■蘇良德
(福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院,福州 350002)
本工程位于東山縣康美鎮(zhèn)北側(cè)城垵作業(yè)區(qū)內(nèi), 北臨東山灣。 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模:本工程建設(shè)規(guī)模為5000 噸級(jí)對(duì)臺(tái)客貨泊位,其中陸域形成面積49919m2,總護(hù)岸長(zhǎng)度為808m。 本文主要研究西北側(cè)斜坡臨時(shí)護(hù)岸地基處理,該段護(hù)岸長(zhǎng)度510m。
(1)恒載:回填料荷載、面層結(jié)構(gòu)荷載、結(jié)構(gòu)物自重;
(2)均布荷載:道路10kN/m2;堆場(chǎng)30kN/m2;
(3) 集中荷載:20t 汽車、Q35 牽引車、20t 平板車,25t輪胎吊,5t 叉車;
(4)地震荷載:按7 度抗震設(shè)防烈度設(shè)計(jì)。
(1)風(fēng)況
多年平均風(fēng)速5.3m/s;最大風(fēng)速(風(fēng)向)27.8m/s(NE);極大風(fēng)速(風(fēng)向)37.6m/s(NE);常風(fēng)向頻率(風(fēng)向)35%(NE);強(qiáng)風(fēng)向頻率(風(fēng)向)35%(NE)。
(2)設(shè)計(jì)波要素
對(duì)工程區(qū)影響的主要波浪來(lái)自E、NE、N 向的局部小風(fēng)區(qū)浪。 最大浪向來(lái)自NE 向。
(3)潮流
實(shí)測(cè)漲潮最大流速0.53m/s,落潮最大流速0.40m/s。
(4)地形地貌
原始地貌為濱海區(qū)水下岸坡地帶, 擬建工程區(qū)域處于水下岸坡地帶,地勢(shì)整體呈由山體向海域外側(cè)方向(由南向北) 傾斜的趨勢(shì), 水深變化較大(高潮時(shí)自2.20~11.70m 不等,低潮時(shí)自1.10~7.60m 不等)。
(5)區(qū)域地質(zhì)概況及地質(zhì)構(gòu)造
擬建工程位于漳州市東山縣城垵村, 根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,工作區(qū)內(nèi)主要以全新統(tǒng)沖海積層(Q4al-m)、第四系殘積層(Qel)、燕山早期第三階段第四次侵入的鉀長(zhǎng)花崗巖、細(xì)?;◢弾r(γ52(3)d)為主;測(cè)區(qū)位于長(zhǎng)樂(lè)-南澳深大斷裂的南端, 區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以斷塊的差異性升降運(yùn)動(dòng)為主要特征,測(cè)區(qū)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造活動(dòng)斷裂,區(qū)域構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。
(6)巖土體類型及特征
巖土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 巖土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)建議表
(7)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)及《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS146-2012),擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g,設(shè)計(jì)地震分組屬第一組。
結(jié)構(gòu)選型、地基處理與工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、波浪要素、使用要求、原材料來(lái)源和工程投資等因素密切相關(guān)。 為簡(jiǎn)化起見(jiàn),取最不利(淤泥層最厚)的NK20 鉆孔為典型巖土層進(jìn)行分析,并對(duì)臨時(shí)護(hù)岸的穩(wěn)定性和沉降進(jìn)行計(jì)算。
(1)工程特點(diǎn)
本工程西北側(cè)護(hù)岸為臨時(shí)護(hù)岸,對(duì)耐久性要求不高。因此從經(jīng)濟(jì)角度考慮, 堤心材料選擇用充填袋裝砂來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋石。
(2)巖土層類型與特征
以NK20 鉆孔為例,巖土層自上而下依次為淤泥、殘積砂質(zhì)粘性土、殘積砂質(zhì)粘性土,全風(fēng)化花崗巖,全風(fēng)化花崗巖。 淤泥厚度為9.8m,護(hù)岸宜選用斜坡式護(hù)岸以適應(yīng)地基不均勻沉降。 護(hù)岸的地基處理方法可采用排水固結(jié)法、強(qiáng)夯置換法、水泥土攪拌樁法、碎石樁法。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮, 采用插打塑料排水板排水固結(jié)法是比較合理的。
(3)波浪要素
本工程地處東山島北側(cè),受東山灣北向浪影響,因此對(duì)護(hù)岸護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算, 護(hù)面塊石應(yīng)大于200kg。
(4)使用要求
鑒于排水固結(jié)法工期長(zhǎng),工后沉降較大,本工程路面采用高強(qiáng)聯(lián)鎖塊結(jié)構(gòu), 因此對(duì)護(hù)岸和陸域沉降的要求較低。排水固結(jié)法可滿足臨時(shí)護(hù)岸和陸域路面的使用要求。
(5)原材料來(lái)源
考慮到東山島砂源豐富,而石料難得,因此本工程在回填料和堤心材料的選擇上,盡可能選用砂代替塊石。
在護(hù)岸的結(jié)構(gòu)選型上一般有兩種型式: 直立式護(hù)岸和斜坡護(hù)岸。 兩者的比選見(jiàn)表2。綜上,護(hù)岸采用斜坡式護(hù)岸,護(hù)岸的地基處理方式采用插打塑料排水板排水固結(jié)法。
表2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)和地基處理方案比選
港口工程中淤泥土強(qiáng)度低, 地基承載力和穩(wěn)定性往往不能滿足工程需要。這種地基通常需要進(jìn)行地基處理,排水固結(jié)法就是處理淤泥地基的有效方法之一。 該法在軟基中設(shè)置排水通道,通過(guò)護(hù)岸等構(gòu)筑物、回填料自重分層逐漸加載, 使土體中的孔隙水排除, 超空隙水壓力降低,土體固結(jié)沉降,強(qiáng)度逐漸增加的方法。 排水固結(jié)法主要由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)組成。 排水系統(tǒng)分水平向和豎向。水平向排水系統(tǒng)主要是設(shè)置砂墊層,豎向排水系統(tǒng)主要是設(shè)置塑料排水板或砂井等豎向排水通道。 加壓系統(tǒng)主要有堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、聯(lián)合預(yù)壓法。 對(duì)沉降要求嚴(yán)格的場(chǎng)地還可以進(jìn)行超載預(yù)壓。
斜坡式臨時(shí)護(hù)岸方案:先進(jìn)行坡腳充填袋裝砂施工,形成封閉區(qū)域后再進(jìn)行回填中粗砂墊層, 插打塑料排水板。然后進(jìn)行堤填充砂袋施工形成護(hù)岸。護(hù)岸前沿現(xiàn)澆混凝土壓頂,臨海側(cè)鋪設(shè)土工布、碎石墊層、塊石拋理護(hù)面。結(jié)構(gòu)斷面圖見(jiàn)圖1。
計(jì)算護(hù)岸整體穩(wěn)定一般采用圓弧滑動(dòng)法, 具體采用考慮固結(jié)度的簡(jiǎn)單條分法,計(jì)算原理按照《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS147-2017)中有關(guān)規(guī)定,計(jì)算最危險(xiǎn)滑弧均滿足以下極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式:
Msd≤Mrk/γR
式中,Msd、Mrk分別為作用于危險(xiǎn)滑弧面上滑動(dòng)力矩的設(shè)計(jì)值(kN·m/m)和抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值(kN·m/m);γR為抗力分項(xiàng)系數(shù)。
圖1 西北側(cè)斜坡式臨時(shí)護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面圖(NK20 鉆孔)
整體穩(wěn)定包括三種計(jì)算工況:施工期工況、持久工況和地震工況。施工期工況的土坡和地基的穩(wěn)定性,按設(shè)計(jì)低水位進(jìn)行計(jì)算,要求最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR>1.0;持久工況的土坡和地基的穩(wěn)定性,按極端低水位進(jìn)行計(jì)算,要求最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR>1.2;地震工況的土坡和地基的穩(wěn)定性,按設(shè)計(jì)低水位進(jìn)行計(jì)算,要求γR>1.0。 經(jīng)計(jì)算,護(hù)岸整體穩(wěn)定均滿足要求。 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3,沉降量與時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖2。 計(jì)算結(jié)果顯示工后殘余沉降0.14m。
表3 臨時(shí)護(hù)岸整體穩(wěn)定性計(jì)算表
圖2 斜坡護(hù)岸前沿加載和固結(jié)關(guān)系圖
本文根據(jù)項(xiàng)目的工程特點(diǎn)、巖土層類型與特征、砂石料來(lái)源情況和使用要求,經(jīng)過(guò)綜合分析比較,護(hù)岸的地基處理方式采用插打塑料排水板排水固結(jié)法。 經(jīng)護(hù)岸穩(wěn)定性計(jì)算,結(jié)果是安全可靠的,殘余沉降是可以滿足使用要求的。 因此該護(hù)岸結(jié)構(gòu)方案是經(jīng)濟(jì)合理的。