阿美港口項目中軌道基礎(chǔ)沉降計算及標(biāo)準的設(shè)計應(yīng)用

趙洪琦，吳宏雷

中國電建集團山東電力建設(shè)有限公司，山東 濟南 250000

在沿海吹填的軟土地基上建設(shè)移動式動臂起重機，其軌道梁基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，由于其地基土為非天然狀態(tài)，其下部會存在厚度及分布均不確定的淤泥及軟弱土層，導(dǎo)致引起軌道基礎(chǔ)的沉降。同時，地基土的沉降變形也會反映到軌道梁的變形上，造成上部移動式動臂起重機存在損壞及運行安全的隱患。因此，為保證設(shè)備運行的安全性，相關(guān)的沉降量計算應(yīng)控制在軌道基礎(chǔ)沉降的設(shè)計標(biāo)準之內(nèi)，選取可行的，適用吹填場地的軌道基礎(chǔ)沉降計算方法及沉降設(shè)計標(biāo)準，這對于軌道梁基礎(chǔ)的設(shè)計及項目的經(jīng)濟性均有重要的指導(dǎo)意義。文章以沙特阿美薩拉曼國際綜合港務(wù)設(shè)施項目的移動式動臂起重機下部軌道梁基礎(chǔ)的沉降計算為例，對吹填場地沉降量計算公式及軌道梁基礎(chǔ)沉降設(shè)計標(biāo)準的選取進行分析論述。

1 工程概況

沙特阿美薩拉曼國際綜合港務(wù)設(shè)施項目是世界級的海上港口項目，該項目建成后，主要提供海上制造、新船建造和維護、船體維修服務(wù)，包括超大型油輪的建造。項目地點位于沙特東部波斯灣沿岸(Ras Al-khair港口)，場地南北長約4km，東西長約為2km，項目規(guī)劃區(qū)內(nèi)有超過200個設(shè)施，主要分為原狀土及吹填土區(qū)域，均為無黏性砂土組成。其中移動式動臂起重機軌道基礎(chǔ)主要分布在吹填區(qū)域。以結(jié)構(gòu)編號A122-1122-2122-3為例，軌道梁條形基礎(chǔ)無伸縮縫段的基礎(chǔ)長度為5.25m，寬為2.25m，埋深為1.5m，起重機最大起吊能力為30t，起重機下部共4組移動輪/2條軌道，軌道之間間距為12m，每條軌道2組移動輪，移動輪軸心間距為16m。

該項目中，在對相關(guān)區(qū)域進行了吹填之后，簡單做了一些地基處理，主要處理方式為振沖及夯實，對地基土進行了一定程度的改善，改善后的土體強度最小具備的基本地質(zhì)條件如下：場地頂高程至0.6m的深度內(nèi)，土體壓實度應(yīng)達到95%，CBR（加州承載比）指標(biāo)應(yīng)達到20%；從場地頂高程以下0.6～6.5m的范圍，CPTu(靜力觸探試驗)值應(yīng)為5～8MPa，呈線性增加。相關(guān)的設(shè)計基于上述條件進行，設(shè)計年限選取為50年，以保證上部設(shè)施安全運行。

2 吹填區(qū)域地基沉降計算公式的選取

項目軌道梁吹填區(qū)域場地的地質(zhì)詳勘調(diào)查使用的靜力觸探試驗（CPT），試驗間隔為每30m布置一個測試點位，由此可以看出地基土壤的基本分層情況和強度，基于項目情況及現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)，選取合理的沉降計算公式來計算基礎(chǔ)沉降量尤為重要。

2.1 沉降計算公式分析

根據(jù)項目場地的實際條件，初步采用了Schmertmann（1978）、Meyerhof（1974）、Aashto-Lrfd（2007）、Bowles（1987）、Burland and Burbidge（1985）、Alpan Approximation、Shultze and Sherif Approximation、Oasys P-Disp等沉降計算方法進行了綜合分析對比[1]。在相同條件下對吹填區(qū)域軌道梁基礎(chǔ)分別經(jīng)過計算及分析發(fā)現(xiàn)，使用Schmertmann（1978）計算出的沉降量值較高，是因為它計算的是地基土層間的累積沉降，而其他計算方法采用的土體彈性模量Es為加權(quán)平均值或計算公式中沒有包含土體的彈性模量值導(dǎo)致計算的沉降存在差異。

由于吹填區(qū)域內(nèi)土體間的彈性模量Es值不同，且差異較大，如選擇土體的加權(quán)平均彈性模量值，將間接導(dǎo)致沉降量計算結(jié)果偏小，不能反映實際土體的壓縮情況，因此，最終采用適用于砂土吹填區(qū)域的Schmertmann（1978）沉降計算方法，全面考慮了地基土下部不同土體之間的彈性模量Es值，使最終的沉降值更具有代表性。

2.2 沉降計算公式選擇

該項目地基沉降分析采用Schmertmann（1978）理論及其計算方法，用于評估計算無黏性砂土上部的地基沉降量。該方法將地基下可壓縮土劃分為單獨的土層，然后對每一個土層的沉降進行累加，得出最終沉降量。由于項目初期進行過靜力觸探試驗（CPT）驗證過實際的場地條件，因此可將靜力觸探結(jié)果中的錐尖阻力值按照Robertson（2015）計算公式換算成Schmertmann（1978）中每層土體的彈性模量。

3 軌道基礎(chǔ)沉降設(shè)計規(guī)范的選取

阿美工程項目的標(biāo)準種類繁多，源自美標(biāo)卻又自成一體，既包括設(shè)計標(biāo)準文件（SAES）、設(shè)計程序文件（SAEP）及材料適用規(guī)范（SAMSS），又包括設(shè)計標(biāo)準圖紙，各類標(biāo)準多達1352個，但是關(guān)于軌道梁變形及相關(guān)沉降標(biāo)準的要求，卻沒有具體的要。因此，選取正確且適用項目的相關(guān)涉及標(biāo)準對工程施工及造價成本都至關(guān)重要。該項目上部軌道設(shè)施在其運行過程中，豎向荷載導(dǎo)致的豎向沉降為軌道變形的影響因素。該項目中的移動式懸臂起重機最大起吊性能為30t（主鉤），下部共4組移動輪，滿載情況下，每組輪上的輪載分布約為Fz=15kN、Fx=15kN、Fy=500kN。因此，選取符合運行要求的軌道沉降標(biāo)準至關(guān)重要。

3.1 軌道基礎(chǔ)沉降差值標(biāo)準

對于軌道的相對沉降差值要求，經(jīng)綜合分析，英標(biāo)BS ISO 12488-1：2012及歐標(biāo)EN 1993-6-2007標(biāo)準均適用于該項目的設(shè)計。但是按照阿美項目標(biāo)準體系要求，設(shè)計標(biāo)準應(yīng)選擇其中最嚴格的要求，故項目最終采用英標(biāo)BS ISO 12488-1：2012標(biāo)準。按照此標(biāo)準，首先將軌道設(shè)施設(shè)備按設(shè)計運行總距離及用途劃分標(biāo)準等級，不同等級其相對的沉降差值要求也有差異?？紤]該項目的軌道運行設(shè)計年限為50年，選取等級1作為標(biāo)準要求，故兩條軌道之間的不均勻沉降值應(yīng)控制在10mm以下。

3.2 軌道基礎(chǔ)總沉降量標(biāo)準

對于軌道的總沉降值要求，綜合分析軌道長度及運行時間要求后，BS EN 1993-6：2007標(biāo)準適用于該項目的設(shè)計，按照此標(biāo)準，其豎直方向最大沉降量應(yīng)考慮為最終總沉降值，故軌道總沉降值應(yīng)控制在25mm以下。將項目軌道梁區(qū)域使用Schmertmann（1978）沉降理論計算出的相關(guān)沉降值按照選取的沉降標(biāo)準進行分析，保證均滿足上述規(guī)范要求，若不滿足，則需考慮其他基礎(chǔ)形式以控制沉降量。

4 結(jié)束語

在沙特阿美薩拉曼國際綜合港務(wù)設(shè)施項目中（MYP），對于吹填區(qū)域軌道基礎(chǔ)沉降的計算方法，針對項目場地形成特點，選取了合適、精確的Schmetrmann（1978）沉降計算方法，分層累計計算其最大沉降及不均勻沉降量。除此之外，項目選取了目前軌道基礎(chǔ)沉降通用的國際標(biāo)準作為設(shè)計依據(jù)，以保證項目設(shè)計的安全性及規(guī)范性。該項目中的設(shè)計理論及參考規(guī)范適用于大部分軌道基礎(chǔ)沉降的設(shè)計應(yīng)用，為其他阿美項目軌道設(shè)施基礎(chǔ)的設(shè)計工作提供了依據(jù)及方法指導(dǎo)。