關(guān)于廈門港東山5000 噸級對臺(tái)客貨碼頭工程臨時(shí)護(hù)岸地基處理方案的分析

■蘇良德

(福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，福州 350002)

1 工程概況

本工程位于東山縣康美鎮(zhèn)北側(cè)城垵作業(yè)區(qū)內(nèi)， 北臨東山灣。 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模：本工程建設(shè)規(guī)模為5000 噸級對臺(tái)客貨泊位，其中陸域形成面積49919m2，總護(hù)岸長度為808m。 本文主要研究西北側(cè)斜坡臨時(shí)護(hù)岸地基處理，該段護(hù)岸長度510m。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 荷載

(1)恒載：回填料荷載、面層結(jié)構(gòu)荷載、結(jié)構(gòu)物自重；

(2)均布荷載：道路10kN/m2；堆場30kN/m2；

(3) 集中荷載：20t 汽車、Q35 牽引車、20t 平板車，25t輪胎吊，5t 叉車；

(4)地震荷載：按7 度抗震設(shè)防烈度設(shè)計(jì)。

2.2 自然條件

(1)風(fēng)況

多年平均風(fēng)速5.3m/s；最大風(fēng)速(風(fēng)向)27.8m/s(NE)；極大風(fēng)速(風(fēng)向)37.6m/s(NE)；常風(fēng)向頻率(風(fēng)向)35%(NE)；強(qiáng)風(fēng)向頻率(風(fēng)向)35%(NE)。

(2)設(shè)計(jì)波要素

對工程區(qū)影響的主要波浪來自E、NE、N 向的局部小風(fēng)區(qū)浪。 最大浪向來自NE 向。

(3)潮流

實(shí)測漲潮最大流速0.53m/s，落潮最大流速0.40m/s。

(4)地形地貌

原始地貌為濱海區(qū)水下岸坡地帶， 擬建工程區(qū)域處于水下岸坡地帶，地勢整體呈由山體向海域外側(cè)方向(由南向北) 傾斜的趨勢， 水深變化較大(高潮時(shí)自2.20～11.70m 不等，低潮時(shí)自1.10～7.60m 不等)。

(5)區(qū)域地質(zhì)概況及地質(zhì)構(gòu)造

擬建工程位于漳州市東山縣城垵村， 根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，工作區(qū)內(nèi)主要以全新統(tǒng)沖海積層(Q4al-m)、第四系殘積層(Qel)、燕山早期第三階段第四次侵入的鉀長花崗巖、細(xì)粒花崗巖(γ52(3)d)為主；測區(qū)位于長樂-南澳深大斷裂的南端， 區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以斷塊的差異性升降運(yùn)動(dòng)為主要特征，測區(qū)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造活動(dòng)斷裂，區(qū)域構(gòu)造相對穩(wěn)定。

(6)巖土體類型及特征

巖土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 巖土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)建議表

(7)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)及《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS146-2012)，擬建場地抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組屬第一組。

3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)和地基處理

3.1 護(hù)岸工程特點(diǎn)和地基處理分析

結(jié)構(gòu)選型、地基處理與工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、波浪要素、使用要求、原材料來源和工程投資等因素密切相關(guān)。 為簡化起見，取最不利(淤泥層最厚)的NK20 鉆孔為典型巖土層進(jìn)行分析，并對臨時(shí)護(hù)岸的穩(wěn)定性和沉降進(jìn)行計(jì)算。

(1)工程特點(diǎn)

本工程西北側(cè)護(hù)岸為臨時(shí)護(hù)岸，對耐久性要求不高。因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮， 堤心材料選擇用充填袋裝砂來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋石。

(2)巖土層類型與特征

以NK20 鉆孔為例，巖土層自上而下依次為淤泥、殘積砂質(zhì)粘性土、殘積砂質(zhì)粘性土，全風(fēng)化花崗巖，全風(fēng)化花崗巖。 淤泥厚度為9.8m，護(hù)岸宜選用斜坡式護(hù)岸以適應(yīng)地基不均勻沉降。 護(hù)岸的地基處理方法可采用排水固結(jié)法、強(qiáng)夯置換法、水泥土攪拌樁法、碎石樁法。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮， 采用插打塑料排水板排水固結(jié)法是比較合理的。

(3)波浪要素

本工程地處東山島北側(cè)，受東山灣北向浪影響，因此對護(hù)岸護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算， 護(hù)面塊石應(yīng)大于200kg。

(4)使用要求

鑒于排水固結(jié)法工期長，工后沉降較大，本工程路面采用高強(qiáng)聯(lián)鎖塊結(jié)構(gòu)， 因此對護(hù)岸和陸域沉降的要求較低。排水固結(jié)法可滿足臨時(shí)護(hù)岸和陸域路面的使用要求。

(5)原材料來源

考慮到東山島砂源豐富，而石料難得，因此本工程在回填料和堤心材料的選擇上，盡可能選用砂代替塊石。

在護(hù)岸的結(jié)構(gòu)選型上一般有兩種型式： 直立式護(hù)岸和斜坡護(hù)岸。 兩者的比選見表2。綜上，護(hù)岸采用斜坡式護(hù)岸，護(hù)岸的地基處理方式采用插打塑料排水板排水固結(jié)法。

表2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)和地基處理方案比選

3.2 排水固結(jié)法原理

港口工程中淤泥土強(qiáng)度低， 地基承載力和穩(wěn)定性往往不能滿足工程需要。這種地基通常需要進(jìn)行地基處理，排水固結(jié)法就是處理淤泥地基的有效方法之一。 該法在軟基中設(shè)置排水通道，通過護(hù)岸等構(gòu)筑物、回填料自重分層逐漸加載， 使土體中的孔隙水排除， 超空隙水壓力降低，土體固結(jié)沉降，強(qiáng)度逐漸增加的方法。 排水固結(jié)法主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)組成。 排水系統(tǒng)分水平向和豎向。水平向排水系統(tǒng)主要是設(shè)置砂墊層，豎向排水系統(tǒng)主要是設(shè)置塑料排水板或砂井等豎向排水通道。 加壓系統(tǒng)主要有堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、聯(lián)合預(yù)壓法。 對沉降要求嚴(yán)格的場地還可以進(jìn)行超載預(yù)壓。

3.3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)和地基處理方案

斜坡式臨時(shí)護(hù)岸方案：先進(jìn)行坡腳充填袋裝砂施工，形成封閉區(qū)域后再進(jìn)行回填中粗砂墊層， 插打塑料排水板。然后進(jìn)行堤填充砂袋施工形成護(hù)岸。護(hù)岸前沿現(xiàn)澆混凝土壓頂，臨海側(cè)鋪設(shè)土工布、碎石墊層、塊石拋理護(hù)面。結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1。

3.4 護(hù)岸整體穩(wěn)定性計(jì)算和沉降計(jì)算

計(jì)算護(hù)岸整體穩(wěn)定一般采用圓弧滑動(dòng)法， 具體采用考慮固結(jié)度的簡單條分法，計(jì)算原理按照《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS147-2017)中有關(guān)規(guī)定，計(jì)算最危險(xiǎn)滑弧均滿足以下極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式：

Msd≤Mrk/γR

式中，Msd、Mrk分別為作用于危險(xiǎn)滑弧面上滑動(dòng)力矩的設(shè)計(jì)值(kN·m/m)和抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值(kN·m/m)；γR為抗力分項(xiàng)系數(shù)。

圖1 西北側(cè)斜坡式臨時(shí)護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面圖(NK20 鉆孔)

整體穩(wěn)定包括三種計(jì)算工況：施工期工況、持久工況和地震工況。施工期工況的土坡和地基的穩(wěn)定性，按設(shè)計(jì)低水位進(jìn)行計(jì)算，要求最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR>1.0；持久工況的土坡和地基的穩(wěn)定性，按極端低水位進(jìn)行計(jì)算，要求最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR>1.2；地震工況的土坡和地基的穩(wěn)定性，按設(shè)計(jì)低水位進(jìn)行計(jì)算，要求γR>1.0。 經(jīng)計(jì)算，護(hù)岸整體穩(wěn)定均滿足要求。 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表3，沉降量與時(shí)間關(guān)系見圖2。 計(jì)算結(jié)果顯示工后殘余沉降0.14m。

表3 臨時(shí)護(hù)岸整體穩(wěn)定性計(jì)算表

圖2 斜坡護(hù)岸前沿加載和固結(jié)關(guān)系圖

4 結(jié)語

本文根據(jù)項(xiàng)目的工程特點(diǎn)、巖土層類型與特征、砂石料來源情況和使用要求，經(jīng)過綜合分析比較，護(hù)岸的地基處理方式采用插打塑料排水板排水固結(jié)法。 經(jīng)護(hù)岸穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果是安全可靠的，殘余沉降是可以滿足使用要求的。 因此該護(hù)岸結(jié)構(gòu)方案是經(jīng)濟(jì)合理的。