珠海港高欄港區(qū)5000噸級多用途碼頭工程軟基處理方案分析_百

1、珠海港高欄港區(qū)5000噸級多用途碼頭工程軟基處理方案分析曾順平(珠海格力港務有限公司,廣東珠海519020摘要:針對珠海港高欄港區(qū)5000噸級多用途碼頭軟基處理工程,論述了軟基處理方案的構思,分析了工程的重點和難點,提出了關鍵性技術問題的對策。實施結(jié)果表明,堆載對于護岸的整體穩(wěn)定影響較為突出,軟基處理后的殘余沉降是主要控制因素。文獻標志碼:A文章編號:1003-3688(201005-0015-03Analysis on Soft Foundation Treatment Scheme of 5000tonMulti-purpose Terminal Engineering in Zhuhai

2、 Gaolan PortZENG Shun-ping(Zhuhai Geli Harbor Service Co.,Ltd.,Zhuhai ,Guangdong 519020,China Abstract :This paper discusses the conception of soft foundation treatment scheme,analyses the key point and difficult point of the project,and puts forward the countermeasures to key technological problems

3、 based on the soft foundation treatment project of 5000ton multi-purpose terminal in Zhuhai Gaolan Port.The results show that,preloading is a predominant influence on the stability of revetment,the residual settlement after soft foundation treatment is the main control factor.Key words :terminal;sof

4、t foundation treatment;consolidated drained;preloading 中國港灣建設China Harbour Engineering2010年10月第5期總第170期收稿日期:2010-06-02作者簡介:曾順平(1975,男,廣東珠海人,經(jīng)理,工程師,港口與航道工程專業(yè)。珠海港高欄港區(qū)5000噸級多用途碼頭位于珠海市高欄港南水作業(yè)區(qū)東順岸。碼頭岸線長度375m ,陸域縱深約500m ,港區(qū)布置有雜貨堆場、倉庫、道路、生產(chǎn)輔助用地、預留散雜貨堆場等。其中雜貨堆場和預留散、雜貨堆場考慮未來改造為堆放5層重箱的集裝箱堆場。港區(qū)分兩期建設,前期完成碼頭結(jié)構、護

5、岸、雜貨堆場、倉庫和生產(chǎn)輔助設施的建設,后期完成預留堆場的建設。陸域形成在前期全部完成,軟基處理按照港區(qū)建設的總體部署進行施工安排,先完成前期用地的軟基處理工程和預留用地的軟基處理設計工作,預留用地軟基處理施工根據(jù)港區(qū)生產(chǎn)發(fā)展情況確定具體施工時間。1設計條件地質(zhì)條件及陸域形成本工程屬濱海淺灘地貌,基巖海岸,沿岸修有環(huán)島公路,僅一路之隔的山體巖體呈塊狀或巨塊狀。港區(qū)范圍位于淺灘中,水面開闊,水下地形平坦,水下地面標高為-1.0-2.0m 左右。天然地基土層由上至下分布有淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、粉細砂、粉質(zhì)黏土、強風化花崗巖和中風化花崗巖。典型地質(zhì)情況見表1。淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土均屬高壓縮性軟土,其主

6、要物理力學指標如表2所示。巖土名稱地層描述分層厚度/m層底標高/m 淤泥褐黃色,手感滑膩,有腥臭味,局部夾少量腐殖質(zhì)和貝殼屑。流塑-10.3-22.6淤泥質(zhì)黏性土褐灰色,手感滑膩,有腥臭味,局部夾少量粉砂和貝殼屑,局部夾薄層粉砂。流塑可塑1.011.0-17.0-25.0粉細砂灰色褐黃色,混少量黏土,局部夾少量角礫。松散稍密-20.1-29.4粉質(zhì)黏土灰白色,土質(zhì)較純,黏韌性較好?？伤芑◢弾r表1典型地質(zhì)情況中國港灣建設2010年第5期軟基處理要求本工程軟基處理的主要目的是使殘余沉降和地基承載力滿足工藝荷載和土建結(jié)構的要求。在殘余沉降方面,需考慮鋪面結(jié)構和土建結(jié)構的要求。本工程的場地,不管是堆

7、場、道路還是一般的場地均采用聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構,按照港口工程規(guī)范要求,殘余沉降需控制在50cm 以內(nèi),而按照建筑工程規(guī)范的要求,殘余沉降需控制在20cm 以內(nèi)?？紤]到本工程的地質(zhì)條件,如果按“就高不就低”原則控制殘余沉降則代價較高,而本工程的主體是港口工程,土建屬配套工程,故最終以殘余沉降50cm 作為整體軟基處理的殘余沉降要求,但對于重要建筑物,則根據(jù)具體情況或按較高要求控制沉降,或采用能較好適應地基變形的結(jié)構型式。如位于深厚軟土區(qū)的綜合樓采用了樁基礎嚴格控制沉降,而倉庫由于位于換填區(qū),軟土厚度小,則采用了鋼結(jié)構方案。根據(jù)結(jié)構要求,堆場和土建區(qū)的地基承載力按160kPa 控制,道路及一般場地的地

8、基承載力按100kPa 控制。2軟基處理的重點與難點分析結(jié)合本工程的地質(zhì)條件和軟基處理要求,軟基處理工程的重點、難點主要體現(xiàn)在以下幾方面:1地質(zhì)條件差。地質(zhì)條件差主要表現(xiàn)為軟土深厚,壓縮性大,強度低。珠海高欄地區(qū)濱海地帶普遍存在軟土深厚的特點,而本工程的軟土厚度可以說是當?shù)匾呀ê驮诮üこ讨凶畲蟮?。厚度超過20m 的高壓縮性軟土使殘余沉降的控制具較高難度,同時地基處理過程中整體穩(wěn)定的安全控制具挑戰(zhàn)性。畢竟6m 厚的回填砂加上軟基處理施工荷載超過了軟土的承載極限,因此確保地基整體穩(wěn)定成為軟基處理中不可忽視的一個問題。2地質(zhì)情況復雜。地質(zhì)情況復雜表現(xiàn)為兩方面,一方面是軟土的土層分布復雜,除了表層深厚

9、軟土外,在局部區(qū)域,粉質(zhì)黏土層以下還有一定厚度的淤泥質(zhì)土,層底標高接近-40m 。需要明確該層軟土是否要處理及如何處理。另一方面,在軟基處理前,碼頭接岸結(jié)構的地基進行換填處理,換填范圍大、深度較深,碼頭區(qū)換填范圍和陸域區(qū)軟基處理范圍有重疊。換填范圍內(nèi)外的地質(zhì)情況存在較大差異,這也是需要考慮的一個問題。方案比選本工程軟基處理的特點是處理面積大、軟土深厚,換填法、深層攪拌法、砂石樁法、高壓噴射注漿法等造價過高,投資不允許。振沖法、強夯法等不能滿足加固要求,也不能采用。只有排水固結(jié)法較為經(jīng)濟、合理。排水固結(jié)法根據(jù)預壓方式分為堆載預壓法和真空預壓法。對于本工程,兩個方案技術上均可行,也各有優(yōu)、缺點。真

10、空預壓法的優(yōu)點是工期相對短、對護岸的地基整體有利,但造價相對高、施工工藝相對復雜。堆載預壓的優(yōu)點是造價相對低、施工工藝簡單、質(zhì)量控制容易,但工期相對長、對護岸地基的整體影響相對大。對于地基處理方案,在初步設計階段和施工圖階段有所不同。初步設計階段推薦的是組合方案。對于設計荷載小的生產(chǎn)輔助區(qū)考慮到所需的預壓荷載小,從節(jié)約投資的角度出發(fā),采用的是堆載預壓方案。在換填范圍內(nèi)的堆場、倉庫區(qū),考慮到靠近碼頭岸線一側(cè)的砂層過于深厚,采用真空預壓時,邊界密封代價大且難以保證密封質(zhì)量,加上由于大部分軟土已被換填,沉降大大減少,預壓荷載也因此減小,對護岸整體穩(wěn)定影響小,因此也采用堆載預壓方案。對于軟土深厚的堆場

11、、倉庫區(qū),由于預壓荷載大,從安全和工期角度考慮,采用的是真空預壓方案。進入施工圖設計階段后,由于港區(qū)建設規(guī)劃發(fā)生變化,前期用地范圍減少,原考慮采用真空預壓方案進行軟基處理的區(qū)域大部分劃歸預留用地,因此前期用地的軟基處理到施工圖階段全部采用堆載預壓方案。關于預留用地軟基處理的方案,除堆載預壓法和真空預壓法外,還加入了高真空擊密法進行比選。在方案設計階段,推薦采用的是低位高真空分層預壓擊密法。推薦理由是該方案造價低,工期短,對前期用地生產(chǎn)干擾小。進行方案評審時,有專家對在深厚軟基上采用該方案是否能較好地控制殘余沉降存疑,畢竟該方案屬新技術,處理深厚軟基的工程實例較少,在高欄地區(qū)更無應用經(jīng)驗。因表2

12、軟土物理力學性質(zhì)指標土層天然含水量/%濕密度/(g cm -3天然孔隙比e 壓縮模量E s /MPa 固快無側(cè)限抗壓強度(原狀q u /kPa 固結(jié)系數(shù)/(10-3cm 2s -1內(nèi)摩擦角/準(黏聚力c/kPa 內(nèi)摩擦角準/(淤泥-173.2 1.57 1.946 1.908 2.0 3.07.010.270.75淤泥質(zhì)黏性土-263.5 1.60 1.735 1.559 6.2 5.712.310.9220.80淤泥質(zhì)黏性土-184快剪黏聚力c /kPa162010年第5期此,最終仍考慮在堆載預壓法和真空預壓法中作出選擇。真空預壓法由于在抽真空過程中會對周邊已有的道路結(jié)構造成破壞,嚴重影響港

13、區(qū)生產(chǎn),因此不適宜選用。當然堆載預壓法也有突出的缺點,一是大量土方在已投入生產(chǎn)的港區(qū)進出運輸,對港區(qū)生產(chǎn)有一定干擾。二是預留用地的預壓荷載比前期用地大得多,對護岸的整體穩(wěn)定也是一個考驗。相對真空預壓法而言,堆載預壓法對港區(qū)生產(chǎn)的影響小,至于安全問題,考慮到進行預留用地施工時,護岸地基經(jīng)過長時間固結(jié),軟土的強度已得到較好提高,只要采取得當措施,安全可有保障。故預留用地軟基處理最終采用了堆載預壓方案。經(jīng)過多方案綜合比較,本工程最終采用堆載預壓方案進行軟基處理。堆載預壓方案屬較為常規(guī)的軟基處理方案,其理論計算和施工操作均較為成熟,在本工程中應用,主要是要解決前述重點、難點分析中的各個問題。對于因地質(zhì)

14、條件差引起的殘余沉降和地基整體穩(wěn)定控制問題,在堆載預壓法中主要體現(xiàn)對預壓荷載大小的處理。這是本工程的一個矛盾,因為從質(zhì)量和工期角度出發(fā),預壓荷載越大越好,但預壓荷載越大,對護岸的整體穩(wěn)定影響越大,除了增加地基處理的造價,護岸工程出于安全的需要,也會因此加大斷面,增加造價。在本工程前期投資較為緊張但又必須保證地基整體穩(wěn)定的情況下,軟基處理一方面通過在條件相對好的區(qū)域適當控制預壓荷載大小來節(jié)約堆載工程量,另一方面通過控制加載速率以及采取較為妥當?shù)谋O(jiān)測手段來避免護岸工程由此增加造價。針對粉質(zhì)黏土層以下的軟土是否處理的問題,在設計階段進行了沉降分析。分析中發(fā)現(xiàn),該層軟土由于厚度相對小,所產(chǎn)生的總沉降不

15、大,又由于埋藏深,排水距離長,在鋪面結(jié)構設計年限內(nèi)固結(jié)程度很有限,因此殘余沉降小,可不處理。關于換填區(qū)與軟基處理范圍有重疊的問題,對于堆載預壓法,主要是處理好差異沉降的問題。本工程除了換填區(qū)內(nèi)外軟土厚度差別大之外,在換填區(qū)內(nèi),每個橫斷面不同位置的軟土厚度也在變化,需要靈活地設計預壓荷載強度。軟土深厚的區(qū)域必須按地面設計荷載進行超載,否則工期和殘余沉降難有保證。軟土厚度小的區(qū)域,允許讓扣除沉降補償后的預壓強度等于或小于地面設計荷載。此舉既可節(jié)約投資,也可較好地平衡差異沉降。為了減少預留用地施工干擾港區(qū)生產(chǎn),考慮擴大前期地基處理面積,即先提前處理一部分預留場地,使預留用地進行堆載預壓時,堆載邊坡不

16、占用周邊道路,也避免了預留用地在施工過程中產(chǎn)生的沉降對周邊場地造成破壞。軟基處理在吹填砂至高程3.5m后開始,首先鋪設0.7 m厚的中粗砂墊層作為水平排水墊層。然后按1.0m間距、正方形布置插打塑料排水板作為豎向排水通道,插板深度在標高-17.0-25.0m之間。插板后按加載速率分期、分級堆載。各區(qū)的堆載厚度根據(jù)地面設計荷載和施工期沉降確定,生產(chǎn)輔助區(qū)(含道路堆載厚度為2.3m,前期堆場和倉庫區(qū)堆載厚度為2.33.3m,預留用地(按重箱堆場考慮堆載厚度為5.0m?？紤]到與本工程一路之隔的山體正在開采開山石,料源充足,價格便宜,堆載材料采用了開山混合料。同時,各級堆載要求壓實度為90%93%。滿

17、載預壓至固結(jié)度達到85%(堆場、倉庫區(qū)和預留用地和90%(生產(chǎn)輔助區(qū)后卸載至交工高程。4結(jié)語本工程于2009年底完工,已投產(chǎn)運營。根據(jù)軟基處理施工及場地前期使用情況可總結(jié)出以下幾點:1總體上,本工程采用堆載預壓是合適的。但從施工過程看,堆載對于護岸的整體穩(wěn)定影響還是比較突出,對于高欄地區(qū)類似軟基處理工程,如果有條件可考慮采用真空預壓法避免護岸穩(wěn)定安全方面的風險。2經(jīng)過軟基處理后,地基殘余沉降仍然較大,此情況在港區(qū)投入使用初期尤為明顯。過大的殘余沉降對結(jié)構物是不利的,避免殘余沉降病害,除了保證軟基處理有合理的資金和工期外,結(jié)構設計上也應采取有針對性的方案。像本工程這樣的地質(zhì)條件,對殘余沉降有較高要求的結(jié)構物,只采用排水固結(jié)法是不夠的。3從本工程實測沉降和理論計算沉降對比結(jié)果看,實測沉降大于理論計算結(jié)果,這固然有統(tǒng)計誤差和施工因素的影響,但在高欄地區(qū)軟土厚度超過20m的區(qū)域,其沉降計算所取的經(jīng)驗修正系數(shù)不宜小于1.3。4采用牛皮砂和開山混合料作為回填土或者堆載土是合適的