海外某碼頭后方堆場地基處理簡析

劉興安

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）

1 工程概況

某海外新建海港工程，其主要施工內(nèi)容為：10萬t級(jí)通用泊位、10萬t級(jí)油碼頭、10萬t級(jí)多用途泊位、1萬t級(jí)支線泊位、雙向航道、開挖量超3 000萬m3的港池、堆場、防波堤、護(hù)岸及港機(jī)設(shè)備與其他附屬設(shè)施等。其中碼頭后方堆場面積為100多萬m2，鋪裝為80多萬m2，堆場總回填方量約300萬m3。堆場一般性回填材料來源于港池開挖的土石方。

地基處理范圍由碼頭沉箱后棱體至后方400 m。沉箱后方棱體塊石回填、碎石墊層拋填、混合倒濾層拋填、后方一般性回填（強(qiáng)夯）、鋪面下回填（碾壓）及結(jié)構(gòu)鋪磚（連鎖塊）。

2 處理方法優(yōu)勢分析

2.1 技術(shù)成熟、效果好

本項(xiàng)目是在瀉湖中圍成圍堰做防滲墻后，在圍堰內(nèi)開挖基坑形成干作業(yè)面修建碼頭與港池?；娱_挖的土石方用于堆場回填，堆場回填高度1～8 m不等。除湖底表層淤泥通過絞吸至指定區(qū)域外，堆場回填方全部來源于基坑。基坑內(nèi)的土石方包含低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土、素填土、雜填土、碎石土、砂土等。

根據(jù)國內(nèi)多年的強(qiáng)夯應(yīng)用及設(shè)備的更新?lián)Q代，強(qiáng)夯處理地基已廣泛運(yùn)用到公路、鐵路、機(jī)場、核電站、大工業(yè)區(qū)、港口填海等工程。該項(xiàng)目相對較復(fù)雜的高填方、高含水量基礎(chǔ)在國內(nèi)都有成功的施工案例。為避免堆場局部沉降，確保施工質(zhì)量，通過科學(xué)比選，決定采用技術(shù)成熟，處理效果好并獲國外業(yè)主認(rèn)可的強(qiáng)夯地基處理方法。

2.2 造價(jià)低

本項(xiàng)目是干作業(yè)施工的海港項(xiàng)目，本身就需要很多大型履帶式起動(dòng)機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械。這些機(jī)械設(shè)備在項(xiàng)目用于碼頭建造、防波堤吊裝等同時(shí)也可用于堆場強(qiáng)夯地基處理，充分利用這些機(jī)械，提高了機(jī)械的利用率，減少項(xiàng)目的機(jī)械成本，也節(jié)省加固原材料，與其他地基處理方式相比較，本項(xiàng)目采取強(qiáng)夯地基處理方法可節(jié)省造價(jià)30 %～70 %。

2.3 工期短

本項(xiàng)目屬于EPC海港項(xiàng)目，施工內(nèi)容多、工期短。項(xiàng)目既要滿足合同要求的質(zhì)量優(yōu)、造價(jià)低同時(shí)，還要滿足業(yè)主提出的讓項(xiàng)目盡早發(fā)揮效益，早日收回投資的要求。為效益最大化，通過優(yōu)化方案、科學(xué)配置臺(tái)班，堆場強(qiáng)夯地基處理方法與其他地基處理方法比選發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯方法處理堆場地基能縮短工期20 %～60 %。

3 強(qiáng)夯地基處理施工流程

1）首先對夯區(qū)進(jìn)行地形測量，根據(jù)夯點(diǎn)布置放出第一遍夯點(diǎn)位置，夯點(diǎn)布置為夯點(diǎn)間距選擇正方形布置，二遍點(diǎn)夯呈梅花型布設(shè)。單點(diǎn)夯擊擊數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)中得到的最佳夯擊能確定。

2）夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)，將夯錘提高到試驗(yàn)確定高度，自由下落，測定錘頂高程，計(jì)算第一擊夯沉量，作好記錄。單點(diǎn)夯擊擊數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)中得到的最佳夯擊能確定。

3）重復(fù)上一步直至最后滿足最后兩擊的平均夯沉量不大于10 cm。完成一個(gè)夯點(diǎn)施工。

4）整平，計(jì)算夯沉量，完成第一遍點(diǎn)夯施工。

5）放出第二遍夯點(diǎn)位置，下一遍夯點(diǎn)選在上一遍已夯點(diǎn)間隙，重復(fù)（1）至（4）步驟完成第二遍點(diǎn)夯施工。兩遍夯擊的間隙時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果確定。

6）普夯，普夯一遍，每點(diǎn) 2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

7）地基處理施工完成7～14天后安排板載試驗(yàn)，檢測地基承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4 地基強(qiáng)夯處理的實(shí)施

本項(xiàng)目碼頭后堆場回填料中不能含有淤泥、泥炭、草木、有機(jī)質(zhì)、金屬、橡膠及有毒物質(zhì)等不適合回填的材料，根據(jù)現(xiàn)場施工情況選用基坑開挖出來的土石料或砂料，材料的組成主要為開挖土、開挖砂、開挖石。

堆場地基處理中土石方回填高程的確定是比較關(guān)鍵的一步，根據(jù)碼頭堆場地質(zhì)情況結(jié)合地基處理的方式采用科學(xué)預(yù)留高程，可以減少地基處理后挖或補(bǔ)的工程量，提高項(xiàng)目的施工效率與效益。根據(jù)本項(xiàng)目鉆孔資料，科學(xué)分析后確定按照地基處理厚度的15 %預(yù)留強(qiáng)夯沉降量。

4.1 分區(qū)

該堆場地基強(qiáng)夯處理分為2個(gè)區(qū)（A區(qū)、B區(qū)），強(qiáng)夯處理總面積超100萬m2。強(qiáng)夯施工工藝為兩遍點(diǎn)夯，一遍普夯，設(shè)計(jì)夯擊能為4 000 kN·m，普夯為1 000 kN·m。強(qiáng)夯施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場選取一個(gè)或幾個(gè)有代表性的試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工，根據(jù)試夯確定夯擊能及遍數(shù)，試驗(yàn)區(qū)數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑場地復(fù)雜程度、建設(shè)規(guī)模及建筑類型確定。經(jīng)過科學(xué)的分析與綜合考慮，分別在A區(qū)、B區(qū)選取2個(gè)有代表性的區(qū)域（40 m×25 m）為強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)。

4.2 試夯

A區(qū)試夯區(qū)的強(qiáng)夯施工控制參數(shù)為夯擊能量3 000 kN·m，夯點(diǎn)間距選擇5 m×5 m正方形布置，點(diǎn)夯二遍，二遍點(diǎn)夯呈梅花型布設(shè)，每點(diǎn)暫定夯擊次數(shù) 10擊，點(diǎn)夯收錘標(biāo)準(zhǔn)以最后兩擊平均夯沉量小于5 cm控制，點(diǎn)夯之后進(jìn)行一遍普夯，普夯能量1 000 kN·m，普夯一遍，每點(diǎn)2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

B區(qū)試夯區(qū)的強(qiáng)夯施工控制參數(shù)為夯擊能量4 000 kN·m，夯點(diǎn)間距選擇6 m×6 m正方形布置，點(diǎn)夯二遍，呈梅花型布設(shè)，每點(diǎn)暫定夯擊次數(shù) 10擊，點(diǎn)夯收錘標(biāo)準(zhǔn)以最后兩擊平均夯沉量小于10 cm控制，點(diǎn)夯之后進(jìn)行一遍普夯，普夯能量1 000 kN·m，普夯一遍，每點(diǎn)2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

A區(qū)試夯區(qū)點(diǎn)夯施工耗時(shí)平均15分鐘/點(diǎn)，試夯耗時(shí)7天；B區(qū)試夯區(qū)點(diǎn)夯施工耗時(shí)平均18分鐘/點(diǎn)，試夯耗時(shí)6天。點(diǎn)夯施工按錘擊數(shù)及最后兩擊夯沉量進(jìn)行雙向控制。單點(diǎn)夯擊數(shù)以10擊為界限，若在10擊以內(nèi)最后兩擊平均夯沉量滿足設(shè)計(jì)要求，夯擊至10擊停錘，若10擊后最后兩擊平均夯沉量未滿足要求，夯擊至滿足夯沉量要求為止。點(diǎn)夯施工對每個(gè)夯點(diǎn)施打進(jìn)行詳細(xì)的記錄。A區(qū)點(diǎn)夯最后兩擊平均夯沉量≤5 cm，滿足設(shè)計(jì)要求，如表1。B區(qū)點(diǎn)夯最后兩擊平均夯沉量≤10 cm，滿足設(shè)計(jì)要求。如表2。

圖1 A、B區(qū)點(diǎn)夯施工夯點(diǎn)布置

圖2 普夯施工夯點(diǎn)布置示意

表1 A區(qū)試夯區(qū)情況匯總

表2 B區(qū)試夯區(qū)情況匯總

點(diǎn)夯完成后，即在試夯區(qū)普夯，夯擊能量1 000 kN·m。普夯一遍，每點(diǎn)2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯施工各工序夯沉量匯總?cè)绫?。

表3 試夯區(qū)夯沉量匯總

4.3 板載試驗(yàn)

板載試驗(yàn)要求在強(qiáng)夯施工完成后 7～14天內(nèi)進(jìn)行，板載檢測點(diǎn)由工程師現(xiàn)場指定。板載試驗(yàn)分十級(jí)加載，記錄每級(jí)的沉降量，根據(jù)荷載～沉降曲線確定地基承載力，試驗(yàn)結(jié)果全部滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 荷載板試驗(yàn)結(jié)果

載荷板試驗(yàn)分析研究地基土的強(qiáng)度與變形特性，確定地基土的變形模量與地基承載力，試驗(yàn)設(shè)備有：千斤頂、高壓油泵、壓力表、油管、百分表等。

試驗(yàn)采用堆載（加載）法，利用平臺(tái)上壓重作為對地基試驗(yàn)的反力裝置，壓重為最大試驗(yàn)荷載的1.3倍，分級(jí)加載。

試驗(yàn)前先將地基處理平整，盡量避免對地基的擾動(dòng)，保持其原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，并用不超過20 mm的砂墊層找平，再放上承壓鋼板，通過液壓千斤頂對地基施加軸向壓力。試驗(yàn)前應(yīng)對千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行對中，保證千斤頂?shù)淖饔昧υ诔袎喊宓闹行狞c(diǎn)上。

根據(jù)試驗(yàn)最大的荷載量，試驗(yàn)采用一個(gè)頂升能力為60 t液壓千斤頂對試驗(yàn)地基施加壓力，荷載大小通過高壓油泵上的精密壓力表顯示，壓力表精度為0.4級(jí)。

地基的沉降用百分表記錄，其精度為0.01 mm，試驗(yàn)時(shí)在承壓板四周均勻布置四個(gè)百分表，測量地基的沉降，百分表固定在獨(dú)立穩(wěn)定的觀測梁上。

下沉未達(dá)穩(wěn)定不得進(jìn)行下一級(jí)加載；每級(jí)加載的觀測時(shí)間為：每級(jí)加載完畢后，間隔5 min、5 min、10 min、10 min、15 min、15 min觀測一次，累計(jì)1 h后，每隔30 min觀測一次，當(dāng)連續(xù)2 h每小時(shí)沉降量小于0.1 mm時(shí)，可認(rèn)為沉降已達(dá)相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，施加下一級(jí)荷載。

當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到下列情況之一時(shí)，可終止加載：

①承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展；

②本級(jí)荷載的沉降量大于前一級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現(xiàn)明顯陡降；

③在某級(jí)荷載下 24 h沉降速率不能達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

④總沉降量與承壓板直徑（或?qū)挾龋┲瘸^0.06。

4.4 夯擊處理

根據(jù)試夯施工情況及板荷載試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)建議的施工參數(shù)（夯能及夯點(diǎn)布置）合適，滿足地基加固的要求，強(qiáng)夯后2個(gè)試夯點(diǎn)的地基承載力均不小于150 kPa，可確定按此參數(shù)大面積施工。

A區(qū)強(qiáng)夯施工參數(shù)：夯能3 000 kN·m，布點(diǎn)按間距5 m×5 m正方形布置；點(diǎn)夯兩遍，二遍點(diǎn)夯呈梅花型布設(shè)；單點(diǎn)夯擊數(shù)10擊，最后2擊平均夯沉量小于5 cm；普夯一遍，每點(diǎn)2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

B區(qū)強(qiáng)夯施工參數(shù)：夯能4 000 kN·m，布點(diǎn)按間距6 m×6 m正方形布置；點(diǎn)夯兩遍，二遍點(diǎn)夯呈梅花型布設(shè)；單點(diǎn)夯擊數(shù)10擊，最后2擊平均夯沉量小于10 cm；普夯一遍，每點(diǎn)2擊，相鄰夯點(diǎn)搭接長度不少于1/4夯錘底面積。

強(qiáng)夯施工必須事先測設(shè)夯點(diǎn)，并經(jīng)過驗(yàn)收，確保不漏夯。每遍點(diǎn)夯后推平夯坑，視高程確定是否需要回填夯沉補(bǔ)料，若點(diǎn)夯夯坑凹陷過深，應(yīng)先補(bǔ)充填料，重新強(qiáng)夯。強(qiáng)夯記錄必須得到認(rèn)可后方可推平夯坑，進(jìn)行普夯。普夯完成后使用推土機(jī)或平地機(jī)進(jìn)行場地再次整平，再使用激振力不小于200 kN的振動(dòng)式壓路機(jī)碾壓至交工高程，要求碾壓至無明顯車痕，碾壓5～8遍，并且每遍相鄰碾壓搭接寬度不應(yīng)小于碾壓寬度的 1/3，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到95 %，平整度控制在±10 cm。

4.5 驗(yàn) 收

地基處理后，按照要求對施工區(qū)域進(jìn)行 CBR試驗(yàn)，每5 000 m2設(shè)一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，檢測點(diǎn)具體位置根據(jù)現(xiàn)場條件決定，并征得工程師同意。按設(shè)計(jì)要求，地基處理區(qū)鋪面以下基礎(chǔ)0～1 m范圍內(nèi)的回填料CBR強(qiáng)度≥8%，共檢測155個(gè)點(diǎn)位，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

地基處理后，按照要求對施工區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)，每5 000 m2設(shè)一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，檢測點(diǎn)具體位置根據(jù)現(xiàn)場條件決定，并征得工程師同意。按設(shè)計(jì)要求，交工面回填料壓實(shí)度≥95 %，共檢測140點(diǎn)，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語

針對海外工程施工環(huán)境不如國內(nèi)便利的客觀情況，采用的規(guī)范又有別于國內(nèi)規(guī)范的事實(shí)。該堆場實(shí)施過程中通過科學(xué)比選，在大面積堆場地基處理中采用國外業(yè)主認(rèn)可的、技術(shù)成熟的強(qiáng)夯地基處理方法。項(xiàng)目選擇強(qiáng)夯方法處理堆場地基，為施工方節(jié)約了成本；工期提前了3個(gè)月，滿足了業(yè)主要求工程早日發(fā)揮效益的要求；該項(xiàng)目竣工后經(jīng)過 4年以上的運(yùn)行檢驗(yàn)，整個(gè)碼頭堆場 100多萬 m2至今未出現(xiàn)局部沉降現(xiàn)象，堆場地基處理的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國內(nèi)外規(guī)范。強(qiáng)夯地基處理不僅提高地基土的強(qiáng)度，降低其壓縮性，還改善抗振動(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性。這說明在碼頭后方堆場大面積地基處理中，通過采取強(qiáng)夯方法是可以避免地基產(chǎn)生沉降的，對其他類似工程提供了參考。