巖溶地區(qū)重力式碼頭穩(wěn)定性分析的探究

王春彭，張東婷，安寶祥

（建材廣州地質(zhì)工程勘察院，廣東 廣州 510403）

巖溶地區(qū)重力式碼頭穩(wěn)定性分析的探究

王春彭，張東婷，安寶祥

（建材廣州地質(zhì)工程勘察院，廣東 廣州 510403）

巖溶地區(qū)溶洞發(fā)育形態(tài)各異，同時由于第四系覆蓋層中土洞的存在，使得基巖穩(wěn)定性差。當(dāng)采用天然地基淺基礎(chǔ)時，需要對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。本文以某水泥骨料建材專用碼頭為例，針對巖溶地區(qū)重力式碼頭穩(wěn)定性相關(guān)問題進(jìn)行探究，希望能夠為日后巖溶地區(qū)重力式碼頭穩(wěn)定性的相關(guān)課題完善及創(chuàng)新提供可行性思路及建議。

巖溶地區(qū)；穩(wěn)定性；重力式碼頭

巖溶是水對可溶性巖石進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。由于地表水和地下水溶蝕的作用，破壞了巖石的完整性，大幅度降低了巖石的穩(wěn)定性及強(qiáng)度，威脅到建筑物的安全。巖溶地區(qū)同時存在有土洞，土洞是發(fā)育在可溶巖上覆土層中的空洞。其形成需有易被潛蝕的土層，其下有排泄、儲存潛蝕物的巖溶通道。當(dāng)?shù)叵滤辉趲r土交界面附近做頻繁升降時，由于水對土層的潛蝕而形成土洞。溶洞和土洞的存在使得基巖穩(wěn)定性降低，當(dāng)采用天然地基淺基礎(chǔ)時，天然地基承載力變差，需要對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 巖溶地區(qū)工程概況

1.1 重力式碼頭的特點(diǎn)

重力式碼頭，即靠結(jié)構(gòu)自身及其填料的重力保持穩(wěn)定的碼頭。一般由墻身和胸墻、基礎(chǔ)、墻后回填土、碼頭設(shè)備等組成。重力式碼頭建筑物的結(jié)構(gòu)形式取決于墻身的結(jié)構(gòu)及其施工方法。按照施工方法，可分為兩大類，即干地現(xiàn)場砌筑或澆筑的結(jié)構(gòu)和水下安裝的預(yù)制結(jié)構(gòu)。由胸墻、墻身、拋石基床、墻后回填等組成，靠建筑物自重、結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的填料重量和地基強(qiáng)度保持穩(wěn)定性。按墻身結(jié)構(gòu)，又分為整體砌筑式、方塊砌筑式、沉箱式和扶壁式。

重力式碼頭的特點(diǎn)：①岸壁用混凝土建成，堅閉耐久，一般不需要維修；②適用于巖石、砂質(zhì)和堅硬粘土地基；③在砂石料易于取得的地區(qū)造價較便宜；④拋石基床需分層夯實整平，預(yù)制件吊放及潛水作業(yè)工作量較大。

1.2 工程概況

巖溶地區(qū)的特殊巖土如土洞、溶洞普遍存在，影響地基的穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響建筑物的安全。現(xiàn)以某水泥骨料建材專用碼頭為例探究巖溶地區(qū)重力式碼頭的穩(wěn)定性。

該水泥建材生產(chǎn)企業(yè)碼頭位于廣東省北江中下游，清遠(yuǎn)港區(qū)內(nèi)。主要用來運(yùn)輸煤炭、散裝水泥、袋裝水泥、熟料、骨料、粉料。工程場地呈近長方形展布，碼頭建設(shè)規(guī)模為6個1 000噸級泊位，碼頭岸線全長480m。

2 巖土層分布特點(diǎn)及巖溶發(fā)育情況

2.1 巖土層分布特點(diǎn)

根據(jù)鉆孔揭露，巖土層自上而下可分為4大層：人工填土層(Qml)、耕植土層(Qpd)、沖積層(Qal)、石蹬子組灰?guī)r(C1sh)，現(xiàn)分述如下：

2.1.1 人工填土層(Qml)

1層素填土：灰色，松散，濕。主要成分為人工堆填的粉質(zhì)粘土及碎石等，層厚0.40～3.30m，平均為1.60m；層面標(biāo)高25.61～34.36m，平均為31.24m。

2.1.2 耕植土層(Qpd)

2層耕填土：灰褐、褐黃色，可塑，局部松散，濕。土質(zhì)成分為粉質(zhì)粘土，見植物根系，揭露厚度為0.50～0.90m，平均0.79m；層面標(biāo)高27.78～33.74m，平均31.94m。

2.1.3 沖積層(Qal)

(1) 3-1層粉細(xì)砂：淺灰、淺黃色，松散，濕。主要成分為石英，分選性較好，粒徑較均勻，層厚0.30～8.30m，平均為2.23m；層面標(biāo)高21.37～35.01m，平均為29.76m；層頂埋深0.80～2.10m，平均為1.50m。

(2) 3-2層粉質(zhì)粘土：淺黃、褐黃色，可塑。主要由粉粒和粘粒組成，稍有光澤，搖震反應(yīng)中等，中等干強(qiáng)度，中等韌性，層厚0.50～7.80m，平均為3.09m；層面標(biāo)高18.31～31.25m，平均為27.32m；層頂埋深1.50～10.40m，平均為5.02m。

(3) 3-3層中砂：淺灰、淺黃色，稍密—中密，濕。主要成分為石英，分選性較好，粒徑較均勻，層厚0.50～7.80m，平均為3.09m；層面標(biāo)高 18.31～31.25m，平均為27.32m；層頂埋深1.50～10.40m，平均為5.02m。

(4) 3-4層卵石：灰、灰黃色，稍密，局部中密，飽和，磨圓度一般，呈次圓狀，粒徑2～10cm。主要成分為石英及砂巖碎塊，顆粒間充填物以粗砂、礫砂為主，局部含少量粘粒，充填物約占30%～65%，厚度為3.20～25.40m，平均厚度為11.18m；層頂埋深為13.61～30.75m，平均埋深為23.95m；層面標(biāo)高為0.30～17.20m，平均標(biāo)高為7.22m。

2.1.4 石蹬子組灰?guī)r(C1sh)

4層微風(fēng)化灰?guī)r：灰白、灰—深灰色，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，局部裂隙稍發(fā)育，巖芯以短—長柱狀為主，少量呈塊狀，局部方解石細(xì)脈發(fā)育，巖質(zhì)堅硬，RQD較好—很好，厚度為3.20～25.40m，平均厚度為11.18m；層頂埋深為13.61～30.75m，平均埋深為23.95m；層面標(biāo)高為0.30～17.20m，平均標(biāo)高為7.22m。

2.2 本場地巖溶發(fā)育情況

2.2.1 土洞

本次勘察場地內(nèi)54個鉆孔中，有2個鉆孔揭露到土洞，見洞率為1.24%，鉆探時稍施壓鉆具下落或鉆具自落。根據(jù)巖溶地區(qū)土洞發(fā)育隨機(jī)性較大的特點(diǎn)，表明場地內(nèi)未施鉆其他區(qū)域有土洞存在的可能性。土洞頂埋深16.00～18.20m，標(biāo)高11.70～18.40m；土洞底埋深21.00～21.20m，標(biāo)高8.90～13.20m；洞高2.80～5.20m，洞內(nèi)充填軟—流塑狀粘性土。

2.2.2 巖溶

本次勘察場地內(nèi)54個鉆孔中，有33個鉆孔揭露到溶洞，見洞率為61.11%。石灰?guī)r地層由于風(fēng)化和溶蝕作用，造成巖面起伏變化大，表層溶溝、溶槽、溶隙及溶洞等發(fā)育強(qiáng)烈，局部地段由于風(fēng)化作用形成溶蝕深槽；下部巖層中發(fā)育溶洞，主要發(fā)育在巖面附近，有些呈串珠狀分布。與巖面接觸處，存在力學(xué)性質(zhì)較差的呈軟塑—流塑狀軟土，厚度不一，在進(jìn)行樁基設(shè)計、施工時，應(yīng)充分考慮其不利影響。溶洞頂埋深13.70～31.30m，標(biāo)高-5.70～20.40m；溶洞底埋深15.40～36.60m，標(biāo)高-11.00～18.70m；洞高0.40～6.00m，多為充填溶洞，溶洞內(nèi)充填卵石及中細(xì)砂或為空洞。

3 場地穩(wěn)定性評價及施工措施建議

3.1 穩(wěn)定性評價

設(shè)計單位結(jié)合此項目及地區(qū)工作經(jīng)驗，同時考慮成本、地質(zhì)環(huán)境及施工可行性等因素，最終方案采用重力式碼頭，+17.5m定為基床標(biāo)高，以含粗砂的卵石為持力層，基槽承載力穩(wěn)定性分析如下：

(1) 從整個岸線考慮，+17.5m位置位于不同的地質(zhì)單元，存在卵石層、粉質(zhì)粘土層、石灰?guī)r層等。差異最明顯位置大約K0+360位置，岸線K0+0～K0+360基槽為土層，K0+360～K0+480基槽為巖層。相同基礎(chǔ)形式位于不同地質(zhì)單元，對構(gòu)筑物會產(chǎn)生不均勻沉降，影響建筑物的正常使用。

(2) K0+70～K0+110m，基槽位置勘察期間揭露有土洞，土洞主要存在于土層中，土洞頂板極易遭受破壞，使得承載力大大降低，影響建筑物安全。

(3) K0+0～K0+70m，K0+110～K0+360岸線雖然卵石埋藏深度較大，但下伏巖層揭露溶洞，次區(qū)段見洞率接近100%。此區(qū)段巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，溶洞頂板穩(wěn)定性會影響構(gòu)筑物的安全。

(4) K0+360～K0+480岸線依據(jù)勘察資料揭露為基巖基槽，同時也存在淺層溶洞，見洞率較低。承載力遠(yuǎn)大于設(shè)計地基承載力特征值，在爆破炸礁過程中，薄層溶洞頂板破裂，溶洞進(jìn)行填塞，地基穩(wěn)定性較好。

3.2 施工措施及建議

(1) 針對K0+70～K0+110m岸線土洞問題，挖斗對勘察孔揭露有土洞位置，清除充填物，換填處理。

(2) K0+360～K0+480m岸線為巖質(zhì)基床，爆破至設(shè)計基床標(biāo)高，在土巖交界的位置，采取結(jié)構(gòu)措施，預(yù)留沉降縫，減弱因不均勻沉降造成的拉裂紋。

(3) 對于K0+0～K0+70，K0+110～K0+360岸線卵石埋藏深度較大，但是下腹巖層揭露溶洞，由于是水下作業(yè)，溶洞填充，灌漿施工難度高，漿液流失嚴(yán)重?？蛇m當(dāng)增加基槽開挖深度，從而增大了拋石厚度，分層夯實拋石。

4 結(jié)語

綜上所述，本課題結(jié)合某建材碼頭的工程實例，針對巖溶地區(qū)采取重力式碼頭方案的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并提出了合理的處理措施。目前，經(jīng)過長時間觀測，該碼頭營運(yùn)狀態(tài)良好，希望能為以后巖溶地區(qū)重力式碼頭設(shè)計和施工提供參考。

[1]凌英顯.重力式碼頭整體穩(wěn)定性分析的探討[J].工程勘察，1984 (12)：25-30.

[2]趙明華.橋梁基樁樁端溶洞頂板穩(wěn)定性的模糊分析研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2015(8)：1377.

[3]丘勤寶.軟基上建筑物的穩(wěn)定性及地基極限強(qiáng)度的確定[J].水利學(xué)報，1963(4)：46.

The Stability Analysis of Gravity Wharf in Karst Region

WANG Chun-peng, ZHANG Dong-ting, AN Bao-xiang
(Guangzhou Geological Engineering Investigation Institute of Building Materials, Guangzhou 510403, China)

Karst caves develop in different forms, at the same time, the existence of soil holes of the quaternary overburden reduces rock stability. when adoptting the shallow foundation of natural foundation, we need to analyze its stability. In this paper, taking one cement aggregate building materials wharf as an example,we will explore relevant issues of the stability of gravity wharf. May it will provide suggestions and innovation feasibilities to related topics of the stability of the gravity wharf in karst region in the future.

karst region; stability; gravity wharf

P641.134

A

1007-9386(2016)04-0053-02

2016-11-23