關(guān)于閩江馬尾對(duì)臺(tái)綜合客運(yùn)碼頭工程陸域地基處理設(shè)計(jì)方案的探討

■唐 暉

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004)

1 工程概況

瑯岐島位于閩江入?？?，三面環(huán)江、東面臨海，具備優(yōu)良岸線資源條件、 日益完善的集疏運(yùn)體系以及優(yōu)越的對(duì)臺(tái)地理位置優(yōu)勢(shì)。其定位為“生態(tài)旅游度假、健康養(yǎng)生、智慧創(chuàng)意、 休閑宜居等綜合服務(wù)為主體的國(guó)際生態(tài)旅游島”，擬建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際化、綜合性的客運(yùn)碼頭。

圖1 本項(xiàng)目地理位置圖

為增強(qiáng)兩馬航線競(jìng)爭(zhēng)能力和發(fā)展?jié)摿Γ?深度對(duì)接馬祖特色旅游項(xiàng)目開發(fā)，促進(jìn)瑯岐國(guó)際生態(tài)旅游島建設(shè)，政府決定將現(xiàn)有兩馬航線搬遷前移， 啟動(dòng)建設(shè)閩江馬尾對(duì)臺(tái)綜合客運(yùn)碼頭。

閩江馬尾對(duì)臺(tái)綜合客運(yùn)碼頭位于瑯岐島西北部，共建設(shè)3 個(gè)碼頭及相應(yīng)的配套設(shè)施， 其中：1# 泊位為5000噸級(jí)客貨泊位(水工結(jié)構(gòu)按靠泊2 萬GT 客貨滾裝船設(shè)計(jì))，設(shè)計(jì)年貨運(yùn)通過能力25.2 萬噸，年旅客通過能力3.3萬人次；2#、3# 泊位為2 個(gè)500GT 客運(yùn)泊位，設(shè)計(jì)年旅客通過能力53.1 萬人次。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 工程地質(zhì)

碼頭陸域場(chǎng)地位于在建閩江防洪堤內(nèi)側(cè)， 現(xiàn)狀主要為池塘、灘地和田埂，場(chǎng)地標(biāo)高大約為+2.7m～+7.4m。根據(jù)鉆探揭示，場(chǎng)地內(nèi)分布的地層從上至下主要有：素填土、淤泥、淤泥夾粉砂、中細(xì)砂、卵石、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等。 其中淤泥厚度大約3.30～11.80m，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)一般為＜1～1 擊，十字板剪切試驗(yàn)強(qiáng)度平均值為16.0kPa；淤泥夾粉砂層厚度可達(dá)6.90～40.20m，實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)一般為3～9 擊，平均值為6 擊。

圖2 陸域地質(zhì)剖面圖

2.2 設(shè)計(jì)荷載

本工程陸域形成面積15.95 公頃(含預(yù)留港口用地)，主要分為貨運(yùn)功能區(qū)和客運(yùn)功能區(qū)，平面布置圖如圖3 所示。各場(chǎng)地的設(shè)計(jì)荷載取值如表2：

表1 土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

圖3 陸域區(qū)平面布置圖

表2 陸域設(shè)計(jì)荷載取值表

2.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)使用要求，陸域經(jīng)地基處理后應(yīng)達(dá)到以下要求：

(1)表層地基承載力特征值≥180kPa；

(2)工后(20 年)殘余沉降≤30cm；

(3)壓實(shí)度：鋪面底面以下0～0.8m 的壓實(shí)度≥93%，

0.8m 以下的壓實(shí)度≥90%；

(4)土基回彈模量≥20MPa；

(5)回填砂標(biāo)貫擊數(shù)N＞15 擊。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)地基處理方案應(yīng)盡可能在施工期消除場(chǎng)地軟基和回填層的沉降，以確保港區(qū)使用期內(nèi)的建(構(gòu))筑物沉降滿足使用要求。

(2)本工程陸域主要分為客運(yùn)功能區(qū)、貨運(yùn)功能區(qū)及預(yù)留區(qū)。 地基處理方案應(yīng)結(jié)合不同區(qū)域的場(chǎng)地條件及使用要求，進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。

(3)本工程的港池疏浚量較大，為滿足環(huán)境保護(hù)要求，考慮將疏浚土作為陸域回填料進(jìn)行綜合利用。 吹填疏浚土區(qū)主要集中在陸域兩側(cè)的預(yù)留用地， 局部落于口岸查驗(yàn)設(shè)施、機(jī)修車間及工具材料庫等本期建設(shè)用地。由于吹填疏浚料的指標(biāo)較差，需采取額外的地基處理措施。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 方案比選

目前水運(yùn)工程中常用的地基處理方法有：換填法、爆破法、加筋墊層法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法、降水強(qiáng)夯法、振沖法、砂樁和擠密砂樁法、碎石樁法、水泥攪拌樁法、高壓噴射注漿法等[1]。

結(jié)合設(shè)計(jì)條件及工程投資， 適合本項(xiàng)目的地基處理方法主要有以下幾種：

(1)排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是先在軟弱地基中設(shè)置排水板、 砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身的重量逐漸分級(jí)加載，或在建造建筑物之前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加載預(yù)壓， 使土體中的空隙水排除，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)地基強(qiáng)度逐漸提高的地基加固處治方法。

通過排水法對(duì)地基進(jìn)行處理， 使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成， 地基在使用期間不至于產(chǎn)生不利的沉降和沉降差；同時(shí)可以加速地基的強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減小工后沉降。排水固結(jié)法中常用的有堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法。

(2)復(fù)合地基法

在地基軟土中添加豎向增強(qiáng)體， 使部分土體被增強(qiáng)或被置換，進(jìn)而形成共同承擔(dān)荷載的人工地基。常用的豎向增強(qiáng)體有砂石樁、水泥粉煤灰碎石樁、夯實(shí)水泥土樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁、灰土樁等。 砂石樁復(fù)合地基法采用沉管法或其他方法在地基中設(shè)置砂樁、碎石樁，在成樁過程中對(duì)樁間土進(jìn)行擠密， 擠密樁間土和砂石樁形成復(fù)合地基，提高地基承載力和減少沉降。 在荷載的作用下，砂石樁也有排水固結(jié)的作用。

(3)動(dòng)力固結(jié)法

動(dòng)力固結(jié)方法主要包括夯實(shí)和擠密。 夯實(shí)法即強(qiáng)夯法，采用夯錘從高處自由落下，地基土在強(qiáng)夯的沖擊力和振動(dòng)力作用下密實(shí)，可提高承載力，減少沉降；擠密地基主要方法為振沖密實(shí)法：一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列孔隙減小，另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，加回填料使砂層擠密，從而達(dá)到提高地基承載力、減小沉降，并提高地基土體抗液化能力。

近幾年來， 地基處理發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)就是在既有的地基處理方法基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展新的地基處理方法，特別是將多種地基處理方法進(jìn)行綜合使用[2]。結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，選取如下幾種方案進(jìn)行比較(見表3)。

表3 不同地基處理方案優(yōu)缺點(diǎn)

4.2 地基處理設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，結(jié)合本工程地層分布、回填料厚度和回填料性質(zhì)，陸域貨運(yùn)功能區(qū)、客運(yùn)功能區(qū)擬采用不同的地基處理方式[3]。

(1)貨運(yùn)功能區(qū)

由于該區(qū)域地面起伏較大， 擬先回填砂至+4.0m，再鋪設(shè)排水砂墊層，施打塑料排水板，然后進(jìn)行回填及不同區(qū)域的堆載預(yù)壓。 預(yù)壓完成后卸載至設(shè)計(jì)高程， 并進(jìn)行2000kN·m 強(qiáng)夯加固或振沖密實(shí)。

(2)客運(yùn)功能區(qū)

客運(yùn)功能區(qū)急需建成并投入使用，故采用施工時(shí)間較短的沉管砂樁方案，通過置換提高地基強(qiáng)度，避免長(zhǎng)時(shí)間堆載預(yù)壓。根據(jù)軟土厚度、工后沉降及地基承載力要求，不同區(qū)域采用不同的置換率。 最終經(jīng)強(qiáng)夯或振沖密實(shí)加固。

(3)吹填疏浚土區(qū)

陸域兩側(cè)的預(yù)留港口用地及口岸查驗(yàn)設(shè)施、機(jī)修車間及工具材料庫等本期用地均為吹填疏浚土區(qū)域。除預(yù)留港口用地近期不做處理外，其余場(chǎng)地應(yīng)在晾曬落淤后進(jìn)行地基處理。

由于工期緊，為滿足后續(xù)開展深層地基處理等施工使用需要， 先對(duì)疏浚土進(jìn)行淺層真空預(yù)壓加固形成硬殼層。淺層真空預(yù)壓完成后， 再施打塑料排水板穿透天然軟土層，對(duì)深層軟土進(jìn)行加固處理。 然后根據(jù)不同使用荷載要求進(jìn)行堆載預(yù)壓，并進(jìn)行強(qiáng)夯加固。

4.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

利用本工程施工場(chǎng)地內(nèi)埋設(shè)的面層沉降板、 孔隙水壓力計(jì)等設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)得到各分區(qū)的沉降、孔隙水壓力變化等有關(guān)信息如圖4～圖7 所示。

表4 不同區(qū)域的地基沉降量理論計(jì)算值

圖4 各沉降點(diǎn)觀測(cè)值(貨運(yùn)功能區(qū)）

圖5 各沉降點(diǎn)觀測(cè)值(客運(yùn)功能區(qū))

圖6 孔壓消散-時(shí)間過程線(貨運(yùn)功能區(qū))

圖7 孔壓消散-時(shí)間過程線(客運(yùn)功能區(qū))

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)， 貨運(yùn)功能區(qū)最大累計(jì)沉降量為1528.20mm，平均日沉降量為0.81mm/d；客運(yùn)功能區(qū)最大累計(jì)沉降量為563.00mm， 平均日沉降量為0.72mm/d，各測(cè)點(diǎn)推算固結(jié)度均大于90%。 處于加載間歇期的孔壓變化幅度在-5.47kPa～-0.52kPa 之間，各組超孔隙水壓力值與附加荷載值之比∑ΔU/ΔP≤50%。

通過分析觀測(cè)成果， 可以認(rèn)為本工程地基處理方案實(shí)施后，各點(diǎn)的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)接近理論計(jì)算值，沉降速率及施工期固結(jié)度滿足設(shè)計(jì)要求，地基加固效果良好。

5 結(jié)語

隨著理論研究與技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提高， 地基處理不再拘泥于單一手段， 多種地基處理方法的綜合應(yīng)用是地基處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 重視多種地基處理方法的綜合應(yīng)用可以取得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

本文結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件、建設(shè)項(xiàng)目的使用要求、施工工期以及環(huán)保要求等因素，對(duì)可采用的地基處理方法進(jìn)行了分析， 并分區(qū)進(jìn)行加固方案的差異化設(shè)計(jì)，可為今后類似工程提供參考。