泉州后渚油庫(kù)碼頭部分塌陷原因探討

■李鐵林

(福州新洋海事咨詢服務(wù)有限公司，福州 350001)

1 引言

福建省是海洋大省，優(yōu)良港灣眾多，海岸線曲折綿長(zhǎng)，其沿海岸線長(zhǎng)3752km，居全國(guó)前列。由于歷史原因，沿海岸線建有眾多5000噸位以下的各種類型碼頭，其設(shè)計(jì)，建造的情況與泉州后渚油庫(kù)碼頭多有相似之處，且年代久遠(yuǎn)，安全隱患較多，目前許多這類碼頭仍在使用中。本文對(duì)泉州后渚油庫(kù)碼頭部分塌陷原因進(jìn)行探討，希望能起到警示參考的作用。

2 概況

泉州后渚油庫(kù)碼頭位于泉州灣港區(qū)的后渚港洛陽(yáng)江左岸(晉江出?？?的淤泥灘涂地帶，南臨港豐石化碼頭，北望后渚大橋。碼頭于1978年建成，至發(fā)生部分坍塌時(shí)已投入使用30多年。

該碼頭原設(shè)計(jì)為3500噸級(jí)的油碼頭，水工結(jié)構(gòu)由操作平臺(tái)，系纜墩，人行橋及引橋組成。碼頭操作平臺(tái)為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)段，長(zhǎng)度65m，寬度10m，9榀橫向排架，排架間距為8m。碼頭通過(guò)一座引橋與陸域相連，引橋長(zhǎng)度145.4m，寬度7m，共11跨。碼頭結(jié)構(gòu)型式為高樁梁板式，引橋采用簡(jiǎn)支梁+樁基橋墩結(jié)構(gòu)型式，碼頭，引橋基樁皆采用500mm×500mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心方樁。樁長(zhǎng) 24.0～25.5m。

由于功能的需要，在距離碼頭平臺(tái)約50m處至“岸邊”的灘涂地被雜土填為“陸地”，碼頭平臺(tái)至岸邊方向約50m仍為自然灘涂地。該碼頭未進(jìn)行護(hù)岸處理，采用天然原狀灘涂作為護(hù)岸。碼頭平臺(tái)岸坡方向有一較大的砂場(chǎng)堆砂。

2010年5月21日晚11時(shí)左右，該碼頭下游側(cè)的部分操作平臺(tái)段，系纜墩及過(guò)渡墩突然發(fā)生坍塌，破壞長(zhǎng)度約60m。初步分析為“雜填土”的作用，導(dǎo)致“灘涂地”的淤泥層剪切破壞，致使部分操作平臺(tái)段，系纜墩及過(guò)渡墩突然坍塌。

3 原因分析

3.1 分析原理

由于該碼頭未進(jìn)行護(hù)岸處理，采用天然原狀灘涂作為護(hù)岸，因此，根據(jù)《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定進(jìn)行護(hù)岸穩(wěn)定性驗(yàn)算，采用引橋上游側(cè)未坍塌部分的原狀灘涂作為碼頭未坍塌前的護(hù)岸進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，驗(yàn)算其承載能力，分析碼頭部分坍塌的原因。并通過(guò)坍塌部分河岸的地質(zhì)資料進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，驗(yàn)算其承載能力，來(lái)保證現(xiàn)在碼頭的安全性。

3.2 岸坡穩(wěn)定計(jì)算

岸坡穩(wěn)定計(jì)算采用上海豐海公司 “TPWD土坡穩(wěn)定計(jì)算系統(tǒng)”軟件進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算分兩種情況計(jì)算四個(gè)斷面，兩種情況分別為岸坡滑坡產(chǎn)生的原因分析(SK1-SK9鉆孔斷面和SK2-SK10鉆孔斷面)和已經(jīng)滑坡的碼頭后方承載能力驗(yàn)算 (SK3-SK11鉆孔斷面和SK4-SK12鉆孔斷面)。每種情況的計(jì)算分別采用兩個(gè)鉆孔斷面進(jìn)行。計(jì)算土層物理力學(xué)指標(biāo)時(shí)采用十字板剪切試驗(yàn)作為計(jì)算參數(shù)。

進(jìn)行勘探取樣時(shí)，勘探點(diǎn)位置由設(shè)計(jì)布置，孔距25m，線距約50m，共設(shè)置勘探孔12個(gè)。其中：控制孔6個(gè)，一般孔6個(gè)，十字板剪切試驗(yàn)2個(gè)。各勘探點(diǎn)具體位置見圖1。

“勘探點(diǎn)平面位置圖”中的M1M2北向(洛陽(yáng)江方向?yàn)楸毕?為水草地，受漲潮淹沒(méi)；M1M2南向?yàn)椤半s填土”陸地。M1M2線左右存在陡坎，漲，退潮時(shí)易發(fā)生溜坡，坍塌現(xiàn)象。

控制孔主要進(jìn)行巖芯鑒定，分層，采集土試樣，進(jìn)行孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測(cè)試，以獲取各土層的物理力學(xué)指標(biāo)，要求進(jìn)入中風(fēng)化基巖2.0m。

圖1 勘探點(diǎn)平面位置圖

一般孔(鑒別孔)主要用以查明各地層(以及軟弱夾層)的分布規(guī)律，補(bǔ)充采集土試樣，進(jìn)行孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測(cè)試，要求進(jìn)入中風(fēng)化基巖1.0～2.0m。

鉆探時(shí)要求每回次進(jìn)尺控制在2.0m以內(nèi)，粘性土取芯率＞90%，砂類土取芯率＞70%，基巖巖芯采取率＞90%。

勘探采樣中，采用薄壁取土器采集淤泥，粘性土層Ⅰ級(jí)土試樣，標(biāo)準(zhǔn)貫入貫入器采樣時(shí)采用靜壓法或重錘少擊法進(jìn)行，數(shù)量和質(zhì)量滿足 《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》JTJ240-98要求。

土工試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T500123-1999)進(jìn)行，試驗(yàn)之前對(duì)各種儀器進(jìn)行必要的校正，保證試驗(yàn)成果準(zhǔn)確反映各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)。

3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定，岸坡滑動(dòng)應(yīng)滿足抗力分項(xiàng)系數(shù)д＞1.3，方能滿足岸坡穩(wěn)定。以此來(lái)確定岸坡能承受的最大荷載值。

經(jīng)過(guò)計(jì)算(計(jì)算過(guò)程從略)，其結(jié)果見表1。

表1 岸坡計(jì)算結(jié)果表

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)表1顯示，SK1-SK9斷面最能代表該滑動(dòng)未發(fā)生前的斷面，可見只要后方荷載達(dá)到或超過(guò)25kN/m時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生岸坡滑動(dòng)?；瑒?dòng)后的斷面能承受的最大荷載為47kN/m。

3.5 岸坡滑動(dòng)分析

3.5.1 高低潮差引起滑動(dòng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，平時(shí)岸坡“陸地填土”不斷受漲潮，退潮的影響。漲潮時(shí)，高水位對(duì)雜填土，淤泥層產(chǎn)生較高的壓應(yīng)力，在土體內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力э1與外應(yīng)力э2平衡，即э1=э2，從而保持土體穩(wěn)定。當(dāng)退潮時(shí)，河水為低水位，雜填土，淤泥層靠河水外側(cè)的土體外應(yīng)力э2突然消失，即 э2=0.0 或 э1＞э2，因而土體內(nèi)外應(yīng)力失去平衡，誘發(fā)雜填土，淤泥層產(chǎn)生破壞。特別是事故發(fā)生當(dāng)天高低潮位比平時(shí)偏大。高潮位時(shí)岸坡土體水位偏高。退潮時(shí)岸坡外側(cè)水位及時(shí)下降，而土體內(nèi)部水位不能及時(shí)下降，導(dǎo)致該岸坡存在的水壓力偏大。致使土體內(nèi)應(yīng)力與外應(yīng)力失衡，造成滑坡現(xiàn)象。

3.5.2 淤泥沉積引起滑坡

該碼頭投入使用至發(fā)生坍塌時(shí)已30多年，由于使用年久，碼頭下方及后方區(qū)域岸灘泥沙不斷淤積，以及碼頭前沿航道的定期疏浚，導(dǎo)致護(hù)岸的荷載變化，造成滑坡現(xiàn)象。

3.5.3 岸坡后方陸域荷載引起滑坡

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，該原狀岸坡未建造護(hù)岸，現(xiàn)場(chǎng)勘察揭示，該區(qū)域淤泥層較厚。后方岸坡作為砂場(chǎng)使用，砂場(chǎng)堆砂荷載超過(guò)岸坡承載能力，由表1顯示，陸域荷載超過(guò)25kN/m時(shí)，就會(huì)誘發(fā)岸坡滑坡。

4 結(jié)論

由于歷史的原因，該碼頭岸坡未進(jìn)行護(hù)岸處理，采用天然原狀灘涂作為護(hù)岸，下列因素的綜合影響使岸坡產(chǎn)生了滑坡：

(1)岸坡經(jīng)常遭受漲落潮的影響，岸坡土質(zhì)的抗滑指標(biāo)逐漸減小。

(2)事故當(dāng)天的大潮使岸坡的內(nèi)外水壓力增大。

(3)護(hù)岸長(zhǎng)年累月的淤泥沉積。

(4)岸坡后方陸域荷載(砂場(chǎng)堆積的砂)的影響。

5 措施

為消除類似泉州后渚油庫(kù)碼頭的安全隱患，綜合上述的分析，建議應(yīng)采取以下措施：

(1)新建碼頭護(hù)岸，盡量避免采用天然原狀灘涂作為護(hù)岸，以減少因漲落潮的影響，導(dǎo)致岸坡土質(zhì)的抗滑指標(biāo)逐漸減少。

(2)限制或減少后方陸域的堆載，以滿足抗力分項(xiàng)系數(shù)的要求。

(3)及時(shí)清除淤泥，防止護(hù)岸荷載的變化。

(4)有條件的碼頭定期按《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定進(jìn)行護(hù)岸穩(wěn)定性驗(yàn)算，并定期檢測(cè)護(hù)岸。