天津港高樁碼頭接岸軟基加固工程監(jiān)測(cè)與分析

天津港高樁碼頭接岸軟基加固工程監(jiān)測(cè)與分析

1高樁港區(qū)接岸結(jié)構(gòu)軟基加固工程港港地區(qū)位于泥濘的海岸帶。已經(jīng)完工的深水水位是混凝土梁板結(jié)構(gòu)的。由于填補(bǔ)海岸帶的邊坡、爐渣、港口污泥泵等原因，岸墻發(fā)生了變化。在已建成的6km碼頭岸線上接岸處的軟基加固多采用排水固結(jié)法,但都不能徹底解決高樁碼頭岸坡軟土對(duì)樁的水平推力,造成樁基開(kāi)裂以及接岸處的差異沉降,另外為滿足岸坡穩(wěn)定的需要,岸坡要有較緩的坡高,從而形成較寬的樁基承臺(tái),這一直是高樁碼頭設(shè)計(jì)中的兩大難題。深層水泥拌和法是采用專門的攪拌設(shè)備把水泥系加固材料送入地基中,與軟土攪拌混合在一起,利用其化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行軟基加固的方法(簡(jiǎn)稱CDM法)。該法加固軟基可縮短工期,加固后的軟基變形很小,對(duì)上部結(jié)構(gòu)無(wú)有害影響,施工過(guò)程中挖泥、棄土量極少,施工噪音低,對(duì)周圍環(huán)境無(wú)不良影響,直接用地基土作為材料,可節(jié)省大量資源,在陸上和海上得到了廣泛的應(yīng)用。為解決上述兩大難題,1987年天津港東突堤南側(cè)碼頭接岸結(jié)構(gòu)軟基采用海上CDM拌和船進(jìn)行軟基加固。1999年天津港南疆煤碼頭接岸結(jié)構(gòu)軟基采用陸上CDM攪拌機(jī)進(jìn)行軟基加固。監(jiān)測(cè)結(jié)果和實(shí)際使用情況表明以上2項(xiàng)CDM軟基加固工程獲得了成功,由此開(kāi)辟了高樁碼頭接岸結(jié)構(gòu)軟基加固的1種新方法。以下是2項(xiàng)工程情況和監(jiān)測(cè)結(jié)果。2cm加固港東走廊南側(cè)碼頭的工程2.1復(fù)合式cm加固體設(shè)計(jì)天津港東突堤南側(cè)碼頭總長(zhǎng)950m,前期設(shè)置了木材碼頭和礦建碼頭,共6個(gè)泊位。木材碼頭長(zhǎng)777m,底高程-10.5m,排架間距7m;礦建碼頭長(zhǎng)173m,底高程-10.0m,排架間距5m。后期改建成集裝箱碼頭,底高程-12.0m。碼頭采用高樁梁板結(jié)構(gòu)。接岸處岸坡軟基采用壁式CDM拌和體進(jìn)行加固。根據(jù)接岸線地基條件的不同,CDM拌和體底高程有4種,分別為-17.0m、-20.0m、-18.0m、-19.0m,拌和體寬度分別為17.5m、19.25m、17.5m、21.0m。底高程為-17.0m的拌和體設(shè)計(jì)斷面如圖1。后方荷載為30kPa。CDM加固體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為2.5MPa,水灰比采用1.3～1.5,水泥用量為150～180kg/m3。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果,施工階段荷載完成后的CDM拌和體最大水平位移為130mm(護(hù)岸外坡角),最大垂直沉降為50mm。CDM加固體設(shè)計(jì)由日本臨海開(kāi)發(fā)研究所(OCDI)負(fù)責(zé),設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)為日本《港灣設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。施工由日本竹中丸紅聯(lián)合體負(fù)責(zé)。CDM加固體施工在海上采用CDM船,處理機(jī)為四聯(lián)軸,攪拌葉片直徑為160cm,功率為(200kW+450kW)×2,轉(zhuǎn)速為17、31、45r/min,升降速度為0～2.0r/min,加固能力60～150m3/h,船上配泥漿泵9個(gè),輸送能力20～250L/min,輸送壓力為3.0MPa。2.2地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)鉆探資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果,主要土層分布與物理力學(xué)指標(biāo)如表1。2.3表層沉降觀測(cè)結(jié)果為了控制后方回填及預(yù)壓荷載的速率,防止CDM加固體產(chǎn)生較大的水平位移和沉降,在CDM加固體布置了3個(gè)觀測(cè)斷面,分別設(shè)置了水平位移和沉降觀測(cè),觀測(cè)斷面位置和測(cè)點(diǎn)布置如圖2。CDM加固體水平位移觀測(cè)結(jié)果如表2,表層沉降觀測(cè)結(jié)果如表3。A-A斷面、E-E斷面CDM加固體水平位移及沉降觀測(cè)值較小,在設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果范圍內(nèi)。C-C斷面加固體回填土階段產(chǎn)生較大的水平位移和沉降,其原因是該斷面補(bǔ)充鉆探資料揭示的-17.0m以下的土層為粘土層,并不是設(shè)計(jì)階段的亞砂土。因此,CDM加固體后方軟基加固采取了2條措施:①將原計(jì)劃的堆載預(yù)壓改成真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法,減少了堆載時(shí)的水平力;②將塑料排水板深度由原計(jì)劃的-14.0m加深至-20.0m。采取措施后,CDM加固體水平位移和沉降趨于穩(wěn)定。該碼頭建成使用至今已有10多年,使用過(guò)程中接岸處未發(fā)現(xiàn)沉降差,碼頭樁基未出現(xiàn)開(kāi)裂等情況,說(shuō)明采用該方法解決了以往高樁碼頭設(shè)計(jì)中的兩大難題。3港南澳鐵路碼頭cm加固工程3.1中引橋cdm加固體攪拌樁設(shè)計(jì)天津港南疆煤碼頭CDM加固工程是國(guó)家九五攻關(guān)課題《海上深層水泥攪拌加固軟基技術(shù)研究》示范工程。該工程由中引橋CDM加固體和東引橋CDM加固體組成。接岸處使用荷載為均布荷載,q=20kPa。設(shè)計(jì)采用有關(guān)路橋規(guī)范,與日本標(biāo)準(zhǔn)相比,減小了斷面,節(jié)省了投資。設(shè)計(jì)斷面如圖3(a)、(b)。東引橋CDM加固體為塊式結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為40.5m,寬為4.4m,攪拌樁頂高程為2.0m,底高程為-16.5m,樁長(zhǎng)18.5m。中引橋CDM加固體為壁式結(jié)構(gòu),長(zhǎng)為30.15m,寬為8.25m;CDM長(zhǎng)攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)與東引橋相同,短攪拌樁頂高程為2.0m,底高程為-1.0m,長(zhǎng)度為3.0m。加固體采用525號(hào)普通硅酸鹽水泥,水泥摻量為310kg/m3。攪拌樁單樁樁徑為700mm,樁與樁之間搭接150mm,CDM加固體每隔9～10m設(shè)一沉降縫,沉降縫兩側(cè)水泥攪拌樁相切。水泥攪拌樁90d標(biāo)準(zhǔn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.5MPa。加固體采用525號(hào)普通硅酸鹽水泥,水泥摻量為310kg/m3。攪拌樁單樁樁徑為700mm,樁與樁之間搭接150mm,CDM加固體每隔9～10m設(shè)一沉降縫,沉降縫兩側(cè)水泥攪拌樁相切。水泥攪拌樁90d標(biāo)準(zhǔn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.5MPa。攪拌樁采用改造后的陸上攪拌設(shè)備進(jìn)行施工,然后挖除上部回填土。中引橋CDM加固體上部胸墻施工及后方塊石回填過(guò)程中的變形、沉降等監(jiān)測(cè)結(jié)果變化很小,因此在胸墻后方進(jìn)行了堆載試驗(yàn)。荷載值為80kPa,堆載面積21.5×27.5m,高4.5m,近坡腳離胸墻前沿線5.0m,滿載15d后卸載。3.2地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)鉆探資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果,中引橋地基土層分布與物理力學(xué)指標(biāo)如表4所示。3.3樁身變形和變形為了掌握CDM加固體運(yùn)行參數(shù),為九五攻關(guān)新的設(shè)計(jì)方法提供依據(jù),兩引橋設(shè)置了多項(xiàng)觀測(cè),其中CDM加固體的側(cè)向變形和表層沉降觀測(cè)結(jié)果如下:(1)變形采用梁桿有限元法計(jì)算原理,將CDM加固體簡(jiǎn)化為彈性地基上的梁,地基土簡(jiǎn)化為彈性桿,地基反力系數(shù)采用m法,m取加固體范圍內(nèi)各土層m值(表4)的厚度加權(quán)平均值;加固體以上(2.0m以上)后方土體作為超載,計(jì)算作用在加固體側(cè)面上的外力。計(jì)算時(shí),彈性模量取水泥土和地基土的加權(quán)平均值,計(jì)算所得兩引橋樁身變形曲線。從樁身變形曲線可以看出:①中引橋CDM加固體攪拌樁最大變形不到4mm;②胸墻后方堆載后實(shí)測(cè)加固體變形很小,與采用全站儀觀測(cè)到的5個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)位移僅1～2mm相一致;③實(shí)測(cè)樁身變形與理論變形基本一致。東引橋CDM攪拌樁樁身變形很小,樁頂最大變形3mm左右,計(jì)算變形與實(shí)測(cè)變形基本一致。(2)表層沉降從中引橋CDM加固體表層沉降可以看出,b1、b2、b3點(diǎn)在后方回填完成后的沉降值為3～4mm,胸墻后方堆載后,沉降隨之增大,沉降值在8～10mm,卸載后,地基反彈,反彈后沉降值大約4mm左右,b4、b5點(diǎn)實(shí)測(cè)沉降值僅為1～2mm。東引橋db1、db2、db3點(diǎn)沉降值一般在3～4mm,b4、b5點(diǎn)沉降值1～2mm。碼頭使用過(guò)程中,接岸處未出現(xiàn)差異沉降和樁基開(kāi)裂現(xiàn)象,再次證明了該方法加固處理接岸結(jié)構(gòu)軟基是成功的。4加固接岸結(jié)構(gòu)軟基的效果天津港東突堤南側(cè)碼頭CDM加固工程采用日本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),加固體寬度較大。施工采用海上CDM攪拌船,攪拌較為均勻,水泥用量較少。天津港南疆煤碼頭CDM加固工程采用有關(guān)路橋規(guī)范,加固體寬度較小,采用九五攻關(guān)中的新設(shè)計(jì)方法,斷面還可以減小,顯示出更強(qiáng)的生命力。該工程采用陸上設(shè)備施工