日照港石臼港區(qū)某翻車機房圍護結構優(yōu)化設計

陳 羽，趙雁飛，周慶文

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

目前，國內(nèi)已建成幾十座翻車機房，作為煤碼頭中工期最長的大型單項工程，其工期會對整個工程造成影響。翻車機房作為煤炭出口碼頭的重要組成部分，因建設周期長，控制整個工程的工期。如何通過優(yōu)化設計，縮短工期，成為本工程的優(yōu)化重點。

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程翻車機房二期工程所在位置靠近外海，位于現(xiàn)有護岸堤心石內(nèi)。由于與外海連通，施工期基坑外降水是本工程能否實施的關鍵。另外，地連墻施工圈梁、腰梁、豎肋時常規(guī)作法是植筋、預埋鋼筋后期焊接等存在施工復雜、工期長等弊端。炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土時，由于地連墻鋼筋間距過密、墻厚，較難貫通地連墻，且費時費力，影響工期。

本工程還對施工工序、支撐布置等進行了優(yōu)化，結構受力更為合理，并大大節(jié)省了工期。

1 工程概述

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程二期工程翻車機房位于日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)三突堤中部、東護岸西側，由一座翻車機房及一條配套的廊道組成。翻車機房中心到已建東護岸軸線的垂直距離為49.73m。

翻車機房及廊道主體結構的施工條件為干施工。根據(jù)類似工程設計，需建翻車機房圍護結構，其主體結構由圓形地連墻、廊道地連墻及支撐等組成。由于圍護結構位于東護岸拋石區(qū)及回填區(qū)，基坑外地下水與海水相通，采用常規(guī)井點降水的措施，無法降低基坑外地下水位，須在圍護結構外圍新建翻車機房防滲結構，阻斷海水，以確保圍護結構外的降水滿足設計要求。

為滿足平面布置、翻車機房及廊道的工藝、主體結構干施工的設計要求，翻車機房建筑物由翻車機房防滲結構、圍護結構、翻車機房結構三部分組成，其結構分述如下：

1.1 翻車機房防滲結構

翻車機房防滲結構建在翻車機房圍護結構外圍、是由柔性地連墻、高壓旋噴樁防滲帷幕、已建一期工程翻車機房及廊道地連墻三部分組成的封閉的防滲結構。其中，柔性地連墻位于已建東護岸拋石堤及后方回填陸域內(nèi)，高壓旋噴樁防滲帷幕位于柔性地連墻兩側（位于已建東護岸后方回填陸域內(nèi)），其兩端與已建翻車機房及廊道地連墻相接，其功能是阻斷基坑外地下水與海水相通，確保翻車機房圍護結構基坑外降水滿足設計要求。

1.2 翻車機房圍護結構

根據(jù)平面、工藝布置要求和工程所在區(qū)域已有構筑物的現(xiàn)狀及地質(zhì)條件，翻車機房圍護結構依施工順序由圓形地連墻及廊道地連墻、翻車機房主體結構地基處理、廊道主體結構地基處理、基坑帷幕灌漿截滲結構（含地連墻帽梁、廊道地連墻第一道支撐）、基坑支撐結構（含基坑開挖、降水、現(xiàn)澆廊道混凝土底板）五部分組成。

圓形地連墻中心設計半徑為26.95 m，厚度為1m，基坑開挖最低底高程為-11.3 m；廊道地連墻位于翻車機房北側，長度為145 m，由兩條中心距分別為15.0 m、16.0 m的地連墻及地連墻端墻組成，厚度為1m，基坑開挖最低底高程為-10.5m；為滿足翻車機房圍護結構的受力要求，加快、保證成槽質(zhì)量及降低工程造價，基坑外的地下水位須降至-3.0m。

1.3 翻車機房結構

翻車機房建筑物由一座翻車機房及一條配套的廊道組成，其結構由翻車機房主體、廊道主體結構兩部分組成；翻車機房廊道出口到翻車機房中心的水平長度為186.151 m，與翻車機房主體結構連接處的廊道底板頂高程為-8.50 m；在翻車機房圍護結構內(nèi)施工，均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，施工條件為干施工。

2 翻車機房防滲結構優(yōu)化設計

2.1 主要設計條件

本場地位于日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)，場地東側緊鄰已建成的東護岸，西側為焦炭泊位和煤炭臨時堆場，西北側緊鄰在建的翻車機房一期工程。工程所在區(qū)域原位海域，原始泥面高程為-11.0～-12.0 m，經(jīng)后期吹填及人工回填形成陸域，場地地形較平坦，表層多以人工回填的粗礫砂為主，局部為雜填土與填土(碎石)；本場地在勘察鉆孔前已采用強夯法進行了地基處理，①5沖填土(粉質(zhì)粘土)、②1粘土、②3粉質(zhì)粘土及③1粉質(zhì)粘土均為正常固結～超固結土層。

勘察結果表明，本場地巖土層分布較有規(guī)律，在勘察深度范圍內(nèi)自上而下主要由填土層、海相沉積層、陸相沉積層、上太古界-下元古界膠南群片麻巖四大土層組成；各巖土層分布特征，分述如下：

雜填土組分復雜，以稍密狀為主，分布不均勻；①2填土(粗礫砂)與①4填土(粗礫砂混粘性土)呈松散～稍密狀，為可液化土層；①3填土(粘性土混砂)呈可塑狀。上述土層厚度不均，層為不穩(wěn)定，承載力較低，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；①1填土(粗礫砂)呈中密狀，①5填土(粉質(zhì)粘土)呈可塑～應塑狀，上述兩層土質(zhì)不均勻，分布不連續(xù)，承載力一般，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；填土(碎石)僅在部分鉆孔揭露，以松散～稍密狀主，其密實度及顆粒分布不均，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；②1粘土呈可塑狀，為中～高壓縮性土；②2粗礫砂呈稍密～中密狀；②3粉質(zhì)粘土呈可塑～硬塑狀，③1粉質(zhì)粘土呈硬塑狀，兩者均為中等壓縮性土；夾層粉土呈中密狀；以上土層分布不連續(xù)，承載力一般，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；③2粗礫砂呈中密～密實狀，層位穩(wěn)定，層厚較大，承載力較高，工程地質(zhì)性質(zhì)較好；④1全風化片麻巖平均標貫擊數(shù)N=44.0 擊，其承載力高，但僅在個別鉆孔中揭露，遇水易軟化崩解，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；④2強風化片麻巖與④3強風化片麻巖平均標貫擊數(shù)均>70 擊，層位總體較穩(wěn)定，厚度較大，承載力高，工程地質(zhì)性質(zhì)良好，為良好的基礎持力層，但應注意④2強風化片麻巖浸水后易軟化崩解。

基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層主要為填土，層厚15.9～19.2 m，厚度較大，各填土層密實度差異性較大，除①1填土（粗礫砂）主要呈中密狀以外，其余填土層主要呈松散～稍密狀或可塑狀，土質(zhì)不均勻，雖已使用強夯法進行了地基處理，但其厚度較大，組分及密實度在水平和垂直方向上均存在較大差異，且①2填土（粗礫砂）和①4填土（粗礫砂混粘性土）為可液化土層，場地液化等級以中等～嚴重液化為主。

基坑開挖深度-11 m 以下，以可塑～硬塑狀粘性土、稍密～中密狀粗礫砂為主，底部主要為砂狀④2強風化片麻巖與碎塊狀④3強風化片麻巖。

抽水孔（C1～C4）及其水位觀測孔（G4～G15）：抽水孔和觀測孔的孔深根據(jù)地質(zhì)勘察結果確定，觀測孔深度需要滿足不同降深時觀測水位的要求。抽水試驗采用三次降深，第三次應降至-13.0 m 以下。每次抽水結束后，量測各孔恢復至穩(wěn)定水位的時間。

由于地下水與海水連通性好，地層透水性強，抽水試驗應在防滲結構施工完成后進行，測定各土層滲透系數(shù)，記錄抽水水量，并提供降水井間距、降水井抽水泵功率選擇建議值。

壓水試驗結果表明：④2強風化巖層透水率為16.00～28.78 Lu 不等，滲透性等級為中等透水，P～Q 曲線類型總體為D（沖蝕）型。

2.2 地連墻防滲結構在本工程中存在的問題

由于本工程翻車機房圍護結構位于東護岸拋石區(qū)及回填區(qū)，基坑外地下水與海水相通，采用常規(guī)井點降水的措施無法降低基坑外地下水水位，須在圍護結構外圍新建翻車機房防滲結構，以確保圍護結構外的降水滿足設計要求。

2.3 防滲結構優(yōu)化設計

目前，工程界采用的防滲結構類型一般為水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓帷幕灌漿、止水土工膜、柔性地連墻等。

水泥攪拌樁適合深度較淺、標貫擊數(shù)較低的土層，止水土工膜適合大開挖方案。根據(jù)本工所在區(qū)域的場地情況及地質(zhì)資料不適合采用上述兩種防滲結構方案。高壓帷幕灌漿適用于巖基，通過改進施工工藝，可適用于各種地基土。

根據(jù)現(xiàn)場情況，翻車機房防滲結構在圓形地連墻東側部分區(qū)域，位于已建東護岸拋石堤范圍內(nèi)，根據(jù)國內(nèi)類似工程經(jīng)驗，在翻車機房工程中第一次在拋石堤內(nèi)采用柔性地連墻防滲結構方案；對于東護岸拋石堤以外的工程區(qū)域可采用高壓旋噴樁防滲帷幕結構方案。

圖1 防滲結構斷面圖

3 翻車機房圍護結構優(yōu)化設計

目前，我國已建成了幾十座翻車機房，有非常成熟的設計、施工經(jīng)驗。根據(jù)以往工程實例，圍護結構多存在下列弊端，地連墻在圈梁、腰梁、豎肋處多采用植筋方式，植筋工作量較大且施工復雜，圓形地連墻廊道口范圍埋炸藥爆破施工困難等，本工程對圍護結構進行了多項優(yōu)化設計。

地連墻圍護結構斷面優(yōu)化：

1）優(yōu)化1

在目前已建成的翻車機房工程中，廊道第一墻第一道水平支撐均布置在帽梁以下。本工程第一次將第一道水平支撐布置在帽梁平面上，由此可節(jié)省該道支撐在開挖基坑內(nèi)鑿出埋筋或植筋、施工腰梁的工序及相應費用。另外，第一道水平支撐布置在帽梁平面上，除施工簡單、易行外，首次將其水平布置貫穿整個支撐系統(tǒng)，減少了廊道內(nèi)支撐施工的工程量；

2）優(yōu)化2

已建翻車機房廊道地連墻底板支墩均和底板底平齊，本工程充分利用廊道底板厚度，適當提高廊道兩側現(xiàn)澆混凝土支撐高度，以減少水平支撐跨度，從而減小廊道地連墻內(nèi)力；

3）優(yōu)化3

在以往翻車機房工程中，廊道頂板和底板之間的水平支撐與廊道底板的凈高只有1 m 左右，對于綁扎底板鋼筋、澆筑底板混凝土、澆筑底板支墩、綁扎廊道側墻隔墻鋼筋、澆筑廊道側墻隔墻混凝土等施工環(huán)節(jié)造成工作空間較小、施工不便等影響。本工程將廊道頂、底板之間水平支撐與廊道底板的凈高抬高到2m 左右，以便于施工人員行走、材料運輸、綁扎鋼筋及澆筑混凝土作業(yè)；

4）優(yōu)化4

已建翻車機房廊道口范圍內(nèi)支撐系統(tǒng)均為曲腰梁，其在支護模板及綁扎鋼筋時較為復雜。本工程將第一道水平支撐布置在地連墻帽梁，由此節(jié)省了一道曲腰梁，將第二道、第三道曲腰梁改為對撐，省去了曲面模板支護的不便，并進一步將第三道曲腰梁與圓形地連墻脫離，改為普通對撐，以避免在廊道底板支撐形成前，因炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土及該曲腰梁后，失去其支撐功能；

5）優(yōu)化5

炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土時，由于地連墻鋼筋間距較密、墻厚度較厚，較難貫通地連墻，且費時費力、影響工期。本次設計采用預埋貫通套管的設計，可根據(jù)炸藥埋點預埋套管，能很方便地預埋套管，特別適合小藥量、多爆破的施工方案，以盡量避免因爆破對主體結構造成影響，并通過對施工工序的調(diào)整，減少廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻受力及配筋，以此減少炸除地連墻的難度；

6）優(yōu)化6

以往工程中，地連墻在圈梁、腰梁、豎肋處采用的預埋鋼筋、植筋兩種施工方案，前者焊接工作量大、后者鉆孔植筋工作量大，都存在施工復雜、工期長的弊端，本工程埋筋優(yōu)化設計首次采用普通鋼筋機械接頭，機械接頭的一端與預埋鋼筋相接，另一端用水煤氣管的外絲堵頭進行封堵，待地連墻施工后，鑿除地連墻混凝土保護層內(nèi)局部混凝土，露出機械接頭后，擰掉外絲堵頭換為帶絲扣的外伸鋼筋，除避免過多對地連墻混凝土造成影響外，也可忽略以往工程中外伸鋼筋施工對工期的影響；

7）優(yōu)化7

在圓形地連墻圈梁設計中，在廊道口炸除圈梁處，增加斜支撐圈梁，以增強圓形基坑的結構整體性。

4 結語

本工程在翻車機房圍護結構防滲結構中第一次在拋石棱體中采用柔性地連墻與高壓帷幕灌漿相結合的防滲結構。另外，本工程在設計中不照搬以往類似工程的設計，對圓形地連墻圈梁、豎肋，廊道地連墻水平支撐、曲腰梁等進行了優(yōu)化設計，縮短了工期，降低了工程造價，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，對今后的類似工程具有借鑒性。