大型重力式碼頭后軌基礎(chǔ)沉降控制

侯 勇，魏建雄，宋蘭芳

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

重力式碼頭是碼頭結(jié)構(gòu)中最常用的一種型式，其前軌通常座落在胸墻上，工后沉降較小。為最大限度減少前后軌沉降差對(duì)運(yùn)營(yíng)期的影響，對(duì)于大型重力式碼頭，后軌一般采用造價(jià)較高、施工工期相對(duì)較長(zhǎng)的樁基礎(chǔ)，一次性解決差異沉降問(wèn)題。金宏等[1]通過(guò)實(shí)踐證明碼頭后軌采用灌注樁基礎(chǔ)是解決后軌沉降的行之有效的方法之一。對(duì)于中小型重力式碼頭，為控制投資，一般采用彈性地基梁（軌道梁）或軌枕道砟結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)期修復(fù)調(diào)整后軌的方式；司政等[2]結(jié)合工程實(shí)際，針對(duì)重力式方塊碼頭采取預(yù)留沉降和預(yù)先儲(chǔ)備一定調(diào)節(jié)能力等有效方法對(duì)后軌進(jìn)行了修復(fù)；林麗珍[3]采取堆載預(yù)壓的方式對(duì)某實(shí)際碼頭后軌軌道梁基礎(chǔ)進(jìn)行改造；張春生等[4～5]對(duì)日照港碼頭后軌軌道梁基礎(chǔ)改造的實(shí)際情況進(jìn)行了總結(jié)，提出了合理化建議；范祥水等[6]建議采用強(qiáng)夯法對(duì)碼頭后軌拋石地基進(jìn)行處理。

本文以惠州荃灣某沉箱重力式煤炭碼頭后軌設(shè)計(jì)施工為例，探討了后軌施工、設(shè)計(jì)過(guò)程中的控制沉降的精細(xì)化管控措施，取得了良好的實(shí)施效果和項(xiàng)目效益，為以后類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概述

惠州荃灣煤炭碼頭一期項(xiàng)目，建設(shè)2個(gè)7萬(wàn)t級(jí)煤炭卸船泊位（結(jié)構(gòu)按靠泊15萬(wàn)t級(jí)散貨船設(shè)計(jì)）及相應(yīng)的配套設(shè)施。碼頭結(jié)構(gòu)型式為重力式沉箱碼頭，橋式卸船機(jī)軌距26 m，基距18 m，4個(gè)腿，每腿10輪，兩機(jī)之間最小輪距1.5 m，非工作狀態(tài)最大輪壓達(dá)700 kN/輪，工作狀態(tài)最大輪壓650 kN/輪。前軌置于胸墻上，按常規(guī)設(shè)計(jì)，后軌宜采用樁基，但因碼頭區(qū)持力層巖面埋深較淺，起伏較大，局部地段淤泥等軟弱土層與基巖面直接接觸，對(duì)打入式樁型的整體穩(wěn)定性不利，施工難度也較大，加之嵌巖灌注樁費(fèi)用高昂，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的采用清除上部覆蓋的軟土層后直接回填1～1 000 kg開(kāi)山石（換填厚度約22 m），后軌采用軌枕基礎(chǔ)，碼頭典型斷面如圖1。

圖1 軌道基礎(chǔ)斷面示意

由于前、后軌基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式不一，前軌坐落在沉降基本穩(wěn)定的剛性結(jié)構(gòu)上，后軌坐落在較厚的回填開(kāi)山石基礎(chǔ)上，兩者會(huì)產(chǎn)生較大的差異沉降，較之前軌結(jié)構(gòu)，后軌的沉降量較大，主要取決于開(kāi)山石基礎(chǔ)的沉降控制，處理不好，將會(huì)帶來(lái)較大的不便，影響卸船機(jī)的后期運(yùn)營(yíng)。

2 沉降控制措施

2.1 嚴(yán)控填料質(zhì)量

現(xiàn)場(chǎng)管控措施主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員及分包操作人員進(jìn)行多次技術(shù)交底和專題會(huì)議，強(qiáng)化對(duì)開(kāi)山石含泥量的控制，全方位全過(guò)程加強(qiáng)相關(guān)人員的質(zhì)量意識(shí)；

2）在開(kāi)山石取料點(diǎn)和卸料點(diǎn)分別設(shè)置旁站人員，對(duì)石料的質(zhì)量實(shí)施全過(guò)程的有效監(jiān)督。取料點(diǎn)的旁站人員負(fù)責(zé)安排鉤機(jī)手在符合要求的料源點(diǎn)選用石材（現(xiàn)場(chǎng)料源地存在較多縱向和橫向的強(qiáng)風(fēng)化石料夾層）。卸料點(diǎn)的旁站人員則負(fù)責(zé)對(duì)所選用的石料進(jìn)行二次監(jiān)控，監(jiān)督石料是否確保滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)不符合要求的回填料堅(jiān)決實(shí)行退回制度，確保監(jiān)督無(wú)盲點(diǎn)；

3）按兩倍于規(guī)范要求進(jìn)行開(kāi)山石的含泥量檢測(cè)，并建立檢測(cè)臺(tái)賬。既加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)管理人員和操作人員的質(zhì)量意識(shí)，也有一定的震懾作用，對(duì)不滿足要求的石料堅(jiān)決不允許用于回填，否則，不僅要挖除，相關(guān)人員也要受到經(jīng)濟(jì)重罰；

4）對(duì)開(kāi)山石基礎(chǔ)整個(gè)斷面的回填料要求進(jìn)一步優(yōu)化，施工時(shí)有針對(duì)性地將最好的回填料填至后軌應(yīng)力影響線范圍內(nèi)，進(jìn)一步加強(qiáng)該區(qū)域的回填料質(zhì)量。

2.2 優(yōu)化夯點(diǎn)布置

原設(shè)計(jì)要求后軌開(kāi)山石基礎(chǔ)軌道中心線兩側(cè)11 m范圍內(nèi)，采用傳統(tǒng)的強(qiáng)夯工藝對(duì)地基進(jìn)行處理。本著進(jìn)一步加強(qiáng)后軌開(kāi)山石基礎(chǔ)受力影響線范圍內(nèi)的基礎(chǔ)密實(shí)度，優(yōu)化夯點(diǎn)布置如圖2所示。

結(jié)合設(shè)計(jì)點(diǎn)夯間距為4 m，選擇直徑為2 m的夯錘進(jìn)行點(diǎn)夯施工，確保后軌道中心線兩側(cè)2 m范圍內(nèi)“無(wú)死角”處理。點(diǎn)夯施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控，實(shí)施“一插到底”的管理制度，直接管理到班組，確保施工嚴(yán)格按照優(yōu)化方案進(jìn)行。

圖2 夯點(diǎn)布置優(yōu)化示意

2.3 提前預(yù)留沉降

根據(jù)現(xiàn)行《港口起重機(jī)軌道安裝技術(shù)條件》，軌距26 m的橋式卸船機(jī)前、后軌差異沉降最大為2 ‰，即5.2 cm。在進(jìn)行碎石道砟基礎(chǔ)施工時(shí)，將整個(gè)施工面抬高5.2 cm，達(dá)到軌道安裝完成后，整個(gè)后軌標(biāo)高比前軌高5.2 cm的最大差異，既不影響后期的卸船機(jī)使用，也可以最大限度的預(yù)留高差，提前預(yù)留后軌的沉降量，抵消部分工后沉降。

2.4 高配可調(diào)系統(tǒng)

圖3 高承載力柔性固定系統(tǒng)

為便于日后的軌道的沉降調(diào)整，同時(shí)考慮最大限度減少調(diào)軌次數(shù)，聯(lián)合基礎(chǔ)上的軌道固定系統(tǒng)采用伊利諾公司的GANTY軌道高承載力柔性固定系統(tǒng)，其可調(diào)高差超過(guò)8 cm。

3 實(shí)施效果評(píng)價(jià)及效益分析

對(duì)于優(yōu)化后的強(qiáng)夯方案，結(jié)合夯坑沉降、基礎(chǔ)整體沉降以及坑內(nèi)回填料方量等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合判斷后軌開(kāi)山石基礎(chǔ)可有效減少沉降約50 cm。施工完成后，實(shí)測(cè)顯示后軌比前軌高4.7 cm，進(jìn)入試運(yùn)行階段，通過(guò)近680天（2017年03月～2019年01月）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出，前軌累計(jì)沉降2 mm，處于基本不沉降狀態(tài)，后軌累計(jì)沉降16 mm，前后軌高差由47 mm變?yōu)?0 mm，沉降歷時(shí)曲線趨于穩(wěn)定收斂狀態(tài)，項(xiàng)目實(shí)施效果現(xiàn)狀良好。

圖4 前后軌高差歷時(shí)曲線

根據(jù)現(xiàn)行《港口起重機(jī)軌道安裝技術(shù)條件》，軌距26 m的橋式卸船機(jī)前、后軌差異沉降最大為±2 ‰，即±5.2 cm。結(jié)合當(dāng)前后軌比前軌高3.0 cm以及高承載力柔性固定系統(tǒng)進(jìn)一步反向消除工后沉降8.0 cm等數(shù)據(jù)，后期后軌沉降量在16.2 cm（即5.2 cm+3.0 cm+8.0 cm）以內(nèi)都不需要調(diào)軌。

項(xiàng)目在取得良好的實(shí)施效果的同時(shí)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)濟(jì)效益方面，經(jīng)與灌注樁后軌基礎(chǔ)方案比較，本項(xiàng)目采用的直接回填開(kāi)山石后軌基礎(chǔ)方案節(jié)約造價(jià)約2 000萬(wàn)元。同時(shí)該方案的實(shí)施工期較灌注樁方案縮短約2個(gè)月，除直接節(jié)省了人工費(fèi)、機(jī)械臺(tái)班費(fèi)等資源費(fèi)用外，避免了工期延誤罰款。社會(huì)效益方面，施工和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，接受了創(chuàng)新、質(zhì)量的雙重考驗(yàn)，在保證質(zhì)量的同時(shí)也確保了節(jié)點(diǎn)工期，設(shè)計(jì)施工一體化總承包的管理模式和優(yōu)勢(shì)得到了質(zhì)安監(jiān)督部門以及建設(shè)單位和監(jiān)理單位的認(rèn)可。

3 結(jié) 語(yǔ)

1）通過(guò)嚴(yán)控填料質(zhì)量、優(yōu)化夯點(diǎn)布置以及提前預(yù)留沉降和高配可調(diào)系統(tǒng)等一些列施工精細(xì)化管理措施，實(shí)現(xiàn)了有效控制大型重力式碼頭后軌基礎(chǔ)沉降的目的，形成了一套后軌基礎(chǔ)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)和管理方法。

2）對(duì)后軌基礎(chǔ)強(qiáng)夯處理，特別是通過(guò)優(yōu)化夯點(diǎn)布置提高受力影響線范圍內(nèi)的基礎(chǔ)密實(shí)度，是消除基礎(chǔ)工后沉降最有效的方式之一。

3）本項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，突破了大型重力式碼頭后軌通常采用樁基礎(chǔ)控制沉降的限制，取得了良好的實(shí)施效果和經(jīng)濟(jì)效益，可為以后類似工程提供參考。