福州港洋嶼作業區9#、10#泊位駁岸地基處理方案比選分析

■黃澤憲

(福建省交通規劃設計院，福州　350004)

福州港洋嶼作業區9#、10#泊位駁岸地基處理方案比選分析

■黃澤憲

(福建省交通規劃設計院，福州350004)

在綜合分析工程地質條件的前提下，結合不同地基處理方案的作用機理，對福州港洋嶼作業區9#、10#泊位駁岸砂土地基液化問題提出兩個不同的方案，并對其進行技術分析和經濟比選，從而確定地基處理推薦方案。

駁岸砂土液化振沖密實砂樁

1　工程概況

本工程位于規劃的福州港閩江口內港區洋嶼作業區9#、10#泊位處。福州港閩江口內港區洋嶼作業區位于閩江南岸下游，馬尾至高安段、臺泥碼頭與大嶼島之間岸段，與福州港青州作業區隔江相望，地理坐標為東經119°29′30″，北緯26°00′20″范圍內。

擬建的福州港閩江口內港區洋嶼作業區9#、10#泊位項目為2個萬噸級雜貨泊位，總平面采用離岸式布置，通過棧橋與駁岸、陸域銜接。為滿足陸域吹填砂閉合區域的邊界要求，需預先設置維護建筑，包括西側駁岸、北側駁岸和東側駁岸，陸域南側直接和臺泥碼頭陸域連接，不需要設置駁岸。駁岸結構等級為Ⅱ級。

2　工程地質

擬建場地位于閩江下游南岸，處于陸域向水域過渡地帶，地勢總體上東高西低，陸域形成區地勢相對較平緩，位于閩江潮間帶。場地上部土層以海相沉積物及陸相沖洪沉積物為主，基底為花崗巖。經鉆孔揭露，場區內地層自上而下分別為：①素填土、②粉質粘土、③淤泥層、④-1砂混淤泥（松散～稍密）層、④-2砂混淤泥（中密）層、⑤淤泥質粘土夾砂、⑥碎石層、⑦全風化花崗巖層、⑧-1強風化花崗巖（砂土狀）層、⑧-2強風化花崗巖（碎塊狀）層、⑨中風化花崗巖層。如圖1所示。

其中④-1細砂（松散～稍密）層為液化層，其上覆蓋有約5～15m厚的淤泥層。本工程采用離岸式布置，通過引橋與西側駁岸、后方陸域相接，駁岸的穩定關系到引橋和碼頭的安全。因此，在駁岸地基處理方案的選擇，除了需要對③淤泥層加固處理，提高其土體物理性質力學指標，保證其在正常使用狀況下安全穩定，還需側重考慮如何提高④-1砂混淤泥（松散～稍密）層的抗液化能力，保證在地震偶然狀況下，不發生液化而導致駁岸失穩，危及整個水工結構的安全。

3　地基處理方案設計

砂土液化是指在地震時，松散砂土層孔隙水壓力驟然上升而來不及消散，當孔隙水壓力達到砂土層自身抗剪強度時，砂土層內的砂粒成為地下水中的懸浮物，成為“黏滯流體”［1］，土體處于流動狀態，抗剪強度和抗剪剛度幾乎為零，整個砂土層失去承載力，從而影響駁岸及整個水工結構的穩定。砂基液化是地基抗震的一個重要問題，根據以往實際工程經驗，對松散砂土地基抗液化處理主要有以下幾種方法：強夯法、深層爆炸法、擠密砂樁法、振沖密實法等。結合本工程實際情況，駁岸地基處理設計2個方案。第一方案：清淤、振沖密實法；第二方案：擠密砂樁法。

3.1清淤、振沖密實法

振沖密實法是指不加填料，利用振動加固砂基，提高抗液化能力的方法。振沖器沉至孔底并經過孔底留振、振動上拔和分段留振等過程，依靠振沖器的強力振動，給砂土地基施加預震，使飽和砂土層發生液化，周圍砂在徑向的一定范圍內出現瞬間的結構破壞，抗剪強度降低；同時，在上覆荷重和振動作用下，砂土顆粒重新排列并承受振擠作用，孔隙減小，相對密度顯著增加；隨著時間的增長，超孔隙水壓力消散，土體結構逐漸恢復并得到強化，從而提高松散砂土的的地基承載力和抗液化能力，達到使砂基密實的功效。

該方案首先將表層淤泥全部清除，再用起重船吊振沖器對④-1砂混淤泥（松散—稍密）層進行振沖密實處理，然后再回填10～300kg塊石形成拋石基礎，拋石基礎前回填海砂反壓，提高駁岸的整體穩定性。基床上設頂寬1m的漿砌塊石擋土墻，墻后是頂寬7m的10～300kg回填塊石堤身，后方設土工布倒濾層與陸域吹填海砂隔開。振沖范圍擴展至拋石基礎外1倍的基床厚度，振沖深度需穿透整個④-1砂混淤泥（松散～稍密）層。結構斷面如圖2所示。

3.2擠密砂樁法

擠密砂樁在振動成孔過程中，將中粗砂擠入松散的飽和砂土中，使得樁管對周圍砂層產生很大的橫向擠壓力，以增大其密實性，降低孔隙率，使地基承載力得以提高；樁孔內充填中粗砂等反濾性好的粗顆料粒，在地基中形成滲透性良好的人工豎向排水通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，加快地基排水固結；在成樁過程中，振動錘強烈振動，使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預震，提高砂土的抗液化能力［2］。

該方案堤身結構與方案一基本相同，駁岸外側為頂寬1m的漿砌塊石擋土墻，墻后是頂寬7m的10～300kg回填塊石堤身，設土工布倒濾層與陸域吹填海砂隔開，堤外側壓載寬度為17～25m。地基處理選用施打Φ400擠密砂樁，樁位正方形布置，間距1200mm，面積置換率8.7%，砂樁需穿透④-2砂混淤泥（中密）層，基礎外緣擴展寬度大于可液化土層厚度的1/2，且不小于5.0m。結構斷面如圖3所示。

4　設計方案比選

4.1技術方案比選

方案一：在驗算抗滑穩定時，振沖后的④-1砂混淤泥（中密）層內摩擦角取φ=28°，經計算，駁岸整體穩定滿足要求，安全穩定系數γR=1.22。工程所在地石材極度便宜，駁岸結構選擇清除軟弱土層，用石料換填形成拋石基礎的方法具有先決條件，并且，振沖密實法處理可液化砂基具有施工快速、操作簡單，施工質量容易控制，成本較低的優勢。但是，該方案開挖工程量較大，拋淤較難，回填工程量較大；振沖密實法理論研究目前尚處于初始階段，具體實施方案主要依靠實際工程經驗和現場試驗。

方案二：在驗算抗滑穩定時，復合土層的土體指標按《港口工程地基規范》（JTS147-1-210）第8.6.1條計算，計算結果Csp=9.4，Φsp=14.7°，經驗算，駁岸整體穩定滿足要求，安全穩定系數γR=1.25。該方案綜合考慮③淤泥層的排水固結及④-1砂混淤泥（松散—稍密）層的地震抗液化能力的提高，是“一舉兩得”的辦法。擠密砂樁法對起始應力條件、土體本構特征、動荷條件、排水條件要求較高，不易達到預期的擠密效果；施工質量不易控制，在成樁過程中容易發生“縮頸”使填料下落困難，甚至發生柱體斷續出現斷樁現象［3］。

對兩個技術方案進行分析比選，結果見表1。

表1　　技術方案比選

4.2經濟方案比選

駁岸地基處理方案的選擇在很大程度上取決于工程造價的高低，投資費用以沿海港口水工建筑工程相關定額及編制規定為依據，材料價格選用工程所在地近期單價，根據不同方案的主要工程量，得出不同地基處理方案的主要工程費用如表2所示。

對以上數據進行比較，可以得出：在同時滿足駁岸整體穩定的前提下，方案一比方案二的主要工程費用減少了348.0萬元，同比費用下降幅度達11.7%。

4.3方案綜合比選

表2　主要工程費用計算

通過對兩個地基處理設計方案及工程造價進行綜合分析，得出了以下結論：

（1）兩個方案安全穩定系數均能滿足要求。

（2）方案一施工方便、操作簡單，處理效果好，質量容易控制，成本低，施工后易于補救；方案二是處理液化砂土層上覆蓋有軟弱土層的良好辦法，但質量控制困難，不易達到擠密效果，處理后發生液化的可能性大，且不易補救。

（3）第一方案雖然清淤、棄淤量大，但是選用塊石回填，充分利用了當地豐富的石料資源；第二方案不需要開挖，石料用量少，但是水上施打擠密砂樁工程費用高，因此，工程造價高于第一方案。

綜上，根據兩個方案的技術特點，結合工程所在地的實際情況，經過經濟比選，將清淤、振沖密實方案作為推薦方案。

5　結語

飽和砂土地基的液化問題是工程的一個重要問題，抗液化處理必須以消散孔隙水壓力、增強砂土抗剪強度為出發點。福州港洋嶼作業區9#、10#泊位根據工程地質條件，結合當地的實際情況，對清淤、振沖密實方案和擠密砂樁方案進行全面、系統的技術分析和經濟比選，最終選定技術可行、投資節省的最優方案，取得了良好的經濟效益。

［1］郝勇，俸錦福，趙小波.砂土液化的機理及影響因素探討［J］.中國水運，2009（7）：261-263.

［2］陳一統.可液化砂土和軟土地基處理方案研究［J］.科技資訊，2007（18）：49-51.

［3］劉麗娟，裴俊杰，吳永根.振沖加固地基存在的問題探討［J］.科技情報開發與經濟，2000（1）：45.

［4］葉書麟.地基處理工程實例應用手冊［M］.中國建筑工業出版社，1998.

［5］乜樹強，高洪斌.振沖法在液化砂土地基處理中的應用［J］.水運工程，2010（11）：129-132.