海外某碼頭后方堆場地基處理簡析

劉興安

（中國港灣工程有限責任公司，北京 100027）

1 工程概況

某海外新建海港工程，其主要施工內容為：10萬t級通用泊位、10萬t級油碼頭、10萬t級多用途泊位、1萬t級支線泊位、雙向航道、開挖量超3 000萬m3的港池、堆場、防波堤、護岸及港機設備與其他附屬設施等。其中碼頭后方堆場面積為100多萬m2，鋪裝為80多萬m2，堆場總回填方量約300萬m3。堆場一般性回填材料來源于港池開挖的土石方。

地基處理范圍由碼頭沉箱后棱體至后方400 m。沉箱后方棱體塊石回填、碎石墊層拋填、混合倒濾層拋填、后方一般性回填（強夯）、鋪面下回填（碾壓）及結構鋪磚（連鎖塊）。

2 處理方法優勢分析

2.1 技術成熟、效果好

本項目是在瀉湖中圍成圍堰做防滲墻后，在圍堰內開挖基坑形成干作業面修建碼頭與港池。基坑開挖的土石方用于堆場回填，堆場回填高度1～8 m不等。除湖底表層淤泥通過絞吸至指定區域外，堆場回填方全部來源于基坑。基坑內的土石方包含低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土、素填土、雜填土、碎石土、砂土等。

根據國內多年的強夯應用及設備的更新換代，強夯處理地基已廣泛運用到公路、鐵路、機場、核電站、大工業區、港口填海等工程。該項目相對較復雜的高填方、高含水量基礎在國內都有成功的施工案例。為避免堆場局部沉降，確保施工質量，通過科學比選，決定采用技術成熟，處理效果好并獲國外業主認可的強夯地基處理方法。

2.2 造價低

本項目是干作業施工的海港項目，本身就需要很多大型履帶式起動機、推土機等機械。這些機械設備在項目用于碼頭建造、防波堤吊裝等同時也可用于堆場強夯地基處理，充分利用這些機械，提高了機械的利用率，減少項目的機械成本，也節省加固原材料，與其他地基處理方式相比較，本項目采取強夯地基處理方法可節省造價30 %～70 %。

2.3 工期短

本項目屬于EPC海港項目，施工內容多、工期短。項目既要滿足合同要求的質量優、造價低同時，還要滿足業主提出的讓項目盡早發揮效益，早日收回投資的要求。為效益最大化，通過優化方案、科學配置臺班，堆場強夯地基處理方法與其他地基處理方法比選發現，強夯方法處理堆場地基能縮短工期20 %～60 %。

3 強夯地基處理施工流程

1）首先對夯區進行地形測量，根據夯點布置放出第一遍夯點位置，夯點布置為夯點間距選擇正方形布置，二遍點夯呈梅花型布設。單點夯擊擊數根據現場試驗中得到的最佳夯擊能確定。

2）夯錘對準夯點，將夯錘提高到試驗確定高度，自由下落，測定錘頂高程，計算第一擊夯沉量，作好記錄。單點夯擊擊數根據現場試驗中得到的最佳夯擊能確定。

3）重復上一步直至最后滿足最后兩擊的平均夯沉量不大于10 cm。完成一個夯點施工。

4）整平，計算夯沉量，完成第一遍點夯施工。

5）放出第二遍夯點位置，下一遍夯點選在上一遍已夯點間隙，重復（1）至（4）步驟完成第二遍點夯施工。兩遍夯擊的間隙時間根據設計要求結合強夯試驗結果確定。

6）普夯，普夯一遍，每點 2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

7）地基處理施工完成7～14天后安排板載試驗，檢測地基承載力是否滿足設計要求。

4 地基強夯處理的實施

本項目碼頭后堆場回填料中不能含有淤泥、泥炭、草木、有機質、金屬、橡膠及有毒物質等不適合回填的材料，根據現場施工情況選用基坑開挖出來的土石料或砂料，材料的組成主要為開挖土、開挖砂、開挖石。

堆場地基處理中土石方回填高程的確定是比較關鍵的一步，根據碼頭堆場地質情況結合地基處理的方式采用科學預留高程，可以減少地基處理后挖或補的工程量，提高項目的施工效率與效益。根據本項目鉆孔資料，科學分析后確定按照地基處理厚度的15 %預留強夯沉降量。

4.1 分區

該堆場地基強夯處理分為2個區（A區、B區），強夯處理總面積超100萬m2。強夯施工工藝為兩遍點夯，一遍普夯，設計夯擊能為4 000 kN·m，普夯為1 000 kN·m。強夯施工前，應在施工現場選取一個或幾個有代表性的試驗區，進行試夯或試驗性施工，根據試夯確定夯擊能及遍數，試驗區數量應根據建筑場地復雜程度、建設規模及建筑類型確定。經過科學的分析與綜合考慮，分別在A區、B區選取2個有代表性的區域（40 m×25 m）為強夯試驗區。

4.2 試夯

A區試夯區的強夯施工控制參數為夯擊能量3 000 kN·m，夯點間距選擇5 m×5 m正方形布置，點夯二遍，二遍點夯呈梅花型布設，每點暫定夯擊次數 10擊，點夯收錘標準以最后兩擊平均夯沉量小于5 cm控制，點夯之后進行一遍普夯，普夯能量1 000 kN·m，普夯一遍，每點2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

B區試夯區的強夯施工控制參數為夯擊能量4 000 kN·m，夯點間距選擇6 m×6 m正方形布置，點夯二遍，呈梅花型布設，每點暫定夯擊次數 10擊，點夯收錘標準以最后兩擊平均夯沉量小于10 cm控制，點夯之后進行一遍普夯，普夯能量1 000 kN·m，普夯一遍，每點2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

A區試夯區點夯施工耗時平均15分鐘/點，試夯耗時7天；B區試夯區點夯施工耗時平均18分鐘/點，試夯耗時6天。點夯施工按錘擊數及最后兩擊夯沉量進行雙向控制。單點夯擊數以10擊為界限，若在10擊以內最后兩擊平均夯沉量滿足設計要求，夯擊至10擊停錘，若10擊后最后兩擊平均夯沉量未滿足要求，夯擊至滿足夯沉量要求為止。點夯施工對每個夯點施打進行詳細的記錄。A區點夯最后兩擊平均夯沉量≤5 cm，滿足設計要求，如表1。B區點夯最后兩擊平均夯沉量≤10 cm，滿足設計要求。如表2。

圖1 A、B區點夯施工夯點布置

圖2 普夯施工夯點布置示意

表1 A區試夯區情況匯總

表2 B區試夯區情況匯總

點夯完成后，即在試夯區普夯，夯擊能量1 000 kN·m。普夯一遍，每點2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

試驗區強夯施工各工序夯沉量匯總如表3。

表3 試夯區夯沉量匯總

4.3 板載試驗

板載試驗要求在強夯施工完成后 7～14天內進行，板載檢測點由工程師現場指定。板載試驗分十級加載，記錄每級的沉降量，根據荷載～沉降曲線確定地基承載力，試驗結果全部滿足設計要求。

圖3 荷載板試驗結果

載荷板試驗分析研究地基土的強度與變形特性，確定地基土的變形模量與地基承載力，試驗設備有：千斤頂、高壓油泵、壓力表、油管、百分表等。

試驗采用堆載（加載）法，利用平臺上壓重作為對地基試驗的反力裝置，壓重為最大試驗荷載的1.3倍，分級加載。

試驗前先將地基處理平整，盡量避免對地基的擾動，保持其原狀結構和天然濕度，并用不超過20 mm的砂墊層找平，再放上承壓鋼板，通過液壓千斤頂對地基施加軸向壓力。試驗前應對千斤頂的位置進行對中，保證千斤頂的作用力在承壓板的中心點上。

根據試驗最大的荷載量，試驗采用一個頂升能力為60 t液壓千斤頂對試驗地基施加壓力，荷載大小通過高壓油泵上的精密壓力表顯示，壓力表精度為0.4級。

地基的沉降用百分表記錄，其精度為0.01 mm，試驗時在承壓板四周均勻布置四個百分表，測量地基的沉降，百分表固定在獨立穩定的觀測梁上。

下沉未達穩定不得進行下一級加載；每級加載的觀測時間為：每級加載完畢后，間隔5 min、5 min、10 min、10 min、15 min、15 min觀測一次，累計1 h后，每隔30 min觀測一次，當連續2 h每小時沉降量小于0.1 mm時，可認為沉降已達相對穩定標準，施加下一級荷載。

當試驗達到下列情況之一時，可終止加載：

①承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊巖土出現明顯隆起或徑向裂縫持續發展；

②本級荷載的沉降量大于前一級荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現明顯陡降；

③在某級荷載下 24 h沉降速率不能達到相對穩定標準；

④總沉降量與承壓板直徑（或寬度）之比超過0.06。

4.4 夯擊處理

根據試夯施工情況及板荷載試驗結果，設計建議的施工參數（夯能及夯點布置）合適，滿足地基加固的要求，強夯后2個試夯點的地基承載力均不小于150 kPa，可確定按此參數大面積施工。

A區強夯施工參數：夯能3 000 kN·m，布點按間距5 m×5 m正方形布置；點夯兩遍，二遍點夯呈梅花型布設；單點夯擊數10擊，最后2擊平均夯沉量小于5 cm；普夯一遍，每點2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

B區強夯施工參數：夯能4 000 kN·m，布點按間距6 m×6 m正方形布置；點夯兩遍，二遍點夯呈梅花型布設；單點夯擊數10擊，最后2擊平均夯沉量小于10 cm；普夯一遍，每點2擊，相鄰夯點搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

強夯施工必須事先測設夯點，并經過驗收，確保不漏夯。每遍點夯后推平夯坑，視高程確定是否需要回填夯沉補料，若點夯夯坑凹陷過深，應先補充填料，重新強夯。強夯記錄必須得到認可后方可推平夯坑，進行普夯。普夯完成后使用推土機或平地機進行場地再次整平，再使用激振力不小于200 kN的振動式壓路機碾壓至交工高程，要求碾壓至無明顯車痕，碾壓5～8遍，并且每遍相鄰碾壓搭接寬度不應小于碾壓寬度的 1/3，壓實度應達到95 %，平整度控制在±10 cm。

4.5 驗 收

地基處理后，按照要求對施工區域進行 CBR試驗，每5 000 m2設一個試驗點，檢測點具體位置根據現場條件決定，并征得工程師同意。按設計要求，地基處理區鋪面以下基礎0～1 m范圍內的回填料CBR強度≥8%，共檢測155個點位，全部達到設計要求。

地基處理后，按照要求對施工區域進行壓實度試驗，每5 000 m2設一個試驗點，檢測點具體位置根據現場條件決定，并征得工程師同意。按設計要求，交工面回填料壓實度≥95 %，共檢測140點，全部達到設計要求。

4 結 語

針對海外工程施工環境不如國內便利的客觀情況，采用的規范又有別于國內規范的事實。該堆場實施過程中通過科學比選，在大面積堆場地基處理中采用國外業主認可的、技術成熟的強夯地基處理方法。項目選擇強夯方法處理堆場地基，為施工方節約了成本；工期提前了3個月，滿足了業主要求工程早日發揮效益的要求；該項目竣工后經過 4年以上的運行檢驗，整個碼頭堆場 100多萬 m2至今未出現局部沉降現象，堆場地基處理的各項技術指標均符合國內外規范。強夯地基處理不僅提高地基土的強度，降低其壓縮性，還改善抗振動液化的能力和消除土的濕陷性。這說明在碼頭后方堆場大面積地基處理中，通過采取強夯方法是可以避免地基產生沉降的，對其他類似工程提供了參考。