北方某港工業區碼頭圍堤局部塌陷治理設計

孫震，郭瑾（.中交第一航務工程局有限公司，天津　30046；.中交天津港灣工程設計院有限公司，天津　30046）

北方某港工業區碼頭圍堤局部塌陷治理設計

孫震1，郭瑾2
（1.中交第一航務工程局有限公司，天津300461；2.中交天津港灣工程設計院有限公司，天津300461）

高樁碼頭一般由高樁承臺和接岸結構兩大部分組成，而碼頭結構安全的“生命線”是接岸處的整體穩定性。文章結合北方某港工業區圍堤局部塌陷的治理實例，通過對施工現場實際情況調查并結合理論計算依據，對圍堤局部塌陷原因進行分析，對圍堤修復提出了設計指導意見，為以后解決類似工程問題提供參考。

高樁碼頭；接岸結構；整體穩定；圍堤塌陷

0　引言

北方某港地處我國淤泥質海岸線，巖基均在百米以下，在工程地基影響范圍內為海相沉積和陸相的河口三角洲沉積層，土層界面較清晰，在高程-13.0 m以上為淤泥類飽和黏土，高程-20.0 m以下是中密粉土和密實性粉砂，局部地區在-32～-45 m處有黏土和粉質黏土夾層，該地區以高樁碼頭為基本結構形式。

北方某港工業區碼頭后方圍堤在岸坡挖泥過程中產生了局部塌陷。經設計分析原因是由于施工過程中護底塊石堆砌在圍堤肩臺上加大了結構物局部的主動土壓力，導致圍堤肩臺部位產生淺層小范圍滑動引起的。根據圍堤局部塌陷部位的復勘結果，制定了圍堤修復方案，修復后監測結果表明圍堤整體結構狀況良好，可根據監測結果，適時開展下步施工工序。

1　工程概況

該工程區域勘察資料表明：自上而下為海相沉積層的粉土、①1淤泥、①2淤泥質黏土、①3粉質黏土混貝殼及②1粉質黏土、②2粉土和②3黏土；海陸交互相沉積的③1粉質黏土和③2粉土，海相沉積層的④1黏土、④2粉質黏土和④3粉土，陸相沉積層的⑤1粉質黏土、⑤2粉土、⑤3粉質黏土。

碼頭位于圍堤北側，碼頭采用連片引橋式布置[1]，連片式窄承臺通過引橋與陸域連接，碼頭前沿線距離圍堤軸線（原有圍堤坡頂邊線）50.8 m，碼頭結構寬11.98 m（圖1），引橋長度為33 m，引橋寬度10 m。碼頭承臺及引橋均采用高樁梁板結構。該工程建筑物結構安全等級為Ⅱ級。

2　圍堤局部塌陷情況描述

2.1發生時間及當時潮位和天氣

發生時間：2010年12月6日（陰歷11月1日）晚間22:00—24:00。當時的潮位和天氣：低潮0.5 m（當地理論最低潮面）；晴少云、偏北風5級。

2.2圍堤使用情況

圍堤作為造陸區回填土施工運輸車輛主要通道，圍堤后方吹填造陸區正在進行淺層真空預壓處理，圍堤海側設計的碼頭前沿停泊水域正在進行挖泥施工。碼頭港池挖泥前10 m寬護底塊石部分已挖除，但是并未及時外運而是臨時堆放于肩臺位置處。

2.3局部塌陷情況描述

12月6日22:00左右挖泥施工單位正在進行港池挖泥后削坡施工，施工過程中圍堤堤身出現沉降并向海側位移，塌陷位置平面位于的工作船碼頭3號泊位后方，圍堤局部塌陷區域總長度約110 m（圖2）。

1）縱斷面：圍堤堤身塌陷后，該處標高約為1.0 m，較設計斷面降低5.0 m。

2）橫斷面：堤身建筑碎料、肩臺、護底塊石均滑入開挖后的港池中，港池中泥面標高由挖泥后-5.3 m漲至-3.3 m，根據水下探摸數據，塊石往海側滑落最遠距離圍堤軸線約40 m。

圍堤的局部塌陷影響了工作船碼頭的整體施工，并對圍堤結構安全和后方地基處理施工產生了一定的安全隱患，圍堤塌陷部分應及時修復。

3　圍堤局部塌陷原因分析

3.1原設計碼頭岸坡穩定安全計算

施工期及使用期碼頭岸坡穩定計算最小抗力分項系數統計如表1。根據JTS 147-1—2010《港口工程地基規范》第6.4.3條規定[2]，γR=1.1～1.3。對比表1，施工期和使用期碼頭岸坡穩定計算最小抗力分項系數均滿足規范要求。

表1　最小抗力分項系數統計表Table 1　Summary of partial factor of minimum resistance

3.2未按原設計施工后碼頭岸坡穩定安全計算

根據現場實際情況，圍堤原設計10 m寬護底塊石挖除后未及時外運，均倒運到原一級肩臺上，頂標高5.0～5.5 m，形成的肩臺底邊線距離挖泥坡頂邊線3.5～4.5 m，將原施工圖設計斷面施工期進行核算，施工期碼頭岸坡穩定計算在滑動層報告為-8.5 m，R=25 m時最小抗力分項系數為0.813。

由于護底塊石臨時堆砌在一級肩臺上，使肩臺局部荷載極劇增大，對岸坡穩定帶來極大不利影響，施工期碼頭岸坡有失穩的危險，可能發生碼頭肩臺至岸坡前沿的小范圍圓弧滑動。

4　分析結果

4.1塌陷特征分析

此次局部塌陷不是堤身整體失穩，定性為岸坡區位移變形引起圍堤堤身塌落的次生災害。

1）通過現場實際探摸圍堤堤身填筑建筑碎料和塊石大量滑入已開挖港池中，這個特征顯示圍堤塌陷的不是圍堤整體圓弧滑動破壞。

2）圍堤塌陷后在圍堤局部塌陷區域進行了十字板剪切試驗，堤身下土體十字板剪切強度并無明顯降低，表明堤身下土體基本未受到剪切破壞。

3）通過以上計算分析，不利工況主要是將護底塊石堆砌在一級肩臺上，可能發生碼頭肩臺至岸坡前沿的小范圍圓弧滑動。

4.2塌陷發生原因

1）當天發生局部塌陷時，恰逢低潮，可能觸發了碼頭前沿存在的軟弱土層小范圍滑動。

2）圍堤護底塊石臨時堆放在肩臺上，是促使圍堤發生局部塌陷的關鍵因素。

5　圍堤修復方案

目前堤身材料大量滑落入港池中，抗滑阻力加大，圍堤塌陷區域處在穩定狀態，為防止再受侵蝕先停止挖泥施工，盡快按原圍堤斷面進行修復：將碼頭護底塊石堆放在一級肩臺上的部分挖除運走，卸除不利荷載；恢復堤身斷面及一級肩臺至原設計斷面，重新埋設儀器加強觀測。

6　圍堤監測結果

根據監測資料顯示圍堤修復期間，由于施工的影響該區土體正負位移均有出現，位移較大屬正常現象。圍堤修復后，位移變化趨于正常，肩臺下部土體強度逐漸恢復，但是在土體穩定前不宜再進行岸坡削坡挖泥施工。

7　結語

通常為了提高岸坡的穩定性，應滿足的原則為：保持或加大土坡對結構物的被動土壓力，設法減少對結構物的主動土壓力[3]。

在碼頭設計過程中會有許多設計邊界條件，尤其是高樁碼頭的岸坡設計尤為重要，設計過程中首先應準確分析地勘資料，在設計計算時應考慮可能發生的不利工況，其中最重要的是挖泥施工的規范性、岸坡后方的使用荷載以及挖泥后打樁施工工藝等。另外，必須將設計的限制要求在設計說明中明確提出，以便于業主單位重點落實，避免產生重大的工程安全隱患。

[1]JTS 167-1—2010，高樁碼頭設計與施工規范［S］.

JTS 167-1—2010,Design and construction code for open type wharf on piles[S].

[2]JTS 147-1—2010，港口工程地基規范［S］.

JTS 147-1—2010,Code for soil foundation of port engineering[S].

[3]吳紅霞，鄧先喬.高樁碼頭岸坡滑動位移原因及對策研究[J].中國水運，2011，11（11）：234-235.

WU Hong-xia,DENG Xian-qiao.Cause of displacement of shore slope of piled wharfs due to sliding and countermeasures[J].China Water Transport,2011,11(11):234-235.

Design of repair of partial collapse of a seawall for the Industrial Zone in a northern port

SUN Zhen1,GUO Jin2
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Tianjin 300461,China; 2.Tianjin Port Engineering Design&Consulting Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

High piled wharf is generally composed of two parts,the high pile cap and the shore connecting structure,and the "lifeline"of the wharf structure is the overall stability of the shore connection structure.In this paper,based on the repair of a locally collapsed seawall for an Industrial Park in a northern port and through the investigation of the actual situation of the construction site and combined with the theoretical calculation,the cause for the seawall's local collapse was analyzed,and the design guidelines of the seawall repair was put forward,to provide a reference for similar projects.

high piled wharf;shore connecting structure;overall stability;seawall damage

U656.113；U655.541

A

2095-7874（2016）08-0047-03

10.7640/zggwjs201608011

2016-03-02

孫震（1982—），男，天津市人，工程師，主要從事港口與航道工程水工建筑物的設計與項目管理工作。E-mail：yuchen_2@126.com