泉州后渚油庫碼頭部分塌陷原因探討

■李鐵林

(福州新洋海事咨詢服務有限公司，福州 350001)

1 引言

福建省是海洋大省，優良港灣眾多，海岸線曲折綿長，其沿海岸線長3752km，居全國前列。由于歷史原因，沿海岸線建有眾多5000噸位以下的各種類型碼頭，其設計，建造的情況與泉州后渚油庫碼頭多有相似之處，且年代久遠，安全隱患較多，目前許多這類碼頭仍在使用中。本文對泉州后渚油庫碼頭部分塌陷原因進行探討，希望能起到警示參考的作用。

2 概況

泉州后渚油庫碼頭位于泉州灣港區的后渚港洛陽江左岸(晉江出海口)的淤泥灘涂地帶，南臨港豐石化碼頭，北望后渚大橋。碼頭于1978年建成，至發生部分坍塌時已投入使用30多年。

該碼頭原設計為3500噸級的油碼頭，水工結構由操作平臺，系纜墩，人行橋及引橋組成。碼頭操作平臺為一個整體結構段，長度65m，寬度10m，9榀橫向排架，排架間距為8m。碼頭通過一座引橋與陸域相連，引橋長度145.4m，寬度7m，共11跨。碼頭結構型式為高樁梁板式，引橋采用簡支梁+樁基橋墩結構型式，碼頭，引橋基樁皆采用500mm×500mm的預應力鋼筋混凝土空心方樁。樁長 24.0～25.5m。

由于功能的需要，在距離碼頭平臺約50m處至“岸邊”的灘涂地被雜土填為“陸地”，碼頭平臺至岸邊方向約50m仍為自然灘涂地。該碼頭未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸。碼頭平臺岸坡方向有一較大的砂場堆砂。

2010年5月21日晚11時左右，該碼頭下游側的部分操作平臺段，系纜墩及過渡墩突然發生坍塌，破壞長度約60m。初步分析為“雜填土”的作用，導致“灘涂地”的淤泥層剪切破壞，致使部分操作平臺段，系纜墩及過渡墩突然坍塌。

3 原因分析

3.1 分析原理

由于該碼頭未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸，因此，根據《港口及航道護岸工程設計與施工規范》(JTJ300-2000)的規定進行護岸穩定性驗算，采用引橋上游側未坍塌部分的原狀灘涂作為碼頭未坍塌前的護岸進行穩定性計算，驗算其承載能力，分析碼頭部分坍塌的原因。并通過坍塌部分河岸的地質資料進行穩定性計算，驗算其承載能力，來保證現在碼頭的安全性。

3.2 岸坡穩定計算

岸坡穩定計算采用上海豐海公司 “TPWD土坡穩定計算系統”軟件進行計算。

計算分兩種情況計算四個斷面，兩種情況分別為岸坡滑坡產生的原因分析(SK1-SK9鉆孔斷面和SK2-SK10鉆孔斷面)和已經滑坡的碼頭后方承載能力驗算 (SK3-SK11鉆孔斷面和SK4-SK12鉆孔斷面)。每種情況的計算分別采用兩個鉆孔斷面進行。計算土層物理力學指標時采用十字板剪切試驗作為計算參數。

進行勘探取樣時，勘探點位置由設計布置，孔距25m，線距約50m，共設置勘探孔12個。其中：控制孔6個，一般孔6個，十字板剪切試驗2個。各勘探點具體位置見圖1。

“勘探點平面位置圖”中的M1M2北向(洛陽江方向為北向)為水草地，受漲潮淹沒；M1M2南向為“雜填土”陸地。M1M2線左右存在陡坎，漲，退潮時易發生溜坡，坍塌現象。

控制孔主要進行巖芯鑒定，分層，采集土試樣，進行孔內標準貫入試驗等原位測試，以獲取各土層的物理力學指標，要求進入中風化基巖2.0m。

圖1 勘探點平面位置圖

一般孔(鑒別孔)主要用以查明各地層(以及軟弱夾層)的分布規律，補充采集土試樣，進行孔內標準貫入試驗等原位測試，要求進入中風化基巖1.0～2.0m。

鉆探時要求每回次進尺控制在2.0m以內，粘性土取芯率＞90%，砂類土取芯率＞70%，基巖巖芯采取率＞90%。

勘探采樣中，采用薄壁取土器采集淤泥，粘性土層Ⅰ級土試樣，標準貫入貫入器采樣時采用靜壓法或重錘少擊法進行，數量和質量滿足 《港口工程地質勘察規范》JTJ240-98要求。

土工試驗按國家標準 《土工試驗方法標準》(GB/T500123-1999)進行，試驗之前對各種儀器進行必要的校正，保證試驗成果準確反映各巖土層的物理力學性質。

3.3 計算結果

根據《港口及航道護岸工程設計與施工規范》(JTJ300-2000)的規定，岸坡滑動應滿足抗力分項系數д＞1.3，方能滿足岸坡穩定。以此來確定岸坡能承受的最大荷載值。

經過計算(計算過程從略)，其結果見表1。

表1 岸坡計算結果表

3.4 結果分析

根據表1顯示，SK1-SK9斷面最能代表該滑動未發生前的斷面，可見只要后方荷載達到或超過25kN/m時，就會產生岸坡滑動。滑動后的斷面能承受的最大荷載為47kN/m。

3.5 岸坡滑動分析

3.5.1 高低潮差引起滑動

根據現場調查發現，平時岸坡“陸地填土”不斷受漲潮，退潮的影響。漲潮時，高水位對雜填土，淤泥層產生較高的壓應力，在土體內部產生的內應力э1與外應力э2平衡，即э1=э2，從而保持土體穩定。當退潮時，河水為低水位，雜填土，淤泥層靠河水外側的土體外應力э2突然消失，即 э2=0.0 或 э1＞э2，因而土體內外應力失去平衡，誘發雜填土，淤泥層產生破壞。特別是事故發生當天高低潮位比平時偏大。高潮位時岸坡土體水位偏高。退潮時岸坡外側水位及時下降，而土體內部水位不能及時下降，導致該岸坡存在的水壓力偏大。致使土體內應力與外應力失衡，造成滑坡現象。

3.5.2 淤泥沉積引起滑坡

該碼頭投入使用至發生坍塌時已30多年，由于使用年久，碼頭下方及后方區域岸灘泥沙不斷淤積，以及碼頭前沿航道的定期疏浚，導致護岸的荷載變化，造成滑坡現象。

3.5.3 岸坡后方陸域荷載引起滑坡

根據現場考察發現，該原狀岸坡未建造護岸，現場勘察揭示，該區域淤泥層較厚。后方岸坡作為砂場使用，砂場堆砂荷載超過岸坡承載能力，由表1顯示，陸域荷載超過25kN/m時，就會誘發岸坡滑坡。

4 結論

由于歷史的原因，該碼頭岸坡未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸，下列因素的綜合影響使岸坡產生了滑坡：

(1)岸坡經常遭受漲落潮的影響，岸坡土質的抗滑指標逐漸減小。

(2)事故當天的大潮使岸坡的內外水壓力增大。

(3)護岸長年累月的淤泥沉積。

(4)岸坡后方陸域荷載(砂場堆積的砂)的影響。

5 措施

為消除類似泉州后渚油庫碼頭的安全隱患，綜合上述的分析，建議應采取以下措施：

(1)新建碼頭護岸，盡量避免采用天然原狀灘涂作為護岸，以減少因漲落潮的影響，導致岸坡土質的抗滑指標逐漸減少。

(2)限制或減少后方陸域的堆載，以滿足抗力分項系數的要求。

(3)及時清除淤泥，防止護岸荷載的變化。

(4)有條件的碼頭定期按《港口及航道護岸工程設計與施工規范》(JTJ300-2000)的規定進行護岸穩定性驗算，并定期檢測護岸。