某碼頭護岸設(shè)計方案對比分析

陳立文

摘 要：本文對某碼頭的護岸提出了四個設(shè)計方案，并從設(shè)計計算、工程造價及施工工藝等方面進行了對比分析，得出了最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：振沖碎石樁 水泥攪拌樁 板樁

在內(nèi)河軟土地區(qū)修建大噸位高樁碼頭時，為滿足通航要求，一般不允許碼頭前沿線凸出岸邊較多，從而導(dǎo)致護岸坡度較陡，容易產(chǎn)生滑坡事故。對于這種情況，一般有兩種做法：一是對護岸的軟土進行地基處理；二是采用擋土結(jié)構(gòu)對護岸進行支護。具體采用哪種方案需經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟對比分析后決定。

1.項目概況

江門市新會良發(fā)貿(mào)易倉儲有限公司碼頭工程位于銀洲湖北端，擬建設(shè)一個10000DWT散貨泊位，設(shè)計年吞吐量90萬噸。碼頭長190m，寬26m，碼頭面高程3.4m，前沿底高程-10.5m。護岸沿碼頭后沿布置，總長210m。

2.地質(zhì)條件

碼頭護岸處的表層土為淤泥，灰黑色、流塑、飽和狀，厚約23m；第二層土為中密～密實的礫砂，厚度為1.90～7.30m；以下土質(zhì)均較好。淤泥為本工程的主要軟土，其物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

3.護岸設(shè)計方案

由于護岸處淤泥層較厚、抗剪強度較低，且前、后沿高差較大，必需采取一定措施加固或支擋護岸，否則容易在碼頭施工和運營期產(chǎn)生滑坡事故。

3. 1地基處理方案

港口工程中的地基處理方法較多，對于該工程而言復(fù)合地基法比較適合。設(shè)計中采用了兩種復(fù)合地基方法進行對比，分述如下。

3.1.1方案一——振沖碎石樁方案

該方案護岸采用斜坡拋石+漿砌塊石擋土墻結(jié)構(gòu)，并對護岸下的淤泥進行地基處理。護岸前沿開挖底高程為-13.0m，然后以1：3.5的坡度向上放坡至-4.2m，再以1：2的坡度開挖至坡頂。在開挖面上設(shè)置0.6m厚的混合倒濾層和0.6m厚的二片石墊層，然后鋪設(shè)60～100kg的塊石作為護面，護面坡度為1：2.5。護腳棱體采用60～100kg塊石，頂寬2.5m，厚3m。擋土墻采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，墻高4m，底寬3m。

地基處理采用振沖碎石樁法，樁體直徑為1.1m，樁間距為1.4m，按等邊三角形布置。處理范圍沿碼頭長度方向為210m，沿寬度方向為43.5m，沿深度方向應(yīng)進入砂層不少于0.5m。樁體碎石粒徑為40～150mm，對于碼頭斜樁處的碎石樁采用粒徑較小的石屑作為填料，該方案設(shè)計斷面見圖1。

3.1.2方案二——水泥攪拌樁法

該方案護岸的護坡結(jié)構(gòu)與方案一相同，僅地基處理方式采用水泥攪拌樁法。樁體直徑為0.6m，樁間距為1.5m，按等邊三角形布置。處理范圍沿碼頭長度方向為210m，沿寬度方向為30m，沿深度方向應(yīng)進入砂層不少于0.5m。該方案設(shè)計斷面見圖2。

3.2支擋方案

適用于港口工程護岸的支擋結(jié)構(gòu)主要有擋土墻和板樁等結(jié)構(gòu)，由于該工程軟土層較厚，超出了擋土墻的使用范圍，因此考慮采用板樁結(jié)構(gòu)進行支擋。由于陸域后方場地狹窄，無法設(shè)置錨碇結(jié)構(gòu)，采用支撐樁代替錨碇結(jié)構(gòu)來承受水平力。設(shè)計中考慮了兩種支擋結(jié)構(gòu)方案進行了對比，分述如下。3.2.1方案三——斜撐板樁方案

該方案支擋結(jié)構(gòu)上部采用C40鋼筋混凝土承臺，邊長為3m，承臺下設(shè)置2排樁基。前排樁為支撐樁，采用直徑0.8m的PHC斜樁，間距為3m，傾向河側(cè)，斜率為3：1，樁底進入強風(fēng)化巖3m；后排樁為擋土板樁，采用直徑1m的灌注樁，間距為1.1m，樁底進入強風(fēng)化巖3m，灌注樁之間采用直徑0.6m的高壓旋噴樁堵縫。支擋結(jié)構(gòu)前的岸坡采用1：5的坡度開挖，然后回填0.6m厚混合倒濾層和0.6m厚二片石墊層，最后拋填1m厚60～100kg塊石進行護面，并采用60～100kg塊石棱體護腳。該方案設(shè)計斷面見圖3。

3.2.2剛加板樁方案

該方案支擋結(jié)構(gòu)上部采用C40鋼筋混凝土承臺，寬7m，厚1.5m，承臺下設(shè)置2排樁基。前排樁為支撐樁，采用直徑1.0m的灌注樁，間距為3m，樁底進入強風(fēng)化巖3m；后排樁為擋土板樁，采用直徑1m的灌注樁，間距為1.1m，樁底進入強風(fēng)化巖3m，后排灌注樁之間采用直徑0.6m的高壓旋噴樁堵縫。支擋結(jié)構(gòu)前的護坡與方案三相同。該方案設(shè)計斷面見圖4。

4.計算

4. 1地基處理方案計算

方案一與方案二采用《港口工程地基規(guī)范》中推薦的復(fù)合滑動面法計算護岸的整體穩(wěn)定。計算軟件為MIDAS的soilworks模塊，土層抗剪強度參數(shù)采用固結(jié)快剪指標(biāo)，水泥攪拌樁的抗剪強度參數(shù)取試樁檢測結(jié)果（C=150kPa，φ=25°）。計算水位取極端低水位，后方荷載為20kPa。碎石樁方案的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.3268，水泥攪拌樁方案的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.3323。

4.2支擋方案計算

方案三與方案四采用MIDAS的civil模塊計算，計算條件與方案一、二相同，計算結(jié)果見表2和表3。

5.方案比選

5. 1從計算角度

（1）計算理論

從計算理論上講，方案一與方案二的圓弧滑動條分法理論相對簡單、成熟；而方案三與方案四的計算涉及到樁土接觸問題，相對較復(fù)雜，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生較大誤差。

（2）計算結(jié)果

從計算結(jié)果可以看出，方案一和方案二的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足《港口工程地基規(guī)范》的要求，并有少量富余。方案三的前樁軸力，以及方案三、四的后樁彎矩均較大，但采用相應(yīng)設(shè)計措施后均能滿足承載力要求；但是兩方案的水平位移均較大，不利于支擋結(jié)構(gòu)的正常使用。

因此從計算角度考慮，方案一與方案二要優(yōu)于方案三與方案四。

5.2從造價角度

四個設(shè)計方案的概算見表4，可見方案一與方案二的造價明顯低于方案三與方案四。

5.3從施工角度

（1）對碼頭樁基的影響

方案一雖然在整片碼頭結(jié)構(gòu)下均有碎石樁，但在碼頭排架處采用粒徑較小的石屑作為換填料，地基處理后對碼頭樁基施工的影響不大；方案二雖然處理范圍較小，且樁間距較大，但由于水泥土凝結(jié)后強度較大，地基處理后對碼頭樁基的施工有一定的影響；方案三與方案四與碼頭樁基無交叉，支擋結(jié)構(gòu)施工后不會影響碼頭樁基的施工。

（2）從施工工藝角度

方案三與方案四均為常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工工藝較成熟；而方案一與方案二為復(fù)合地基，施工工藝相對較復(fù)雜，且施工質(zhì)量與眾多因素有關(guān)，需要進行嚴(yán)格的施工控制方能達(dá)到較好的效果。

5.4推薦方案

通過以上比選可知，地基處理方案更適用于該護岸?？紤]到碎石樁的剛度比水泥攪拌樁的剛度小，更適宜于邊坡的整體抗滑；且造價較低，對碼頭樁基施工的影響較?。煌瑫r，擬建護岸上游的天馬港二期工程的護岸也是采用振沖碎石樁方案并取得成功，因此最終確定該護岸采用振沖碎石方案。

6.結(jié)語

影響護岸地基處理方案的因素較多，應(yīng)綜合各方面的考慮方能取得較好的技術(shù)、經(jīng)濟效果。振沖碎石樁法是一種較好的護岸地基處理方法，合理的應(yīng)用可以為港口建設(shè)節(jié)省大量的投資。