海陸交界處取水口深基坑支護施工分析

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

海陸交界處取水口深基坑支護施工分析

石嘯，陳云

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

取水口作為LNG碼頭用于汽化加工的主要結(jié)構(gòu)設(shè)施，在整個LNG碼頭的建設(shè)中占據(jù)極為重要的地位。由于取水口需聯(lián)通海域與陸域，且結(jié)構(gòu)所處水位較深，在建設(shè)過程中不可避免地需進行深基坑支護與開挖。較通常的深基坑支護而言，波浪及海流對取水口基坑支護的不利影響不容忽視。文章就如何安全、有效地對海陸交界處取水口深基坑進行支護加固進行分析，可供類似工程借鑒。

LNG碼頭；取水口；深基坑；支護

0 引言

在LNG碼頭中，取水口作為后期液化天然氣汽化加工的重要結(jié)構(gòu)設(shè)施，在整個LNG項目建設(shè)中占有十分重要的作用。由于取水口處于海陸交接之處，通常后方陸側(cè)需進行深基坑開挖。

相對于常規(guī)的深基坑施工而言，取水口所處位置在進行深基坑開挖后，除了要承受來自陸地方向的主動土壓力以外，還需承受來自海域的波浪力及海流等不利荷載的作用。因此，如何有效地在海陸交界處進行深基坑支護，成為取水口深基坑施工安全的關(guān)鍵所在。

以某LNG碼頭取水口工程為例（如圖1所示），取水口位于工作船泊位與FSRU泊位之間，該區(qū)域陸域結(jié)構(gòu)為半圓體防波堤后方吹填粉砂，取水口采用1節(jié)取水頭和9節(jié)取水管涵，取水管涵總長為77.58 m，管涵軸線與半圓體軸線夾角為68°，見圖2。

根據(jù)設(shè)計要求，在進行取水口施工前，需先行完成陸域深基坑開挖。按照設(shè)計圖紙要求，取水口開挖基槽長77.58 m、基槽寬15.4 m、基槽底標(biāo)高-8.5 m、基坑設(shè)計開挖邊坡比為1∶4（根據(jù)水下自然放坡穩(wěn)定計算，采取開挖自然坡且不加支護的初始設(shè)計方案）。經(jīng)測量，現(xiàn)場原地面標(biāo)高為+6.0 m，最大開挖深度14.5 m。前期工程資料顯示，該區(qū)域在吹填造陸前原泥面約為-4 m，原泥面以上為吹填形成，地質(zhì)情況較差。設(shè)計斷面總計開挖塊石及淤泥約10萬m3，基槽開挖后將直接與外海聯(lián)通[1]。

圖1 取水口施工位置平面圖Fig.1 Site plan of water intake construction

圖2 取水口施工平面圖Fig.2 Plan of water intake construction

1 地質(zhì)情況概述

工程鉆探資料顯示，該區(qū)域土層在鉆探范圍內(nèi)分為3層，自上而下分層描述如下：

1）淤泥：褐灰色、灰色，軟塑狀，高塑性，土質(zhì)不均勻，含有機質(zhì)，局部夾砂斑、粉土斑及粉土薄層。該層分布較連續(xù)，層位穩(wěn)定，平均標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N<1擊；

2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：褐灰色、深灰色，可塑狀，高塑性，夾粉質(zhì)黏土薄層，局部夾粉土團和砂斑。該層分布不連續(xù)，厚度變化較大；

3）粉質(zhì)黏土：灰黃色，局部為褐灰色，可塑～硬塑狀，中塑性，局部夾黏土層、砂斑及姜石。該層分布較連續(xù)，厚度變化較大。

2 深基坑處理方式的確定

若按照初始設(shè)計方案僅對岸坡進行自然放坡開挖，由于該取水口工程深基坑在岸坡半圓體起吊后將直接同海域聯(lián)通，且該區(qū)域-4~+6 m標(biāo)高范圍內(nèi)為后期吹填粉砂所形成場地，波浪力及海流對深基坑開挖岸坡的沖刷作用將較其它土質(zhì)更為嚴(yán)重，對于深基坑的岸坡整體穩(wěn)定極為不利。與此同時，該取水口工程需同本工程3個碼頭泊位同期進行施工，后方場區(qū)陸域同時進行軟土地基加固，實際可供使用的施工場地極為有限。

出于工程本身岸坡穩(wěn)定性、經(jīng)濟性及現(xiàn)場實際有效作業(yè)面積等多方面考慮，將原邊坡比減小為1∶3的同時，對深基坑采用雙層鋼板樁支護，增加深基坑岸坡抵御來自后方土壓力及海域波浪力作用，減少深基坑開挖土方量，增加施工過程中后方用地面積。

為縮短鋼板樁施工周期，盡快形成有效的鋼板樁支護結(jié)構(gòu)，鋼板樁之間采用大鎖口的方式進行施工，便于加快初期施工速度及后期拆除施工。對鋼板樁之間的間隙及面向海域的整個岸坡，采用噸袋砂（砂源來自基坑開挖）進行堆疊加固，減小波浪及海流對岸坡及鋼板樁后方土體的淘刷作用。根據(jù)圖2分析得出，在不同方向的海域波浪力中，以法向垂直于取水口圓弧段的區(qū)域最為不利。因此，對該區(qū)域采用雙層鋼板樁進行岸坡支護，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示[2]。

圖3 圓弧段雙層鋼板樁支護典型斷面圖Fig.3 Typical cross-section of double steel plate supporting at arc segment

3 鋼板樁支護長度計算

鋼板樁支護首先進行基坑開挖，其開挖深度為3 m，采用板樁作支護結(jié)構(gòu)，假設(shè)樁長12 m，圖4為計算簡圖。場地地質(zhì)條件和計算參數(shù)見表1。

圖4 計算簡圖Fig.4 Calculation diagram

表1 地質(zhì)條件及計算參數(shù)Table 1 Geological conditions and calculation parameters

選用OT22鋼板樁，慣性矩53 584 cm4/m，截面彈性模量2 200 cm3/m，鋼材材質(zhì)為Q345B；

最大抗彎能力：M′=2 200×345/1 000=759 kN·m/m；

安全系數(shù)：K=M′/Mmax=759/149.2>1.4（滿足施工期岸坡穩(wěn)定要求），故樁長大于12 m即可滿足要求，施工時按照-14 m以下的標(biāo)高控制[3]。

4 深基坑支護的現(xiàn)場施工

深基坑岸坡邊緣先行利用100 t履帶吊配合90 kW振動錘將鋼板樁定位于測量所放開挖邊線上。用經(jīng)緯儀指揮調(diào)整樁的垂直度，調(diào)整完成后進行沉樁。板樁墻僅用于擋土作用，所以采用大鎖口式插打即可。根據(jù)實際基槽位置及最終開挖放坡坡比，開挖區(qū)域半徑為37.5 m，支護全長150 m。待鋼板樁形成整體支護后，用普通挖掘機及長臂挖掘機進行深基坑開挖，開挖坡腳按照1∶3進行控制。同時，將基槽開挖所產(chǎn)生的廢棄粉砂，用普通挖掘機裝至高強度尼龍編織袋內(nèi)（尺寸為1 m×1 m×1 m）制成噸袋砂（每個噸袋砂重量約1.5 t），而后用長臂挖掘機吊起，自下而上安放至基坑岸坡以形成有效護坡（如圖3所示）。

圓弧段承受海側(cè)波浪力較大采用雙層鋼板樁支護，該雙層支護鋼板樁間距3 m。由于場地面積有限，在完成全部鋼板樁岸坡支護后，在鋼板樁后沿15 m處設(shè)置錨固鋼板樁，間距10 m，拉桿采用兩根φ28螺紋鋼，用現(xiàn)有鋼板樁做導(dǎo)梁，與導(dǎo)梁連接為焊接連接，連接拉桿位于+4 m標(biāo)高，如圖5、6所示。

深基坑支護過程中需特別注意：

1）施工過程前期，由于噸袋砂所用的高強度尼龍編織袋并未設(shè)置封口拉鎖，在實際使用過程中，雙層噸袋砂護坡在半圓體岸線起吊后，經(jīng)過約2個月的波浪淘刷，出現(xiàn)少量噸袋沿岸坡流失現(xiàn)象，后采用縫制拉鎖的高強度尼龍編織袋進行修復(fù)后，起到了較好的護坡效果；

2）在鋼板樁振沉支護時，由于半圓體護肩處存在部分塊石對鋼板樁支護施工造成困難。因此，在實際振沉鋼板樁施工時，采取了如下施工控制標(biāo)準(zhǔn)：

圖5 圓弧段雙層鋼板樁及拉桿施工圖Fig.5 Construction drawing of the double steel plate and pull rod at arc segment

圖6 鋼板樁支護導(dǎo)梁施工圖Fig.6 Construction drawing of steel plate supporting launching nose

①在塊石區(qū)以外振沉鋼板樁時，按照標(biāo)高進行控制，振沉至-14.0 m以下標(biāo)高即可；

②對半圓體護肩塊石以內(nèi)的鋼板樁振沉?xí)r，根據(jù)實際情況將鋼板樁盡量沉入塊石層以下，未能沉入塊石層的鋼板樁利用噸袋砂及塊石護坡穩(wěn)定鋼板樁，確保其整體穩(wěn)定性。

5 施工期岸坡位移觀測

為了掌握施工期岸坡沉降和水平位移情況，預(yù)測變形趨勢，避免由于取水口整體施工速度過快給岸坡安全帶來隱患，對鋼板樁支護岸坡進行了施工監(jiān)測。

在取水口深基坑的支護鋼板樁上布設(shè)3組滑動式測斜儀，在坡肩處布設(shè)5組滑動式測斜儀和3組土體內(nèi)孔隙水壓力儀。

設(shè)計單位對取水口岸坡開挖后的變形參考值為：沉降≤10 mm/d，位移≤+4.0 mm/d，總位移值≤+30 mm。鋼板樁上設(shè)置的3個觀測點，每天觀測1次。

該取水口工程自開工至最終竣工總計周期8個月，其中跨越了1個冬季，整個施工過程中測量人員的觀測及監(jiān)測人員的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采用該深基坑支護方式，最大沉降量為2 mm/d，最大位移為3 mm/d，最大沉降點沉降18 mm，最大位移點位移22 mm，均小于設(shè)計要求的變形控制值，且土體內(nèi)孔隙水壓力沒有明顯突變，數(shù)據(jù)正常。

6 結(jié)語

由于波浪力及海流的不利影響，取水口深基坑在施工過程中若僅采用水下放坡施工，而不進行任何支護或防護措施，將存在較多不確定性及不穩(wěn)定性因素，尤其在雨季及季風(fēng)季節(jié)，暴雨、突風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端不利因素的發(fā)生將直接危及取水口深基坑的施工安全。因此，在原有水下放坡施工基礎(chǔ)上加設(shè)鋼板樁支護，輔以噸袋砂護坡并合理調(diào)整放坡角度，不僅減少了開挖工程量，同時也為取水口海陸交界處的深基坑在施工過程中避免可能發(fā)生的極端不利情況，提供了堅實可靠的保障。

[1]建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊（4版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003. Writing Group of Building Construction Handbook.Building construction handbook（the fourth edition）[M].Beijing：China Architecture&Building Press，2003.

[2]中交第一航務(wù)工程局.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994. CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.Port engineering construction handbook[M].Beijing：China Communications Press，1994.

[3]繆林昌.軟土力學(xué)特性與工程實踐[M].北京：科學(xué)出版社，2012. MIAO Lin-chang.Soft soil mechanics characteristics and engineering practice[M].Beijing：Science Press，2012.

Construction analysis of deep foundation pit supporting at the water intake in sea land border

SHI Xiao，CHEN Yun
（No.1 Engineering Company Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China）

The water intake which is the important structure facilities of vaporizing liquefied natural gas in LNG terminal is very important in the construction of LNG terminal.The construction process must be taken by supporting and digging for deep foundation pit，because the water intake must connect the sea area and land area and its top of pile of composite foundation is in the deep water.Compare with the traditional deep foundation pit supporting，the influence of wave force and current force cannot be ignored.This paper discusses on how to choose the right way of construction to support the deep foundation pit safely and efficiently at the water intake in sea land border，which can provide references for similar projects.

LNG terminal；water intake；deep foundation pit；supporting

U653.99；TV551.42

：A

：1003-3688（2014）03-0061-04

10.7640/zggwjs201403012

2013-11-10

石嘯（1986— ），男，天津市人，助理工程師，主要從事港口航道及海岸工程工程管理。E-mail：james8780@sina.com