制构件或分块的尺寸，采用大跨度、长桩或粗桩及大跨度空心板.
（3）、简化桩基
1)减少桩的种类: 对于同一桩台的基桩，尽量采用等截面、等长度的桩，一般不超过两种截面和两种长度。
2)简化布置:
a)在码头长度较大时，通常在横向排架中，除了用一对叉桩外，其余皆采用直桩。
b)纵向的桩距一般采用等距，在横向的桩距可用等距，必要时也可用不等距。
c)在同一桩台下的桩，宜打到同一较硬土层，使桩尖标高接近。
（4）、改进沉桩工艺，减小下沉应力，以节约钢筋
（5）、提高单桩的轴向承载力
1)采用长桩，增加桩入土部分有效长度，以加大桩侧表面的摩阻力，或伸到下卧硬土层，以加大桩尖土抗力。
2)采用大断面桩、加大桩侧表面积和桩尖底面积，借以同时加大桩侧摩阻力和桩尖土抗力，从而减少桩数，降低桩基造价。
发展方向: 粗桩、长桩、大跨度，采用预制和预应力钢筋混凝土; 提高混凝土质量，增强耐久性。
二、桩基础
1、桩基础应用与研究的发展趋势
桩基技术在历史发展过程中, 以下几点情况应特别指出:
（1)桩基技术的发展受工业化的影响巨大, 如水泥工业的问世, 现代钢铁工业的高速发展以及化学工业的崛起, 都使桩基技术及其应用形成了一个独特的时期。
（2)由于桩型及施工工艺不断推陈出新、千变万化，桩的应用及成桩工艺比过去更为多样化和复杂化。特别是在桩基设计和施工领域中提出了许多崭新的甚至是离经叛道的概念。
（3)随着桩基技术的改良和发展, 桩已不只是单独地被应用, 在许多情况下, 它与其他的基础形式或工艺联合应用, 以适应上层建筑的超重荷载深基坑开挖的需要。此外桩的发展趋向表明, 桩身的超高强度、大桩径、超长、无公害成桩工艺以及完美的施工控制技术等已成为未来桩基改良和发展的重要内容。
（4)桩基设计及施工规范化已受到工程界的高度重视, 有关各种桩系的规范正在陆续制订和推出, 规范的巨大作用和重要的工程意义已在现代的桩基实践中获得了充分的证明。
（5)桩基的施工监测和检测应工程的需要已形成一项相当丰富有效的技术。动测方法经过十多年的科研与实践, 认识逐步深化, 低应变反射波法检验桩身完整性, 高应变波动理论法检测承载力已成主流。
2、桩基础应用存在的问题
桩基技术在进入现代化阶段以后获得了迅速的发展; 但就桩基工程现状来看也面临着以下两个方面：
（1)由于竞争机制的引入, 业主对桩基工程的造价、工程进度和工程质量的要求越来越高, 使得桩基技术越来越重要。不同的结构和地质条件要求用不同的桩型, 而同一工程也有可能有几种桩型可以采用, 谁的承载力大、工期短、造价低, 谁就能在竞争中占据主动地位。为了击败对手, 取得工程的承包权, 施工单位必须尽力改进技术, 推出新的桩型或工艺。
（2)桩基技术面临的问题来自工程建设迅速发展的迫人形势。建筑工程的规模和难度越来越大, 对减小环境不良效应的要求越来越高, 而且大多数地质条件恶劣。桩基设计人员可能面对这样一种情况: 现有的各种桩型似乎没有一种适合当前的情况, 所以或者放弃采用桩基, 或者推陈出新, 提出新奇的设想并战胜自己最初的抗拒心理而勇敢付之实施。在许多情况下, 实施一个正确的桩基设计要遇到不少的困难。咩票网 www.miepiao.com 共丢回收网 www.gongdiu.com 设计学徒自学网 www.sx1c.com
3、桩基的发展趋向
未来工程建设的大规模与高难度以及桩基工程本身的复杂性必将朝下述的趋势发展:
（1)桩型及其适用范围通过定型化和规范化进行科学地筛选和整理, 以改变过去规格和形式繁多, 桩工机械和工艺难以适应的弊端。
（2)超高强度材料及无公害成桩工艺将成为未来桩基础技术研究的主要内容。在许多情况下, 桩和桩基的涵义将被拓广, 工程实践中将涌现出新的支护结构和深基础, 例如桩墙、格栅状群桩护壁、圆筒式环形支护结构等将在桩基设计和施工理论中被进一步分析、论证和完善。
（3)一向为工业专宠的化学和化工技术, 开始向岩土工程领域渗透并显示其巨大影响和威力。
（4)在不久的将来, 桩基技术中一系列特殊问题, 如膨胀土中桩的设计和施工, 基岩埋藏很深的软土地基中大荷载桩承载力的提高与保证、桩承载力的时间效应、沉桩施工控制的简单可靠方法、特殊桩型 (树根桩、斜桩、桩墙、桩与其他构件联合结构等) 的工作机理和应力与位移计算, 用以描述打桩性状的波动方程的困惑、桩基施工的环境效应, 以及桩的压屈分析等将会受到岩土工程科学工作者的特别关注, 其中大部分可望获得满意的解决。
参考文献：
[1]《高桩码头设计与施工规范》(JTJ291-98)
[2]《港口工程桩基规范》(JTJ254-98)
