某石化碼頭干法施工圍堰穩定性分析及數值模擬

張德恩

摘要：結合某石化碼頭圍堰工程項目，對工程場地土層地質條件、圍堰處理方式的選取及斷面穩定性--進行分析，經過施工證明，采用三軸攪拌樁的處理方式可滿足工程要求。

關鍵詞：石化碼頭；干法施工；圍堰；穩定性；數值模擬

中圖分類號：TU751 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）07-0041-02

1 工程概況

某項目主要內容為圍堰工程，項目擬建碼頭為重力式碼頭，為年產150萬噸瀝青項目的配套液體化工碼頭，碼頭基礎構件形式為扶壁式，圍堰按臨時結構考慮，總長約1300m。根據設計要求，該圍堰工程主要-是保護碼頭主體建筑物和護岸建筑物的施工。碼頭工程由碼頭主體建筑物和護岸建筑物組成，碼頭主體建筑物底部開挖高程為15.5m，港池底部高程為15.2m。

2 工程場地土層地質條件

碼頭工程場地位于欽州盆地西翼、江平盆地東翼，屬于濱海沉積地貌，上覆土層為第四系全新統陸海交互沉積層所覆蓋，下部巖體為侏羅系上統砂質泥巖，泥質粉砂巖等。自盆地中心向邊緣往外依次分布有第三系、白堊系、侏羅系、志留系地層。上述地層分布于組合，構成軸向西南至東北的向斜構造盆地。場地下伏侏羅系泥巖、泥質砂巖產狀較平緩，無深大斷裂構造通過，區域地質構造相對較穩定。

根據勘察鉆探揭露的地層情況，鉆孔深度范圍內主要由第四系人工填土層（Q4m1）素填土、海相沉積層（Q4m）中砂、淤泥質土、粘土、淤泥質粘土、細中砂、粘土、圓礫及下伏侏羅紀上統東興組（J3dx）泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、砂巖等地層組成。根據可研階段勘察報告中建議的各土層物理力學指標如表1所示。

3 選取圍堰處理方式

圍堰的處理加固方式有多種，目前經常采用的地下連續墻和鉆孔灌注樁等施工方法。傳統的深層攪拌樁工法是采用傳統的雙軸攪拌鉆機，施工時水泥漿注入充填在原土間隙中，而新型三軸攪拌鉆機則在充填水泥漿時加入高壓空氣，同時鉆機對水泥土進行充分攪拌，并換出大量原狀土。

本項目采用的是三軸攪拌樁的處理方式。三軸攪拌樁止水帷幕是利用三軸攪拌樁機就地切削土體，使土體與水泥漿液充分攪拌混合形成止水性較好的水泥土柱列式擋墻；水泥土的搭接采用套接一孔施工，實現了相鄰樁體完全無縫銜接；三軸攪拌樁施工無泥漿處理問題，能適用于填土、淤泥質粘土、黏性土、砂性土、粉砂等各種土層，適用范圍非常廣。除單獨作為圍護結構的止水帷幕外，還可用于地基土體加固，基坑內被動區土體加固等。

由于采用的設備不同，新型的三軸鉆機成樁體強度及樁身均勻性明顯優于傳統的雙軸鉆機，樁體的垂直性、樁與樁的平行性和搭接型程度都十分良好，保證了優良可靠的防水性能，同時也有利于H型鋼的插入和回收，具有占地面積小，開挖深度大，施工進度快，可靠性強等許多優點。與目前經常采用的地下連續墻和鉆孔灌注樁等施工方法相比主要有以下特性：①擋水性強；②對周圍地基影響小；③多用途（能適應各種地層）；④工期短；⑤造價低。⑥廢土外運量遠比其他工法要少。

4 圍堰穩定性分析

由于圍堰是本項目碼頭主體結構干法施工的屏障，對工程的成敗起關鍵的控制作用，確保圍堰在施工的過程中的安全穩定以及防滲墻止水是決定整個工程的關鍵周堰穩定驗算應綜合分析，確保圍堰穩定。

4.1 計算工況設置

工況一：一級圍堰已建成、施工防滲墻、圍堰內外高水位+5.54m；

工況二：一級圍堰已建成、施工防滲墻、圍堰內外低水位+0.30m；

工況三：二級圍堰已建成、圍堰外水位+4.64m；

工況四：二級圍堰已建成、圍堰外水位+5.69m（極端情況）；工況四外坡穩定計算時按水位下降至低水位時考慮。

4.2 計算結果

根據可研階段各土層指標參數（見表1），采用直剪指標，應用Geo-studio系列軟件Slope模塊對不同工況進行計算分析，計算結果如表2所示，典型工況計算圖如圖2-圖5所示。

4.3 結論

根據圍堰穩定性計算結果可知，一級圍堰在施工防滲墻之前整體圍堰暫不能合攏，為安全起見，防滲墻應分段施工，先施工東圍堰北段W3-W4段，再進行其它圍堰段防滲墻施工。陸域范圍基坑開挖，開挖坡度應考慮陸域范圍的穩定問題。建議項目施工過程中，特別是在一級圍堰基本施工完畢后應進行補充勘察，并結合圍堰監測情況布設孔位，相關勘察資料報告應及時提交設計單位，以便根據最新的地質資料進行穩定性分析核算。

三軸水泥土攪拌樁施工前應確保圍堰承載力能力滿足樁機平衡行走的要求。三軸水泥攪拌樁采用套打一孔（單側擠壓方式）成樁方法，每次成樁三根。完成后移機進行下三根施工，套打的孔不再噴漿，其余兩根仍按兩攪兩噴施工工藝進行成樁。如此重復，直至完成。

為滿足圍堰穩定性要求，三軸攪拌樁防滲墻設計標準如下：①三軸水泥土攪拌樁28d齡期無側限抗壓強度不小于0.5MPa；②三軸水泥土攪拌樁樁長按實際地層控制：樁底進入強風化巖層1m；③滲透系數不大于1×10-7cm/s，滿足基坑防滲需要。

5 結語

根據本項目的特點，結合相關規范規定，通過對圍堰（包括陸域部分）在施工過程中及主體基坑開挖時的沉降、孔隙水壓力、深層土體側向位移、地下水位等項目進行監測，結果表明，穩定性完全符合設計要求。總體來說，使用這種處理方式經施工檢驗滿足圍堰穩定性要求。