组合钢管板桩码头结构设计及耐腐蚀分析

组合钢管板桩码头结构设计及耐腐蚀分
析
摘要：组合钢管板桩码头作为一种新型的码头结构形式，兼具传统钢板桩和钢管桩的优点。

组合式钢管板桩结构受力性能比传统的钢板桩结构相比，性能上更加优越、结构受力方面更加合理、对荷载和地质
条件的适用性更强，具有较广阔的应用前景。

本文以广州港某板桩码头为例，对组合钢板桩的受力特点进行
分析，阐述了影响组合钢板桩耐腐蚀性的因素。

关键词：组合钢板桩；结构设计；钢管桩
前言
钢板桩作为一种新型建材，具有安全可靠、节能环保、沉桩施工便利等特点。

近年来，被广泛应用于
港口码头建设中。

随着码头建设向大型化、深水化发展，钢板桩的抗弯强度较低，自身刚度较差的特点逐渐
显现出来。

而钢管桩具有较强的强度，但是无法限制桩间的水土流失。

结合钢板桩和钢管桩的优缺点，近年
来出现了采用钢板桩和钢管桩组合形式作为板桩码头的结构形式。

这种结构形式具备钢管桩和钢板桩的优点，又弥补了二者的不足。

组合钢板桩是由钢管桩和不同的断面形式的板桩组合而成，主桩长度长而重量重，辅
桩长度短而重量轻，主桩和辅桩交替设置。

这种组合形式利用钢管桩刚度强的特点提高整体截面的刚度，使
得组合墙的变形量减小，而且管桩和板桩通过一种特殊的锁扣相连，有很好的密闭性和传力性，能阻止水土
流失和力的传递。

本文以广州港一个组合钢板桩码头3#泊位为例，从组合钢管板桩的结构特点出发，对受
力特点、施工难易等发方面进行分析，并阐述了组合钢板桩的防腐蚀措施。

一、工程概况
工程位于广州港某港区，码头水工建筑物包括1-2#泊位、挖入式港池3-10#泊位以及8#泊位端部与上
游汽车滚装码头之间的衔接段主体结构。

码头前沿作业地带顶高程3.5m。

码头分两期建设。

其中3#泊位，
泊位长度179m。

结构设计船型为5000DWT件杂货船。

结构设计底高程为-9.7m。

9个650KN系船柱，25个
DN-A500HX2000L橡胶护舷。

工程所在地高程系统采用当地理论最低潮位。

极端高水位为2.38m，设计高水位
为 1.21m。

设计低水位为-1.5m，极端低水位为-2.12m。

根据勘察单位的地勘报告中勘察钻孔分析结果可知：自上至下依次为淤泥、淤泥-淤泥质软土、粉土、粉质粘土、中风化泥岩。

二、水工结构设计方案
码头前墙采用组合钢板桩—钢管桩/AZ系统。

系统主桩采用Φ1422钢管桩（δ=20mm），桩尖高程进
入中风化泥岩层；系统辅桩均采用双拼AZ20-700（δ=10mm）钢板桩，桩尖高程为-15m，进入粉质粘土层不
小于6m。

现浇胸墙高4.6m，顶高程为3.5m，宽3.0m。

胸墙上设置护轮坎、管沟、系船柱块体。

胸墙分缝处
设置二层非织造土工布（400g/m2）。

板桩前墙在设计低水位以下设间距2m的排水孔，排水孔后设混合倒滤体。

拉杆采用强度级别为GLG550的钢拉杆，直径Φ85mm，间距2500mm。

三、组合钢管板桩的特点及受力分析
1、钢管板桩的特点
组合钢板桩分为HZ/AZ组合钢板桩、钢管板桩、箱型组合桩3种形式。

组合钢板桩由主桩和辅桩组成，主桩是主要受力构件，可以作为基础构件，承受主体的竖向荷载，主桩的抗弯能力强。

辅桩一般较短，承受
的弯矩一般较小，对抗弯性能的要求比较低。

主桩、辅桩一般用锁口相连，通过锁口将辅桩上的荷载传递给
主桩。

钢管板桩的抗弯性能良好，竖向承载能力较强，可以承受水平和竖向荷载，锁口的数量少。

钢管板桩
在施工过程中需要大型钢管桩打桩设备，一般在水上施工。

适用荷载较大的情况，如轨道下岸壁结构等。

目前，钢板桩码头的计算理论如有有两种方法:竖向弹性地基梁法和弹性线性法。

在进行结构内力分析时，多采用有限元计算方法进行二维、三维的模拟分析。

本文采用弹性线法进行码头踢脚、锚定稳定性。

2.码头踢脚稳定验算方法
前墙的入土深度应满足下式要求：
式中:——结构重要性系数，取1.0；
——永久作用分项系数，持久组合，永久作用下土压力（1.35）、剩余水压力（1.05）；短暂组合，永久作用下土压力（1.35）、剩余水压力（1.05）
——永久作用标准值产生的作用效应（KN*m）
——可变作用分项系数，持久组合可变作用下土压力（1.35），短暂组合可变作用下
土压力（1.25）
——主导可变作用效应（KN*m）
——作用组合系数，取0.7；
——非主导可变作用标准值产生的“踢脚”力矩（KN*m）
M R——板桩墙前被动土压力的标准值对拉杆锚定点的稳定力矩（KN*m）
——抗力分项系数，取1.25。

3.受力分析计算结果
（1）踢脚稳定计算结果
表1承载能力极限状态持久组合
转动力矩设计值（kN.m/m）
稳定力矩设计值（kN.m/m）
极
端低水位
-21684.125891.06
设
计低水位
-21314.03
设
计高水位
-15499.01
表2承载能力极限状态地震组合
转动力矩设计(kN.m/m)
稳定力矩设计值(kN.m/m)
设
计低水位
-22846.6
25891.1
设
计高水位
-17078.1
通过表1-2可知，在承载能力极限状态持久组合和地震组合下，均满足要求。

（2）锚碇稳定计算结果
表3 锚碇稳定计算结果
项目
计
算水位
锚碇前被动
土压力的等效集中
力(kN)
锚碇后主
动土压力的等
效集中力(kN)
拉杆
拉力(kN)
持久组合
设
计高水位
-4284.4
304
1804
.1
设
计低水位
-4165.9298
1804
.1
地震组合
设
计高水位
-4181.7290.6
1750
.9
设
计低水位
-4064.3284.5
1750
.9
通过表3可知，在不同组合情况下，锚定稳定的计算结果均满足要求。

（3）结构设计结果
表4 φ85钢拉杆计算结果
计算工况
承载能力极
限状态
内力设计值
(kN)
拉杆承载能力设计值
(kN)
持
久组合
24362561.1
地
震组合
1536.72561.1表5 组合钢板桩计算结果
计算工况
承载能力极限状态
内力设计值
(kN.m/m)
板桩强度
设计值(kN.m/m)
2460.32950
持
久组合
1641.82950
地
震组合
由表4可知，φ85钢拉杆在承载能力极限状态下持久组合内力值小于拉杆承载能力值，承载能力极限
状态下地震组合内力值小于栏杆承载能力设计值，拉杆的强度满足要求。

由表5可知，在持久组合和地震组
合两种情况下，承载能力极限状态的内力设计值均小于板桩强度的设计值。

四、组合钢板桩防腐蚀设计措施
组合钢板桩要做好防腐蚀措施，主要的防腐蚀措施主要有以下几种：
1.涂层的涂刷范围包括组合钢板桩迎水面和临岸侧所有外表面。

桩顶处涂层的涂刷应伸入胸墙底高程
以50～100mm，水位变动区就至设计低水位以下1.5m，水下区应至泥面下1.5m；沉桩困难，预计桩端可能
达不到设计高程时，涂刷范围应适当加大。

2.涂层设计
钢板桩涂层在迎水面和背水面涂刷厚度不等的环氧重型防腐涂料。

组合钢板桩表面处理等级要求，应
喷射除锈达GB8923.2-2008-T中Sa2.5级。

3.牺牲阳极阴极保护
为满足20年设计保护年限要求，采用重型防腐涂层与牺牲阳极阴极保护法联合保护。

牺牲阳极阴极保护系统应包括牺牲阳极、监控系统和通电连接部件。

组合钢板桩按结构设计底标高设计阳极块。

牺牲阳极为
铝锌铟锡镁合金阳极，化学成分满足《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》（GB/T 4948-2002）的要求。

阳极块型号
为A□Ⅰ-5,阳极材料为2型,单个阳极块净重114kg，毛重120kg。

五、结论
通过分析组合钢板桩受力分析，结果表明，钢管桩-钢板桩具有较好的整体性，较好的抗弯抗变形能力。

钢管板桩结构的锚定具有较强的稳定性。

各性能指标验算均符合规范要求，结构在最不利的受力条件下安全
可靠。

因此，钢管板桩结构较钢板桩更复杂地质条件的适用性更强。

钢管板桩在设计过程中要做好防腐蚀措施。

在复杂地质条件下、能够保证打桩精度和垂直度的前提下，类似的项目在设计中可优先考虑组合钢管板
桩结构。

参考文献
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[2]李志刚，王福强，王婷婷．Plaxis数值模拟在分离卸荷式钢管板桩码头计算中的应用[J].港工技术,2017(6):43-48.。