淺談合肥東航碼頭后方陸域地基處理的設計

王志勇, 羅 彬, 許 旭

(安徽省現代交通設計研究院有限責任公司,安徽 合肥 230022)

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展,國內危險化學品港口作業、存儲的品種和數量需求在持續增加,港口安全生產仍然面臨著十分嚴峻的形勢。合肥大興集危險品碼頭處于合肥市新東部中心核心區域,為支持合肥市東部中心建設以及南淝河治理需要,大興集危險品碼頭被合肥市人民政府列入遷建范圍。

2019年4月,經合肥市人民政府和安徽省港航集團有限公司相關部門現場調研確定,大興集危險品碼頭搬遷并選址在肥東縣撮鎮鎮循環經濟園店埠河航道左岸。2019年7月,合肥市規委會召開會議,明確了危險品碼頭異地遷建規劃選址、用地、安全環保等事項,為下一步推進危險品碼頭項目建設奠定了基礎。

擬建碼頭工程為大興集危險品碼頭的遷建工程,位于肥東縣撮鎮鎮店埠河左岸,店埠河航道是肥東縣主要的水路運輸通道,也是合裕線航道的重要組成部分[1]。

1 地理位置

本項目位于合肥市肥東縣合肥循環經濟示范園園區,肥東縣撮鎮鎮店埠河航道左岸。項目距合肥市中心城區16 km,距肥東縣縣城店埠鎮8 km,距合肥市市域城鎮體系中工業型重點鎮撮鎮2 km,區位優勢較為明顯。

2 工程地質

根據本項目的地勘報告,綜合分析本次鉆探、原位測試及室內試驗成果,以及地基土在成因、土質結構及土的物理力學性質等方面的差異,結果見表1。各巖土層的土性特征及其分布自上而下分述如下。

表1 場地各層土地基承載力基本容許值及壓縮模量

2.1 第①層素填土

色雜,主要為灰黃色、棕黃色,土濕,較松散,主要成分為粉質黏土局部夾碎石、碎磚等,局部為耕土,夾有植物根莖。具高壓縮性。

全場地分布;最薄處為1.10 m,見于J7號孔;最厚處為4.30 m,見于Z6號孔;平均厚度為1.98 m;層面最高處標高為14.29 m,見于Z6號孔;層面最低處標高為9.90 m,見于Z1號孔;平均標高為11.60 m。

2.2 第②層粉質黏土

灰黃、褐黃色,濕,可塑,局部夾粉土,干強度中等,中等韌性,搖振反應慢,稍有光澤。中等壓縮性。

局部分布,僅在第Z1,J2,J3,J4,J5,Z6,J8,Z9,Z11,J13,號孔一帶可見;最薄處為0.70 m,見于J13號孔;最厚處為2.70 m,見于J2號孔;平均厚度為1.66 m;層面最高處標高為11.91 m,見于J13號孔;層面最低處標高為7.80 m,見于J8號孔;平均標高為9.26 m。

2.3 第③層粉質黏土

灰黃、灰色,濕,軟塑,局部流塑,局部夾粉土,干強度中等,中等韌性,搖振反應慢,稍有光澤。中等壓縮性。

局部分布,僅在第Z1,J5,號孔一帶可見;最薄處為1.50 m,見于J5號孔;最厚處為4.60 m,見于Z1號孔;平均厚度為3.05 m;層面最高處標高為6.70 m,見于J5號孔;層面最低處標高為6.30 m,見于Z1號孔;平均標高為6.50 m。

2.4 第④層粉質黏土

灰黃、棕黃色,濕,可塑至硬塑,夾有鐵錳結核及灰白色高嶺土,局部夾粉土,干強度中等,中等韌性,搖振反應慢,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為2.20 m,見于Z1號孔;最厚處為13.00 m,見于Z12號孔;平均厚度為8.48 m;層面最高處標高為11.68 m,見于Z12號孔;層面最低處標高為1.70 m,見于Z1號孔;平均標高為7.87 m。

2.5 第⑤層粉質黏土夾粉土

灰黃色,濕,可塑,不均勻夾粉土,局部粉土含量較多,干強度中等,中等韌性,搖振反應中等,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為3.20 m,見于Z11號孔;最厚處為9.60 m,見于J8號孔;平均厚度為6.21 m;層面最高處標高為1.60 m,見于J8號孔;層面最低處標高為-2.80 m,見于J7號孔;平均標高為-0.62 m。

2.6 第⑥層粉土

灰黃色,濕,中密狀,局部密實狀,局部夾有薄層狀粉質黏土或粉細砂,干強度低,低韌性,搖振反應中等,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為2.20 m,見于Z1號孔;最厚處為6.00 m,見于Z6號孔;平均厚度為3.49 m;層面最高處標高為-3.71 m,見于Z6號孔;層面最低處標高為-8.02 m,見于Z12號孔;平均標高為-6.82 m。

2.7 第⑦層粉質黏土

棕黃色,稍濕,硬塑,局部可塑,夾有鐵錳結核及灰白色高嶺土,局部夾粉土,底部夾有顆粒狀風化物,干強度中等,中等韌性,搖振反應慢,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為6.20 m,見于J13號孔;最厚處為10.90 m,見于Z1號孔;平均厚度為9.16 m;層面最高處標高為-8.76 m,見于Z11號孔;層面最低處標高為-11.90 m,見于J7號孔;平均標高為-10.32 m。

2.8 第(⑧-1)層全風化泥質粉砂巖(K)

棕紅色,全風化,組織結構已基本破壞,礦物成分已經顯著變化,局部風化成土狀,巖芯多呈碎塊狀及砂狀。

最薄處為4.90 m,見于Z10號孔;最厚處為7.30 m,見于Z1號孔;平均厚度為5.87 m;層面最高處標高為-19.22 m,見于Z12號孔;層面最低處標高為-21.00 m,見于Z1號孔;平均標高為-19.92 m。

2.9 第(⑧-2)層強風化泥質粉砂巖(K)

棕紅色,強風化,組織結構已大部分破壞,礦物成分已經顯著變化,局部含有黏土礦物,風化裂隙很發育,干時可用手折斷或捏碎,浸水或干濕交替時易軟化或崩解,干鉆不易鉆進,巖芯多呈碎塊狀及砂狀,少量短柱狀。

在第Z1、Z6、Z9、Z10、Z11、Z12號孔揭示;最薄控制處為5.20 m,見于Z12號孔;最厚控制處為5.80 m,見于Z1號孔;平均控制厚度為5.45 m;層面最高處標高為-24.36 m,見于Z10號孔;層面最低處標高為-28.30 m,見于Z1號孔;平均標高為-25.79 m[2]。

3 陸域形成

3.1 地形地貌

合肥市地形基本為崗沖起伏的丘陵,地勢西北高,東南低;市區除沿南淝河兩側有些洼地外,大部分地區高于洪水位。城市建成區高程為10～43 m,少數沿河洼地高程為8～10 m,大蜀山海拔高程為280 m。擬建場地溝塘較多,地形起伏較大,微地貌屬南淝河及店埠河一級階地,地貌形態單一,地面高程一般為8.6～12.96 m,地面平均高程11.5 m。

3.2 陸域形成

后方陸域西側區域應先清除表層土質不均勻、含較多植物根系的腐土,溝塘處應抽干河塘中積水并清除淤泥,回填素土整平至標高10 m作為地基處理施工操作面。東側區域先清表再挖高填低,挖填高度與周邊高程一致作為地基處理的操作面[3]。

(1) 土基頂面控制高程為鋪面高程減去鋪面結構層厚度。

(2) 根據港區平面布置和工程地質條件,對陸域不同區域采用相應的地基處理方式。

(3) 地基處理達交工標高,經檢測合格后方可進行下道工序的施工。

(4) 溝塘內,首先進行排水、清淤,再回填粉質黏土,回填高度與周邊地基處理的操作面高程一致[4]。

(5) 土基頂面的指標控制見表2。

表2 土基頂面控制指標表

(6) 港內道路及路面結構層以下的路基填料最小強度和最大粒徑、壓實度(重型)要求:摻4%石灰土墊層填料最小強度(CBR)不應小于6%,壓實度不應小于95%,材料最大粒徑不大于10 cm。應分層回填并碾壓密實,每層厚度不大于30 cm。

(7) 港內道路及路面結構層以下的路基填料最小強度和最大粒徑、壓實度(重型)要求[5]見表3。

表3 路基填料最小強度和最大粒徑、壓實度

4 地基處理

結合場地地形、地質特點等因素,設計擬采用強夯法和分層碾壓法組合使用的方案。后方陸域西側溝塘、廢棄河道區域采用強夯法進行地基處理,其余區域采用分層碾壓地基處理方法。

強夯法是反復將夯錘提到高處使其自由落下,給地基以沖擊和振動能量,將地基土夯實,從而提高地基的承載力,降低其壓縮性,改善地基性能[6]。

分層碾壓法是采用碾壓、振動壓實機械來回反復碾壓、振動使地基土密實、強度提高、壓縮性降低。此法常用于基坑面積大及開挖土方量大的工程,特別適用于處理大面積填土的壓實。

4.1 單擊夯擊能及單擊面積、靜壓值[7]

擬對場地采用3 000 kN·m點夯,1 500 kN·m滿夯。

夯錘:錘重20 t,錘徑2.20 m,錘底面積3.8 m2,靜壓值51.58 kPa;

夯錘提升高度≥15 m,滿足各種點夯、滿夯夯擊能要求。

為避免因夯擊能過大擠出底部的淤泥形成橡皮土或出現吸錘、無法走車提錘等不利于施工、無法達到質量要求等現象,在局部土質較差區域降低夯擊能至2 000 kN·m,同時為彌補夯擊能的不足,可以增加夯擊遍數從而確保工程質量。如降低至2 000 kN·m夯擊能依然無法施工,則對局部進行換填。

4.2 夯擊遍數

根據場地情況,夯擊遍數:點夯2遍,滿夯,1遍。

4.3 夯擊次數

應通過現場試夯試驗確定夯點的夯擊次數,同時要滿足以下條件:

(1) 最后兩擊的平均夯沉量≤5 cm,作為停錘的條件。

(2) 夯坑周圍地面不應發生過大的隆起,考慮施工方便,不能因夯坑過深而發生起錘困難的情況。

(3) 強夯夯擊次數4～6擊,夯沉量過大或起錘困難時須回填后再夯。

4.4 夯點布置

夯點為5 m×5 m正方形布置,第二遍夯點位于第一遍夯點中間,兩邊夯點呈現梅花狀。滿夯為1/4錘印搭界。

4.5 分層回填

滿夯完之后,再依次分層回填素土至設計高程處,要求分層填筑并碾壓密實,每層厚度不大于30 cm。分層碾壓完成后,檢測壓實度應達到設計要求。

4.6 分層碾壓法[8]

除溝塘區域外清表厚度取30 cm,清表完成后進行壓實,其壓實度(重型)≥90%。依次分層回填素土至土基頂面設計高程13.5 m處,要求分層填筑并碾壓密實,每層厚度不大于30 cm。碾壓完成后,檢測壓實度應達到設計要求。

4.7 回填土設計要求

回填的素土應做土工試驗,回填土要求采用黏粒含量為10%～35%、7～20塑性指數的黏性土,并且不應夾雜有磚瓦垃圾、植物根莖等;填筑土料含水率與最優含水率的允許偏差為±3%;要求分層填筑,每層厚度不大于30 cm,并碾壓密實,回填土的施工質量檢驗應分層進行,并應在每層的壓實系數符合設計要求后再鋪填上一層,指標詳見上表3中的規定。

5 施工步驟

5.1 施工工序

(1) 第一工序:在施工區域內根據場地情況布置夯點,采用對應夯擊能進行點夯施工。

(2) 第二工序:夯完成后推平夯坑。

(3) 第三工序:進行滿夯施工。

5.2 地基處理施工步驟

(1) 清理并平整施工場地;

(2) 標出第一遍夯點位置,并測量場地高程。

(3) 起重機就位,夯錘置于夯點位置。

(4) 測量夯前錘頂高程。

(5) 將夯錘起吊到預定高度,開啟脫鉤裝置,待夯錘自由下落后,放下吊鉤,測量錘頂高程,若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時,應及時將坑底整平。

(6) 重復步驟(5),按設計規定的夯擊次數及控制標準,完成一個夯點的夯擊。

(7) 換夯點,重復步驟(3)至(6),完成第一遍全部夯點的夯擊。

(8) 用推土機將夯坑填平,并測量場地高程。

(9) 在規定的間隔時間后,按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數,最后用低能量滿夯,將場地表層松土夯實,并測量夯后場地高程。

(10) 施工要求:

①強夯法在施工前,應根據初步確定的強夯參數,在施工現場有代表性的場地上選取一個或幾個試驗區進行試夯或試驗性施工。并通過測試,檢驗強夯效果,以便最后確定工程采用的各項參數;

②預先估計強夯后可能產生的平均地面變形,并以此確定夯前地面高程,然后用推土機平整;

③當場地表土軟弱或地下水位高的情況,宜采用降低地下水位,或在表層鋪填一定厚度的松散性材料;

④當強夯法施工所產生的振動對鄰近建筑物或設備產生有害的影響時,應設置監測點,并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。

6 施工監測

施工監測對于強夯法施工來說非常重要,因為施工中所采用的各項參數和施工步驟是否符合設計要求,在施工結束后往往很難進行檢查,所以施工過程中應有專人負責監測工作[9]。

(1) 開夯前應檢查夯錘質量和落距,以確保單擊夯擊能量符合設計要求,因為若夯錘使用過久,往往因底面磨損而使質量減少。

(2) 在每一遍夯擊前,應對夯點放線進行復核,夯完后檢查夯坑位置,發現偏差或漏夯應及時糾正。

(3) 施工過程中應按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數和每擊的夯沉量。

(4) 施工過程中應對各項參數和施工情況進行詳細記錄。

7 結束語

根據后方陸域地質條件和使用功能要求,溝塘區域采用強夯法地基處理,其他陸上區域采用分層碾壓法,在滿足工程使用要求的前提下,分區域采用不同的地基處理方式,既安全可靠,又經濟合理,為類似條件的工程提供了借鑒和參考作用。