重力式煤碼頭沉箱后方回填優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙燕

（江西省港航設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌330008）

重力式碼頭沉箱結(jié)構(gòu)后方與結(jié)構(gòu)物較為臨近的區(qū)域回填施工無(wú)法采用大強(qiáng)度地基處理方式，為保證回填處理效果，通?；靥顗K石或中粗砂。我國(guó)《港口工程地基規(guī)范》對(duì)排水固結(jié)、換填、輕型真空井點(diǎn)法、振沖、強(qiáng)夯等地基處理方法作出了規(guī)定，但無(wú)重力式碼頭沉箱后方回填的相關(guān)規(guī)定，造成多數(shù)此類項(xiàng)目在應(yīng)用中粗砂回填施工過(guò)程中，因環(huán)保要求海砂開采難度增大，或因采砂工藝落后，使砂石料成本明顯增大，也因此造成煤碼頭沉箱后方砂石料回填施工成本增加。為此，必須努力探索重力式碼頭沉箱結(jié)構(gòu)后方回填優(yōu)化方案，以達(dá)到提升地基承載力及節(jié)省施工成本的目的。

1 工程概況

某煤碼頭工程結(jié)合總平面布置，近期擬建一個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)散貨泊位。碼頭總長(zhǎng)度為290m，通過(guò)引堤連接碼頭后方陸域，建設(shè)輸煤廊道向廠區(qū)供煤，引堤總長(zhǎng)1315m。遠(yuǎn)期擬在近期基礎(chǔ)上浚深為10 萬(wàn)噸級(jí)散貨泊位。碼頭頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為5.70m?？紤]遠(yuǎn)期擴(kuò)建，水工結(jié)構(gòu)按10 萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)。碼頭前沿泥面設(shè)計(jì)高程近期為-14.0m，遠(yuǎn)期為-16.0m。水工建筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。

結(jié)合工藝設(shè)備荷載特點(diǎn)及遠(yuǎn)期發(fā)展使用要求，根據(jù)地質(zhì)資料及水文、施工等方面因素，考慮到碼頭后方將來(lái)可能的陸域回填，重力式結(jié)構(gòu)更為適宜。為此本階段碼頭結(jié)構(gòu)采用連片式重力沉箱結(jié)構(gòu)，引堤采用拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)。

2 回填方案

基于連片式重力沉箱碼頭結(jié)構(gòu)形式，在原方案的基礎(chǔ)上提出另外三種碼頭沉箱后方回填方案，并對(duì)各種方案的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較分析。

2.1 碼頭沉箱后方回填原方案

考慮到沉箱結(jié)構(gòu)受到地基處理的影響，在沉箱后緣線25m 以內(nèi)均不能采用大強(qiáng)度地基處理方案。原回填方案通過(guò)振沖法處理地基，振動(dòng)影響小，且要求粒徑0.075mm 以下中粗砂回填料中含泥量不得超出10%。出于施工成本控制方面的考慮，在該煤碼頭后方25m 區(qū)域內(nèi)回填中粗砂，其余區(qū)域回填含泥量20%以內(nèi)、粒徑0.075mm 以下開山料。沉箱后緣線25m 區(qū)域內(nèi)地基處理采用振沖法，25m 區(qū)域以外地基處理則采用強(qiáng)夯法。該回填方案下，碼頭沉箱后方所回填的中粗砂量較大。

2.2 優(yōu)化方案一

為減少中粗砂使用量，并通過(guò)分層回填施工，為避免出現(xiàn)不均勻沉降，應(yīng)對(duì)所有回填料均進(jìn)行地基處理。就施工順序而言，應(yīng)先安裝沉箱，再施作拋石棱體，將開山料回填至與沉箱后緣線相距25m 的范圍內(nèi)并強(qiáng)夯；完成胸墻施工后再將開山料和中粗砂按2.0～2.5m 層厚分層交替回填至距離沉箱后緣線25m 區(qū)域內(nèi)水下，并應(yīng)用沉箱基床方式錘夯密實(shí)；水上部分開山料分層回填，并振沖碾壓密實(shí)。

這一方案能大大減少碼頭沉箱后方中粗砂回填量，并能避免強(qiáng)夯施工對(duì)沉箱可能產(chǎn)生的不利影響，但施工過(guò)程較為繁瑣。

2.3 優(yōu)化方案二

為調(diào)整和優(yōu)化煤碼頭沉箱后方回填次序，并減少中粗砂使用量，可以考慮將中粗砂回填在沉箱后方回填料破裂角以內(nèi)區(qū)域，并振沖處理；開山料回填在其余區(qū)域，強(qiáng)夯處理。就施工順序而言，先安裝沉箱，再施作拋石棱體，開山料回填時(shí)回填邊界與破裂面的距離不得少于3.0m，回填后按要求強(qiáng)夯。以沉箱和開山料之間的間隔為隔震溝，可緩解強(qiáng)夯施工對(duì)沉箱的不利影響。胸墻施工結(jié)束后回填中粗砂，并按要求振沖、分層碾壓。

此方案能使中粗砂回填量大大減少，所減少的用砂量約為原方案用砂量的1/2 左右，且天然隔震溝的存在能緩解煤碼頭沉箱后方回填料強(qiáng)夯施工對(duì)沉箱的不利影響；而且這種強(qiáng)夯施工和中粗砂回填次序的調(diào)整不會(huì)對(duì)工程費(fèi)用和工期造成不利影響。

2.4 優(yōu)化方案三

該方案應(yīng)用快速低能夯實(shí)地基處理工藝，可使煤碼頭沉箱后方回填料性能大大優(yōu)化。就施工順序而言，先安裝沉箱，再施作拋石棱體，將開山料回填后使沉箱后緣和坡頂線距離控制在13m 左右，并強(qiáng)夯；胸墻施工結(jié)束后將開山料回填至沉箱、已強(qiáng)夯區(qū)域及胸墻之間的水域，回填至標(biāo)高達(dá)到2.5m 后應(yīng)用快速低能夯實(shí)工藝進(jìn)行填料夯實(shí)處理；再將開山料分層回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高3.3m。

考慮到該方案所用的快速低能夯實(shí)地基處理工藝為新工藝，可借鑒的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較少，為此必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。應(yīng)用粒徑0.075mm 以下、含泥量20%以內(nèi)的開山料回填出一塊長(zhǎng)×寬為19.00m×19.00m 的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，并通過(guò)36kJ 低能夯實(shí)機(jī)快速夯實(shí)。夯擊點(diǎn)的布置情況具體見圖1，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地共劃分為1～4 四個(gè)區(qū)域。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，該重力式煤碼頭沉箱后方地基承載力至少應(yīng)為200kPa。試驗(yàn)結(jié)束后按照設(shè)計(jì)荷載值的兩倍進(jìn)行夯實(shí)回填區(qū)實(shí)際地基承載力檢測(cè)，即檢測(cè)荷載為400kPa，分八級(jí)依次施加。

圖1 夯點(diǎn)布置圖（單位：m）

在1 區(qū)隨機(jī)抽取1 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)荷載P～位移量S 曲線具體見圖2。由圖中試驗(yàn)結(jié)果可知，試驗(yàn)荷載分別取100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 時(shí)，對(duì)應(yīng)的位移量分別為2.6mm、6.3mm、7.8mm 和10.4mm，表明，快速低能夯實(shí)地基處理工藝對(duì)于粒徑0.075mm 以下、含泥量20%以內(nèi)的開山料地基處理效果符合規(guī)范要求。

圖2 試驗(yàn)荷載P～位移量S 曲線

2.5 回填方案的比選

以上分析對(duì)原回填方案和三種優(yōu)化方案的施工過(guò)程、技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)等進(jìn)行了比較分析，而從中粗砂和開山料等回填料使用量角度來(lái)看，原方案及三個(gè)優(yōu)化方案沉箱后方中粗砂回填量分別為15.1437 萬(wàn)t、7.1725 萬(wàn)t、6.3492 萬(wàn)t 及0 萬(wàn)t；開山料回填量分別為10.7608 萬(wàn)t、18.732 萬(wàn)t、19.5552 萬(wàn)t 及25.6044 萬(wàn)t。通過(guò)比較可知，快速低能夯實(shí)處理工藝不使用中粗砂，施工過(guò)程簡(jiǎn)化，且夯實(shí)效果良好，施工成本可大大節(jié)省，故該重力式煤碼頭沉箱后方回填施工應(yīng)采用優(yōu)化方案三。

3 結(jié)論

通過(guò)本文分析得出，重力式煤碼頭沉箱后方回填粒徑0.075mm 以下、含泥量20%以內(nèi)的開山料能大大節(jié)省回填料用量，簡(jiǎn)化施工工序，節(jié)省施工成本。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用快速低能強(qiáng)夯技術(shù)處理開山料地基，可使煤碼頭沉箱后方地基承載力達(dá)到200kPa 及以上。本文通過(guò)方案比較及試驗(yàn)分析所得到的重力式煤碼頭沉箱后方回填設(shè)計(jì)方案對(duì)于類似工程設(shè)計(jì)及施工優(yōu)化具有借鑒參考價(jià)值。