高樁碼頭原址重建工程勘察要點(diǎn)分析

唐豐禮，許建武，劉天韻

0　引言

貝拉港為莫桑比克第二大港，港內(nèi)原漁碼頭為高樁碼頭，建造時(shí)間久遠(yuǎn)且標(biāo)準(zhǔn)較低，經(jīng)過(guò)多年已受損嚴(yán)重，幾乎無(wú)法使用，考慮到恢復(fù)和擴(kuò)大漁業(yè)生產(chǎn)能力，莫桑比克政府啟動(dòng)了新的漁碼頭重建工作，新建漁碼頭在拆除原碼頭的原址岸線上重新建設(shè)，仍采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)[1]。高樁碼頭原址重建工程勘察與新建碼頭工程勘察要求內(nèi)容基本相同，但也有其自身的特點(diǎn)，本文以莫桑比克貝拉漁碼頭重建工程為例，研究高樁碼頭原址重建工程勘察應(yīng)關(guān)注的要點(diǎn)，分析重建場(chǎng)地的工程地質(zhì)特性，為國(guó)內(nèi)外類似重建工程的勘察、設(shè)計(jì)提供參考。

1　土層分布和主要工程性質(zhì)

貝拉漁碼頭重建工程勘察控制性鉆孔最終底標(biāo)高-55 m或進(jìn)入標(biāo)貫擊數(shù)大于50擊的土層10 m，勘察深度范圍內(nèi)主要可劃分為7個(gè)工程地質(zhì)層，各土層工程地質(zhì)性質(zhì)簡(jiǎn)述如下[2-3]。

①層為全新世人工填土層，表層主要為塊石、碎石，直徑在 30～50 cm之間松散，級(jí)配良好，；下部依次為中粗砂、粉細(xì)砂，為人工拋填，填齡約35 a，該層局部分布，填土層從岸坡向碼頭前沿遞減，呈三角形，最大厚度約6.4 m；

②層為全新世海相沉積層，主要為淤泥，流塑，干強(qiáng)度中等，有腐臭味，平均厚度6.7 m，是主要不良地質(zhì)層；

③層為全新世沖積層，主要為中粗砂，松到中密，飽和，級(jí)配較好，平均厚度4.3 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)3～12擊；

④層為全新世海相沉積層，主要為淤泥質(zhì)黏土，流塑，干強(qiáng)度高，局部夾粗砂薄層，平均厚度18.7 m。

⑤層為更新世沖積層，主要為中粗砂，密實(shí)，級(jí)配一般，局部夾少量黏土，平均厚度1.1 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)25～46擊。

⑥層和⑦層為更新世洪積層，其中⑥層主要為含礫中粗砂混黏性土，非常密實(shí)，級(jí)配良好，平均厚度6.28 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)37～100擊。

⑦層主要為含砂粉質(zhì)黏土，堅(jiān)硬，夾雜灰白色細(xì)砂，偶見(jiàn)礫石尺寸的鈣質(zhì)膠凝體，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)62～136擊。

2　碼頭原址重建工程勘察要點(diǎn)

2.1　重視原碼頭設(shè)計(jì)資料收集

原碼頭的港池和岸坡疏浚、護(hù)岸回填、護(hù)面拋石等對(duì)地基土的工程性質(zhì)影響較大，此外原碼頭結(jié)構(gòu)的部分連接構(gòu)件經(jīng)過(guò)幾十年，部分會(huì)被淤泥掩埋，勘探點(diǎn)布置時(shí)需避開(kāi)埋藏的連接構(gòu)件。因此，在按照常規(guī)港口工程勘察規(guī)范要求搜集有關(guān)區(qū)域基礎(chǔ)地質(zhì)、氣象和水文、地質(zhì)災(zāi)害、地震及震害等[4]資料的基礎(chǔ)上，高樁碼頭重建項(xiàng)目還要重點(diǎn)收集原碼頭的設(shè)計(jì)資料，包括結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件連接方式和位置、港池和岸坡疏浚范圍和深度、護(hù)岸回填的材料及厚度和范圍、碼頭建成時(shí)間等資料，為勘探點(diǎn)的布置和勘察成果的分區(qū)統(tǒng)計(jì)提供依據(jù)。

2.2　重視勘察前的障礙物勘探

原碼頭一般都運(yùn)營(yíng)幾十年，期間會(huì)發(fā)生物品、構(gòu)件掉落，甚至沉船等情況，時(shí)間長(zhǎng)久后埋于泥面以下，肉眼很難察覺(jué)，而且原碼頭結(jié)構(gòu)的部分連接構(gòu)件也會(huì)被回淤掩埋。因此，在勘察布點(diǎn)前，要通過(guò)收集到的原碼頭設(shè)計(jì)資料，基本確定埋于淤泥之下的連接構(gòu)件位置，采用聲吶、剖面儀等儀器設(shè)備，進(jìn)行地球物理勘探，了解勘察范圍內(nèi)泥面以下沉積障礙物的位置。貝拉漁碼頭重建工程勘察前，通過(guò)地球物理勘探發(fā)現(xiàn)了沉船和大量不明障礙物，在勘探點(diǎn)布置時(shí)成功避開(kāi)。

2.3　勘察成果分區(qū)域統(tǒng)計(jì)

原高樁碼頭的港池疏浚、護(hù)岸回填、護(hù)面拋石等，屬于對(duì)地基土的卸荷和加荷，對(duì)原地基土的工程性質(zhì)有較大影響，在勘察成果統(tǒng)計(jì)時(shí)，一定要根據(jù)原碼頭設(shè)計(jì)資料，對(duì)勘察鉆孔進(jìn)行分區(qū)，貝拉漁碼頭重建工程根據(jù)護(hù)岸回填厚度變化和碼頭前沿疏浚范圍將勘察鉆孔分成3個(gè)區(qū)統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

圖1　貝拉漁碼頭重建工程項(xiàng)目勘察鉆孔分區(qū)Fig.1　Subarea of borehole on reconstructed fishing wharf project in Beira

2.3.1土層物理力學(xué)指標(biāo)

表1為主要黏性土層②和④的物理力學(xué)指標(biāo)分區(qū)統(tǒng)計(jì)，碼頭前沿區(qū)因港池和岸坡疏浚，土層②較薄，沒(méi)有試驗(yàn)指標(biāo)。從表1可以看出，護(hù)岸回填區(qū)②淤泥層的含水量、密度、孔隙比、直剪快剪等的指標(biāo)要明顯好于護(hù)岸回填坡腳區(qū)，但從塑性指數(shù)和固結(jié)快剪指標(biāo)看二者相差不大，說(shuō)明兩個(gè)區(qū)域的淤泥屬于同一類土層，只是護(hù)岸回填區(qū)因回填土等上覆荷載影響，在碼頭運(yùn)營(yíng)的幾十年里，發(fā)生壓縮、固結(jié)，含水量、孔隙比降低，密度和快剪強(qiáng)度指標(biāo)增大。而對(duì)于④黏土層，護(hù)岸回填區(qū)的指標(biāo)略好一些，但與其他兩個(gè)區(qū)相差不大，原因是④黏土層位置較深，護(hù)岸回填區(qū)的荷載和范圍有限，對(duì)深層土體影響較小。

表1　土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)分區(qū)統(tǒng)計(jì)Table1　Zoning statisticson physical and mechanical propertiesindex of soil

2.3.2現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)獲得的十字板強(qiáng)度指標(biāo)是分析岸坡穩(wěn)定所需的重要參數(shù)[5]。圖2對(duì)比了不同區(qū)域同一高程處②淤泥層十字板強(qiáng)度變化曲線，曲線下部指標(biāo)顯著增大是由于接近中粗砂層。對(duì)④黏土層，現(xiàn)場(chǎng)十字板試驗(yàn)僅做了幾個(gè)點(diǎn)，指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。從圖2和表2可以看出，護(hù)岸回填區(qū)原狀土的強(qiáng)度要明顯高于護(hù)岸回填坡腳區(qū)，在進(jìn)行岸坡穩(wěn)定分析時(shí)，不能采用平均值，要詳細(xì)劃分區(qū)域，采取分區(qū)內(nèi)的十字板強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算出的抗力分項(xiàng)系數(shù)才更符合實(shí)際，減少不必要的加固措施，節(jié)省工程費(fèi)用。

表2　不同區(qū)域黏土層十字板強(qiáng)度對(duì)比Table2　Vane strength comparison of clay in differentregions

圖2　不同區(qū)域淤泥層的十字板強(qiáng)度曲線Fig.2　Vane strength curvesof silt in different regions

2.3.3先期固結(jié)比

高樁碼頭原址重建工程勘察要特別注意土層的先期固結(jié)比OCR，尤其是黏性土層。從表3中可以看出，拋石回填區(qū)域的黏性土層由于回填增加上覆荷載，在缺乏排水通道的情況下，雖然經(jīng)過(guò)幾十年，仍處于欠固結(jié)狀態(tài)，對(duì)于高樁碼頭的樁基會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻的不利影響[6]，要特別引起重視。而其他兩個(gè)區(qū)域，由于處于原碼頭港池和岸坡疏浚范圍，上覆荷載都有不同程度的減小，基本都處于超固結(jié)狀態(tài)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，高樁碼頭原址重建工程的先期固結(jié)比OCR不能每層取全區(qū)平均值，一定要分區(qū)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)處于欠固結(jié)的區(qū)域，為設(shè)計(jì)考慮負(fù)摩阻力提供依據(jù)。

表3　不同區(qū)域先期固結(jié)比統(tǒng)計(jì)Table 3　Statisticsof pre-consolidation ratio in different areas

3　結(jié)語(yǔ)

1）高樁碼頭原址重建工程勘察與常規(guī)工程勘察既有一致的內(nèi)容，也有需要特別關(guān)注的要點(diǎn)，要重視勘察之前的原碼頭設(shè)計(jì)資料收集和障礙物勘探，合理布置勘探點(diǎn)，躲避暗埋障礙物。

2）勘察成果不能按整個(gè)勘察區(qū)域一起統(tǒng)計(jì)，要根據(jù)原高樁碼頭的不同區(qū)域加以區(qū)分，分區(qū)統(tǒng)計(jì)提供地基土指標(biāo)，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3）碼頭護(hù)岸回填區(qū)的黏性土層現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切強(qiáng)度要高于其他區(qū)域，在岸坡穩(wěn)定分析時(shí)要詳細(xì)劃分區(qū)域，采用分區(qū)內(nèi)的十字板強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算出的抗力分項(xiàng)系數(shù)才更符合實(shí)際，減少不必要的加固措施。

4）要重點(diǎn)關(guān)注土層的先期固結(jié)比，尤其是要分析原高樁碼頭護(hù)岸回填區(qū)的土層是否存在欠固結(jié)情況，為樁基設(shè)計(jì)時(shí)是否考慮負(fù)摩阻提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]莫桑比克貝拉漁碼頭重建工程項(xiàng)目工程可行性研究報(bào)告[R].北京：中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，2013.Feasibility study for Beira fishing port rehabilitation project in Mozambique[R].Beijing:China Harbor Engineering Co.,Ltd.,2013.

[2] 莫桑比克貝拉漁碼頭重建工程巖土工程勘察報(bào)告[R].廣州：中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2015.Report of Geotechnical investigation of re-building fishing wharf project in Beira Mozambique[R].Guangzhou:CCCCFHDIEngineering Co.,Ltd.,2015.

[3]莫桑比克貝拉漁碼頭重建工程補(bǔ)勘項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告[R].南京：江蘇省地質(zhì)工程有限公司，2016.Supplementary report of geotechnical investigation of re-building fishing wharf project in Beira Mozambique[R].Nanjing:Jiangsu Geological Engineering Co.,Ltd.,2016.

[4]JTS133-4—2013，水運(yùn)工程巖土勘察規(guī)范[S].JTS133-4—2013,Codefor geotechnical investigation on port and Waterway Engineering[S].

[5]JTS147-1—2010，港口工程地基規(guī)范[S].JTS147-1—2010,Codefor soil foundationsof port engineering[S].

[6] 肖俊華，周國(guó)然，袁聚云，等.高樁碼頭樁基負(fù)摩阻力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2008，29（4）：1 097-1 102.XIAOJun-hua,ZHOUGuo-ran,YUANJu-yun,et al.In-situ tests on negativeskin friction of pilesin high-piled wharf in-situ test in Shanghai Yangshan deep water port engineering[J].Rock and Soil Mechanics,2008,29(4):1 097-1 102.