北方某港工業(yè)區(qū)碼頭圍堤局部塌陷治理設(shè)計(jì)

孫震，郭瑾（.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津　30046；.中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津　30046）

北方某港工業(yè)區(qū)碼頭圍堤局部塌陷治理設(shè)計(jì)

孫震1，郭瑾2
（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；2.中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，天津300461）

高樁碼頭一般由高樁承臺(tái)和接岸結(jié)構(gòu)兩大部分組成，而碼頭結(jié)構(gòu)安全的“生命線”是接岸處的整體穩(wěn)定性。文章結(jié)合北方某港工業(yè)區(qū)圍堤局部塌陷的治理實(shí)例，通過對(duì)施工現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)查并結(jié)合理論計(jì)算依據(jù)，對(duì)圍堤局部塌陷原因進(jìn)行分析，對(duì)圍堤修復(fù)提出了設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見，為以后解決類似工程問題提供參考。

高樁碼頭；接岸結(jié)構(gòu)；整體穩(wěn)定；圍堤塌陷

0　引言

北方某港地處我國淤泥質(zhì)海岸線，巖基均在百米以下，在工程地基影響范圍內(nèi)為海相沉積和陸相的河口三角洲沉積層，土層界面較清晰，在高程-13.0 m以上為淤泥類飽和黏土，高程-20.0 m以下是中密粉土和密實(shí)性粉砂，局部地區(qū)在-32～-45 m處有黏土和粉質(zhì)黏土夾層，該地區(qū)以高樁碼頭為基本結(jié)構(gòu)形式。

北方某港工業(yè)區(qū)碼頭后方圍堤在岸坡挖泥過程中產(chǎn)生了局部塌陷。經(jīng)設(shè)計(jì)分析原因是由于施工過程中護(hù)底塊石堆砌在圍堤肩臺(tái)上加大了結(jié)構(gòu)物局部的主動(dòng)土壓力，導(dǎo)致圍堤肩臺(tái)部位產(chǎn)生淺層小范圍滑動(dòng)引起的。根據(jù)圍堤局部塌陷部位的復(fù)勘結(jié)果，制定了圍堤修復(fù)方案，修復(fù)后監(jiān)測結(jié)果表明圍堤整體結(jié)構(gòu)狀況良好，可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，適時(shí)開展下步施工工序。

1　工程概況

該工程區(qū)域勘察資料表明：自上而下為海相沉積層的粉土、①1淤泥、①2淤泥質(zhì)黏土、①3粉質(zhì)黏土混貝殼及②1粉質(zhì)黏土、②2粉土和②3黏土；海陸交互相沉積的③1粉質(zhì)黏土和③2粉土，海相沉積層的④1黏土、④2粉質(zhì)黏土和④3粉土，陸相沉積層的⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2粉土、⑤3粉質(zhì)黏土。

碼頭位于圍堤北側(cè)，碼頭采用連片引橋式布置[1]，連片式窄承臺(tái)通過引橋與陸域連接，碼頭前沿線距離圍堤軸線（原有圍堤坡頂邊線）50.8 m，碼頭結(jié)構(gòu)寬11.98 m（圖1），引橋長度為33 m，引橋?qū)挾?0 m。碼頭承臺(tái)及引橋均采用高樁梁板結(jié)構(gòu)。該工程建筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

2　圍堤局部塌陷情況描述

2.1發(fā)生時(shí)間及當(dāng)時(shí)潮位和天氣

發(fā)生時(shí)間：2010年12月6日（陰歷11月1日）晚間22:00—24:00。當(dāng)時(shí)的潮位和天氣：低潮0.5 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫?；晴少云、偏北風(fēng)5級(jí)。

2.2圍堤使用情況

圍堤作為造陸區(qū)回填土施工運(yùn)輸車輛主要通道，圍堤后方吹填造陸區(qū)正在進(jìn)行淺層真空預(yù)壓處理，圍堤海側(cè)設(shè)計(jì)的碼頭前沿停泊水域正在進(jìn)行挖泥施工。碼頭港池挖泥前10 m寬護(hù)底塊石部分已挖除，但是并未及時(shí)外運(yùn)而是臨時(shí)堆放于肩臺(tái)位置處。

2.3局部塌陷情況描述

12月6日22:00左右挖泥施工單位正在進(jìn)行港池挖泥后削坡施工，施工過程中圍堤堤身出現(xiàn)沉降并向海側(cè)位移，塌陷位置平面位于的工作船碼頭3號(hào)泊位后方，圍堤局部塌陷區(qū)域總長度約110 m（圖2）。

1）縱斷面：圍堤堤身塌陷后，該處標(biāo)高約為1.0 m，較設(shè)計(jì)斷面降低5.0 m。

2）橫斷面：堤身建筑碎料、肩臺(tái)、護(hù)底塊石均滑入開挖后的港池中，港池中泥面標(biāo)高由挖泥后-5.3 m漲至-3.3 m，根據(jù)水下探摸數(shù)據(jù)，塊石往海側(cè)滑落最遠(yuǎn)距離圍堤軸線約40 m。

圍堤的局部塌陷影響了工作船碼頭的整體施工，并對(duì)圍堤結(jié)構(gòu)安全和后方地基處理施工產(chǎn)生了一定的安全隱患，圍堤塌陷部分應(yīng)及時(shí)修復(fù)。

3　圍堤局部塌陷原因分析

3.1原設(shè)計(jì)碼頭岸坡穩(wěn)定安全計(jì)算

施工期及使用期碼頭岸坡穩(wěn)定計(jì)算最小抗力分項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1。根據(jù)JTS 147-1—2010《港口工程地基規(guī)范》第6.4.3條規(guī)定[2]，γR=1.1～1.3。對(duì)比表1，施工期和使用期碼頭岸坡穩(wěn)定計(jì)算最小抗力分項(xiàng)系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表1　最小抗力分項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1　Summary of partial factor of minimum resistance

3.2未按原設(shè)計(jì)施工后碼頭岸坡穩(wěn)定安全計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，圍堤原設(shè)計(jì)10 m寬護(hù)底塊石挖除后未及時(shí)外運(yùn)，均倒運(yùn)到原一級(jí)肩臺(tái)上，頂標(biāo)高5.0～5.5 m，形成的肩臺(tái)底邊線距離挖泥坡頂邊線3.5～4.5 m，將原施工圖設(shè)計(jì)斷面施工期進(jìn)行核算，施工期碼頭岸坡穩(wěn)定計(jì)算在滑動(dòng)層報(bào)告為-8.5 m，R=25 m時(shí)最小抗力分項(xiàng)系數(shù)為0.813。

由于護(hù)底塊石臨時(shí)堆砌在一級(jí)肩臺(tái)上，使肩臺(tái)局部荷載極劇增大，對(duì)岸坡穩(wěn)定帶來極大不利影響，施工期碼頭岸坡有失穩(wěn)的危險(xiǎn)，可能發(fā)生碼頭肩臺(tái)至岸坡前沿的小范圍圓弧滑動(dòng)。

4　分析結(jié)果

4.1塌陷特征分析

此次局部塌陷不是堤身整體失穩(wěn)，定性為岸坡區(qū)位移變形引起圍堤堤身塌落的次生災(zāi)害。

1）通過現(xiàn)場實(shí)際探摸圍堤堤身填筑建筑碎料和塊石大量滑入已開挖港池中，這個(gè)特征顯示圍堤塌陷的不是圍堤整體圓弧滑動(dòng)破壞。

2）圍堤塌陷后在圍堤局部塌陷區(qū)域進(jìn)行了十字板剪切試驗(yàn)，堤身下土體十字板剪切強(qiáng)度并無明顯降低，表明堤身下土體基本未受到剪切破壞。

3）通過以上計(jì)算分析，不利工況主要是將護(hù)底塊石堆砌在一級(jí)肩臺(tái)上，可能發(fā)生碼頭肩臺(tái)至岸坡前沿的小范圍圓弧滑動(dòng)。

4.2塌陷發(fā)生原因

1）當(dāng)天發(fā)生局部塌陷時(shí)，恰逢低潮，可能觸發(fā)了碼頭前沿存在的軟弱土層小范圍滑動(dòng)。

2）圍堤護(hù)底塊石臨時(shí)堆放在肩臺(tái)上，是促使圍堤發(fā)生局部塌陷的關(guān)鍵因素。

5　圍堤修復(fù)方案

目前堤身材料大量滑落入港池中，抗滑阻力加大，圍堤塌陷區(qū)域處在穩(wěn)定狀態(tài)，為防止再受侵蝕先停止挖泥施工，盡快按原圍堤斷面進(jìn)行修復(fù)：將碼頭護(hù)底塊石堆放在一級(jí)肩臺(tái)上的部分挖除運(yùn)走，卸除不利荷載；恢復(fù)堤身斷面及一級(jí)肩臺(tái)至原設(shè)計(jì)斷面，重新埋設(shè)儀器加強(qiáng)觀測。

6　圍堤監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測資料顯示圍堤修復(fù)期間，由于施工的影響該區(qū)土體正負(fù)位移均有出現(xiàn)，位移較大屬正?，F(xiàn)象。圍堤修復(fù)后，位移變化趨于正常，肩臺(tái)下部土體強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，但是在土體穩(wěn)定前不宜再進(jìn)行岸坡削坡挖泥施工。

7　結(jié)語

通常為了提高岸坡的穩(wěn)定性，應(yīng)滿足的原則為：保持或加大土坡對(duì)結(jié)構(gòu)物的被動(dòng)土壓力，設(shè)法減少對(duì)結(jié)構(gòu)物的主動(dòng)土壓力[3]。

在碼頭設(shè)計(jì)過程中會(huì)有許多設(shè)計(jì)邊界條件，尤其是高樁碼頭的岸坡設(shè)計(jì)尤為重要，設(shè)計(jì)過程中首先應(yīng)準(zhǔn)確分析地勘資料，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮可能發(fā)生的不利工況，其中最重要的是挖泥施工的規(guī)范性、岸坡后方的使用荷載以及挖泥后打樁施工工藝等。另外，必須將設(shè)計(jì)的限制要求在設(shè)計(jì)說明中明確提出，以便于業(yè)主單位重點(diǎn)落實(shí)，避免產(chǎn)生重大的工程安全隱患。

[1]JTS 167-1—2010，高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］.

JTS 167-1—2010,Design and construction code for open type wharf on piles[S].

[2]JTS 147-1—2010，港口工程地基規(guī)范［S］.

JTS 147-1—2010,Code for soil foundation of port engineering[S].

[3]吳紅霞，鄧先喬.高樁碼頭岸坡滑動(dòng)位移原因及對(duì)策研究[J].中國水運(yùn)，2011，11（11）：234-235.

WU Hong-xia,DENG Xian-qiao.Cause of displacement of shore slope of piled wharfs due to sliding and countermeasures[J].China Water Transport,2011,11(11):234-235.

Design of repair of partial collapse of a seawall for the Industrial Zone in a northern port

SUN Zhen1,GUO Jin2
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Tianjin 300461,China; 2.Tianjin Port Engineering Design&Consulting Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

High piled wharf is generally composed of two parts,the high pile cap and the shore connecting structure,and the "lifeline"of the wharf structure is the overall stability of the shore connection structure.In this paper,based on the repair of a locally collapsed seawall for an Industrial Park in a northern port and through the investigation of the actual situation of the construction site and combined with the theoretical calculation,the cause for the seawall's local collapse was analyzed,and the design guidelines of the seawall repair was put forward,to provide a reference for similar projects.

high piled wharf;shore connecting structure;overall stability;seawall damage

U656.113；U655.541

A

2095-7874（2016）08-0047-03

10.7640/zggwjs201608011

2016-03-02

孫震（1982—），男，天津市人，工程師，主要從事港口與航道工程水工建筑物的設(shè)計(jì)與項(xiàng)目管理工作。E-mail：yuchen_2@126.com