關于閩江馬尾對臺綜合客運碼頭工程陸域地基處理設計方案的探討

■唐 暉

(福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004)

1 工程概況

瑯岐島位于閩江入海口，三面環江、東面臨海，具備優良岸線資源條件、 日益完善的集疏運體系以及優越的對臺地理位置優勢。其定位為“生態旅游度假、健康養生、智慧創意、 休閑宜居等綜合服務為主體的國際生態旅游島”，擬建設高標準、國際化、綜合性的客運碼頭。

圖1 本項目地理位置圖

為增強兩馬航線競爭能力和發展潛力， 深度對接馬祖特色旅游項目開發，促進瑯岐國際生態旅游島建設，政府決定將現有兩馬航線搬遷前移， 啟動建設閩江馬尾對臺綜合客運碼頭。

閩江馬尾對臺綜合客運碼頭位于瑯岐島西北部，共建設3 個碼頭及相應的配套設施， 其中：1# 泊位為5000噸級客貨泊位(水工結構按靠泊2 萬GT 客貨滾裝船設計)，設計年貨運通過能力25.2 萬噸，年旅客通過能力3.3萬人次；2#、3# 泊位為2 個500GT 客運泊位，設計年旅客通過能力53.1 萬人次。

2 設計條件

2.1 工程地質

碼頭陸域場地位于在建閩江防洪堤內側， 現狀主要為池塘、灘地和田埂，場地標高大約為+2.7m～+7.4m。根據鉆探揭示，場地內分布的地層從上至下主要有：素填土、淤泥、淤泥夾粉砂、中細砂、卵石、強風化花崗巖等。 其中淤泥厚度大約3.30～11.80m，實測標準貫入試驗擊數一般為＜1～1 擊，十字板剪切試驗強度平均值為16.0kPa；淤泥夾粉砂層厚度可達6.90～40.20m，實測標準貫入試驗擊數一般為3～9 擊，平均值為6 擊。

圖2 陸域地質剖面圖

2.2 設計荷載

本工程陸域形成面積15.95 公頃(含預留港口用地)，主要分為貨運功能區和客運功能區，平面布置圖如圖3 所示。各場地的設計荷載取值如表2：

表1 土的物理力學性質指標表

圖3 陸域區平面布置圖

表2 陸域設計荷載取值表

2.3 設計標準

根據使用要求，陸域經地基處理后應達到以下要求：

(1)表層地基承載力特征值≥180kPa；

(2)工后(20 年)殘余沉降≤30cm；

(3)壓實度：鋪面底面以下0～0.8m 的壓實度≥93%，

0.8m 以下的壓實度≥90%；

(4)土基回彈模量≥20MPa；

(5)回填砂標貫擊數N＞15 擊。

3 設計要點

(1)地基處理方案應盡可能在施工期消除場地軟基和回填層的沉降，以確保港區使用期內的建(構)筑物沉降滿足使用要求。

(2)本工程陸域主要分為客運功能區、貨運功能區及預留區。 地基處理方案應結合不同區域的場地條件及使用要求，進行差異化設計。

(3)本工程的港池疏浚量較大，為滿足環境保護要求，考慮將疏浚土作為陸域回填料進行綜合利用。 吹填疏浚土區主要集中在陸域兩側的預留用地， 局部落于口岸查驗設施、機修車間及工具材料庫等本期建設用地。由于吹填疏浚料的指標較差，需采取額外的地基處理措施。

4 設計方案

4.1 方案比選

目前水運工程中常用的地基處理方法有：換填法、爆破法、加筋墊層法、排水固結法、強夯法和強夯置換法、降水強夯法、振沖法、砂樁和擠密砂樁法、碎石樁法、水泥攪拌樁法、高壓噴射注漿法等[1]。

結合設計條件及工程投資， 適合本項目的地基處理方法主要有以下幾種：

(1)排水固結法

排水固結法是先在軟弱地基中設置排水板、 砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身的重量逐漸分級加載，或在建造建筑物之前對場地進行加載預壓， 使土體中的空隙水排除，逐漸固結，地基發生沉降，同時地基強度逐漸提高的地基加固處治方法。

通過排水法對地基進行處理， 使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成， 地基在使用期間不至于產生不利的沉降和沉降差；同時可以加速地基的強度增長，提高地基的承載力和穩定性，減小工后沉降。排水固結法中常用的有堆載預壓法、真空預壓法。

(2)復合地基法

在地基軟土中添加豎向增強體， 使部分土體被增強或被置換，進而形成共同承擔荷載的人工地基。常用的豎向增強體有砂石樁、水泥粉煤灰碎石樁、夯實水泥土樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、灰土樁等。 砂石樁復合地基法采用沉管法或其他方法在地基中設置砂樁、碎石樁，在成樁過程中對樁間土進行擠密， 擠密樁間土和砂石樁形成復合地基，提高地基承載力和減少沉降。 在荷載的作用下，砂石樁也有排水固結的作用。

(3)動力固結法

動力固結方法主要包括夯實和擠密。 夯實法即強夯法，采用夯錘從高處自由落下，地基土在強夯的沖擊力和振動力作用下密實，可提高承載力，減少沉降；擠密地基主要方法為振沖密實法：一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發生液化，砂顆粒重新排列孔隙減小，另一方面依靠振沖器的水平振動力，加回填料使砂層擠密，從而達到提高地基承載力、減小沉降，并提高地基土體抗液化能力。

近幾年來， 地基處理發展的一個趨勢就是在既有的地基處理方法基礎上，不斷發展新的地基處理方法，特別是將多種地基處理方法進行綜合使用[2]。結合相關工程經驗，選取如下幾種方案進行比較(見表3)。

表3 不同地基處理方案優缺點

4.2 地基處理設計

根據以上分析，結合本工程地層分布、回填料厚度和回填料性質，陸域貨運功能區、客運功能區擬采用不同的地基處理方式[3]。

(1)貨運功能區

由于該區域地面起伏較大， 擬先回填砂至+4.0m，再鋪設排水砂墊層，施打塑料排水板，然后進行回填及不同區域的堆載預壓。 預壓完成后卸載至設計高程， 并進行2000kN·m 強夯加固或振沖密實。

(2)客運功能區

客運功能區急需建成并投入使用，故采用施工時間較短的沉管砂樁方案，通過置換提高地基強度，避免長時間堆載預壓。根據軟土厚度、工后沉降及地基承載力要求，不同區域采用不同的置換率。 最終經強夯或振沖密實加固。

(3)吹填疏浚土區

陸域兩側的預留港口用地及口岸查驗設施、機修車間及工具材料庫等本期用地均為吹填疏浚土區域。除預留港口用地近期不做處理外，其余場地應在晾曬落淤后進行地基處理。

由于工期緊，為滿足后續開展深層地基處理等施工使用需要， 先對疏浚土進行淺層真空預壓加固形成硬殼層。淺層真空預壓完成后， 再施打塑料排水板穿透天然軟土層，對深層軟土進行加固處理。 然后根據不同使用荷載要求進行堆載預壓，并進行強夯加固。

4.3 監測數據分析

利用本工程施工場地內埋設的面層沉降板、 孔隙水壓力計等設備，現場觀測得到各分區的沉降、孔隙水壓力變化等有關信息如圖4～圖7 所示。

表4 不同區域的地基沉降量理論計算值

圖4 各沉降點觀測值(貨運功能區）

圖5 各沉降點觀測值(客運功能區)

圖6 孔壓消散-時間過程線(貨運功能區)

圖7 孔壓消散-時間過程線(客運功能區)

根據現場觀測數據， 貨運功能區最大累計沉降量為1528.20mm，平均日沉降量為0.81mm/d；客運功能區最大累計沉降量為563.00mm， 平均日沉降量為0.72mm/d，各測點推算固結度均大于90%。 處于加載間歇期的孔壓變化幅度在-5.47kPa～-0.52kPa 之間，各組超孔隙水壓力值與附加荷載值之比∑ΔU/ΔP≤50%。

通過分析觀測成果， 可以認為本工程地基處理方案實施后，各點的沉降觀測數據接近理論計算值，沉降速率及施工期固結度滿足設計要求，地基加固效果良好。

5 結語

隨著理論研究與技術應用水平的不斷提高， 地基處理不再拘泥于單一手段， 多種地基處理方法的綜合應用是地基處理技術的發展趨勢。 重視多種地基處理方法的綜合應用可以取得較好的社會經濟效益。

本文結合工程實例，根據場地的地質條件、建設項目的使用要求、施工工期以及環保要求等因素，對可采用的地基處理方法進行了分析， 并分區進行加固方案的差異化設計，可為今后類似工程提供參考。