CAD三维制图在高桩码头施工中的应用

CAD三维制图在高桩码头施工中的应用

——端承桩桩长验算

一、 前言

福州港罗源湾港区可门作业区10号、11号泊位码头及栈桥工程位于罗源湾南岸，与华电可门火电厂相邻，地处连江县坑园镇颜岐村蛇山附近。是福建省重点建设工程项目之一，项目的建成对促进海峡两岸经济交流具有十分重要的意义。

本工程包括两个泊位和两个栈桥，10号泊位为15万吨级散货卸船码头，11号泊位为5万吨级散货装船码头，年设计通过能力分别为1200万吨和600万吨。10号泊位码头长334m，宽31.5m； 11号泊位码头长266m，宽16m。码头采用钢管桩基础，上部结构采用正交梁板型式。1号栈桥长590.2m，宽14m；2号栈桥长459.9m，宽10m。 栈桥采用钢管桩和灌注桩基础，上部采用现浇横梁，安装预应力箱梁及现浇面层结构。

本工程造价3.67亿，合同工期15个月，建设单位为福建华电储运有限公司，设计单位为中交第四航务勘察设计院，监理单位为上海华申监理有限公司。

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本工程钢管桩最长92m，是目前国内高桩码头施工中最长桩。直径分别为1.0m和1.3m。由于本地区地质条件复杂，地质层自上而下分别为淤泥、粘土、粘型土混碎石 、角砾和花岗岩，淤泥层较厚，岩层变化剧烈，桩长变化较大，最短的设计桩长51m，最长的92m。在实际施工中，出现了桩长富裕长度较大、截桩现象较多的情况，造成了钢材的极大的浪费，也影响了工程质量和施工效率。

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基于这种情况，我们试用CAD三维制图的方法验算桩长，对制桩长度进行调整。经过一段时间的实际应用，该方法既能保证钢管桩的施工质量，又大大提高生产效率。

二、 桩长验算

该方法是根据本工程的地质勘察报告提供的钻孔数据，在CAD中画出持力层分布曲面，再按照设计桩长、桩顶标高、斜率和扭角等技术参数画出钢管桩，然后量出设计桩顶到岩面的距离，结合已沉桩的情况，依据实际经验，加上富裕量，得到较合理的桩长。

1、根据工程地质勘察报告提供的钻孔资料，画出持力层的分布曲面。

1.1 首先根据相应钻孔持力层的坐标，画出两条三维多段线，然后使用pedit样条曲线命令，对这两条三维多段线进行拟合，将拟合后的样条曲线作为曲面的两个边界，分别定义为a和b；然后使用直线命令，连接两条样条曲线两端，作为持力层曲面的另外两个边界，分别定义为c和d。这样就画出了曲面的四个边界线。

1.2 使用surftab1和surftab2命令，分别定义曲面内横、纵两个方向网格的数量，假设定义为f和k，然后使用edgesurf命令，分别选中四条边界线，画出以a、b、c、d为边界，纵、横两个方向网格数量分别为f和k的曲面。

1.3 由于桩基中存有斜桩，且两排钻孔之间的距离小于码头宽度，部分桩尖在所画持力层网格以外，需要对曲面向两侧进行适当延伸。延伸时，假设两排钻孔以外的持力层与相邻这排钻孔持力层分布情况相同。这样，所画持力层曲面则由三个曲面组成，在画钻孔两侧的持力层曲面时，需要将临近的多段线a和b分别向两侧沿指定路径平移，该路径端点为C点，其坐标按下式计算。

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X2?X1 X?X1?Y2?Y1Y?Y1?S1S2?S1（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）— 已知点A、B的坐标； （X，Y，Z2）— 平移点C的坐标（向B点所在多段线的外侧时，外延伸路径的端点坐标）；

S1、S2 — 线段AB和BC的长度。

2、依据设计桩顶坐标、桩长、斜率和扭角等技术参数，画出钢管桩桩尖的位置。

2.1使用cylinder命令画出钢管桩。首先输入桩顶圆心坐标（a，b，c），然后输入钢管桩的直径、长度，画出垂直于XOY平面的钢管桩，在输入钢管桩的长度时均按负值，表示圆柱的拉伸方向为Z轴负方向。

2.2使钢管桩按照斜率和扭角进行旋转。首先使用3dmode命令按照其斜率将钢管桩绕Y轴进行三维旋转。然后将钢管桩按照扭角旋转。将视角转换为俯视图，钢管桩将平行于X轴且垂直于Y轴方向，重复使用3dmode命令，按照设计扭角旋转钢管桩。在俯视图中，扭角所在的极坐标系中0度角，一般与X轴、Y轴有一定的夹角，故按照设计扭角旋转钢管桩时，需要进行角度转换。具体的转换公式如下：

γ=β-α

α—X轴正方向与极轴的夹角； β—钢管桩设计扭角；

γ—钢管桩旋转角度，＋表示逆时针方向旋转，－表示顺时

针方向旋转。

3、得出钢管桩长度

3.1 使用shademode命令，将钢管桩和岩面转换为线框形式。 3.2 以持力层所在的曲面为边界剖切钢管桩。选择slice命令，

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在持力层曲面上选择距桩较近的三个点进行剖切。剖切后，移走持力层下部被切断的钢管桩，然后使用距离命令，测量桩顶到岩面的距离L1。

3.3 依据已沉桩的情况，在L1的基础上增加一定的富余量，得到较合理的钢管桩长度。

三、 应用实例

以福州港罗源湾港区可门作业区10#、11#泊位码头及栈桥工程D-40钢管桩为例，进行桩长验算。结合终锤标准和本工程的实际情况，具体验算过程如下：

1、画持力层

根据工程地质勘察报告钻孔资料，画出该桩持力层的岩面，该桩周围的6个钻孔分别为SS7、FK8、SS19、FK20、SS8、SS20，相应的持力层坐标如下：

SS7（2919241.42，476184.06，-72.33） FK8（2919224.29，476160.22，-71.16） SS19（2919221.78，476197.48，-70.59） FK20（2919206.30，476174.93，-70.48） SS8（2919210.64，476138.66，-73.58） SS20（2919191.01，476152.52，-69.60）

2、依据桩顶坐标、桩长、斜率和扭角，画出钢管桩。 11B-D-40桩的技术参数：

桩顶圆心坐标：（2919228.677，476169.025，5.2）； 斜率：15：1 扭角108度 原设计桩长：88m。

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3、三维剖切，量出桩顶至岩面桩长为76.25m，加上富余长度3m，得出桩长为79.25m。其中富余长度是根据已沉桩数据分析得出的。

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4、已沉桩数据分析

10# 泊 位 部 分 桩 长 统 计 表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 统计 桩编号 10B-E-32 10B-H-31b 10B-H-31a 10B-E-33 10B-G-34 10B-E-31 10B-G-32 10B-H-30a 10B-G-33 10B-H-32b 10B-H-32a 10B-H-33a 10B-H-29a 10B-F-32 10B-E-35 10B-C-33a 10B-H-29b 10B-C-35b 10B-C-33b 10B-C-35a 10B-G-31 10B-D-33 10B-G-35 10B-F-33 10B-F-35 10B-F-34 10B-H-35b 10B-H-30b 10B-D-34 10B-H-28b 10B-C-34b 10B-C-34a 10B-D-35 10B-H-34a 原设计桩设计修改新旧设需要桩岩层桩计算偏 新设计长（m） 桩长（m） 计差（m） 长（m） 长（m） 差（m） 偏差（m） 81 77 77 81 81 81 81 77 81 77 77 77 77 88 81 86 77 81 86 81 81 88 81 88 81.4 88 81 77 88 88 86 86 88 77 2784 78 74 74 78 78 78 78 74 78 74 74 74 74 83 78 83 74 83 83 83 78 83 78 83 83 83 78 74 83 83 83 83 83 74 2682 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 5 3 3 3 3 3 3 3 5 3 5 3.4 5 3 3 5 5 3 3 5 3 117 72.55 69.54 -3.01 71.94 68.96 -2.98 71.88 68.96 -2.92 71.64 68.91 -2.73 72.68 70.2 -2.48 72.63 70.44 -2.19 71.32 69.65 -1.67 72.01 70.56 -1.45 70.28 68.87 -1.41 68.71 67.55 -1.16 68.45 67.32 -1.13 68.45 67.52 -0.93 73.97 73.05 -0.92 79.19 78.7 -0.49 68.65 68.2 -0.45 76.29 76.14 -0.15 74.45 74.35 -0.1 78.18 78.724 0.544 75.41 76.14 0.73 77.89 78.724 0.834 69.4 70.29 0.89 79.58 80.55 0.97 65.83 67 1.17 78.82 80.2 1.38 78.48 79.95 1.47 81.64 83.14 1.5 69.11 70.7 1.59 69.43 71.19 1.76 81.43 83.23 1.8 76.19 78 1.81 76.21 78.08 1.87 75.35 77.64 2.29 80.86 83.22 2.36 66.27 68.87 2.6 -0.02 5.45 6.06 6.12 11.36 10.32 10.37 6.68 10.99 7.72 5.29 5.55 14.55 9.03 3.81 9.35 6.71 3.55 -4.18 -1.41 5.11 8.6 3.42 12.17 -4.82 -4.48 -3.64 13.89 8.57 -7.43 -2.19 1.79 -1.35 -6.86 7.73 4.64 8

四、 应用效果

1、保证了工程质量

沉桩后标高大于设计标高的钢管桩，需要截掉上部防腐的部分，造成防腐的长度达不到设计长度。通过此方法调整桩长，保证防腐长度，从而保证了桩基质量。

2、提高了施工效率：

按照原设计桩长进行施工，大部分钢管桩富余长度较多，尤其在沉设仰桩和俯桩时，如不进行割桩，相邻的沉桩无法进行，海上进行割桩占用较长时间。应用此方法调整桩长后，桩的富余长度较小，打桩过程中需要截桩的数量大大减少，从而提高了生产效率。

3、降低了工程造价

10#泊位共有直径1.3m的钢管桩284根，原设计总长度为25063m，运用此方法，并经过设计同意，我们对10#泊位钢管桩的长度进行了调整，调整后钢管桩的总长为23842m，节约钢材489t，经济效益可观；其次，海上割桩需要方驳吊机配合人工进行作业，节约了由此而产生的机械费和人工费等。

五、 结束语

CAD三维制图桩长验算的方法是根据地质勘察报告的钻孔资料分析岩面分布，结合已沉桩经验数据，计算出桩长。该方法对端承式钢管桩高桩码头施工，具有一定的指导意义和实际应用价值。

实践证明，运用该方法对桩长进行验算并调整，既满足设计要求，又保证工程质量，提高生产效率，节约成本。

路桥工程项目经理部

2007年12月6日

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l81o.html