碼頭后方陸域形成與地基處理方案比選研究

梁祖釗 廣東茂名濱海控股有限公司

吳狄林 茂名港集團(tuán)有限公司

1.工程概況

茂名港博賀新港區(qū)東區(qū)化工碼頭后方罐區(qū)，主要與配套化工碼頭2個(gè)5萬噸級(jí)油品化工泊位（E10泊位和E12泊位）、一個(gè)1萬噸級(jí)的油品化工品泊位（E11泊位），該碼頭岸線總長(zhǎng)度792米，碼頭設(shè)計(jì)年吞吐量510萬噸。根據(jù)工程總體布置，后方罐區(qū)位于茂名港博賀新港區(qū)東防波堤北端內(nèi)側(cè)和東閣嶺東側(cè)的海域上，項(xiàng)目現(xiàn)狀泥面標(biāo)高約-7.6～+2.2m，場(chǎng)地呈西北側(cè)高東南側(cè)低，造陸區(qū)域面積19.1萬m2，為一不規(guī)則圖形，南北向最長(zhǎng)432.5m，東西向最長(zhǎng)565.3m，總回填量約176.22萬m3。

該項(xiàng)目現(xiàn)狀為海域，需對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地南側(cè)新建圍堰，由新建圍堰和東防波堤及西側(cè)東閣嶺山體形成封閉區(qū)域，在封閉區(qū)域內(nèi)進(jìn)行陸域形成和地基處理施工。根據(jù)罐區(qū)技術(shù)要求，陸域形成和地基處理交工標(biāo)高為設(shè)計(jì)場(chǎng)地高程減去結(jié)構(gòu)層厚度，設(shè)計(jì)場(chǎng)地平均高程約7.5m，考慮0.8m結(jié)構(gòu)層厚度，地基處理交工標(biāo)高定為6.70m。陸域形成之前，場(chǎng)地四周邊界條件為：東側(cè)和南側(cè)為東防波堤，堤頂高程最低為6.0m，西側(cè)為現(xiàn)有山體，北側(cè)為新建圍堰，圍堰頂高程為5.5m。

2.工程地質(zhì)情況

圖1 總平面布置圖

根據(jù)勘察報(bào)告，鉆探深度內(nèi)土層分布較有規(guī)律，自上而下依次為：①1淤泥混砂、②1粉砂、②2中粗砂、③殘積土、④1全風(fēng)化巖和④2強(qiáng)風(fēng)化巖。

①1淤泥混砂：灰色，流～軟塑狀，高塑性，土質(zhì)不均，混砂。平均標(biāo)貫擊數(shù)N<1擊。

②1 粉砂：灰色，松散狀，土質(zhì)不均，含較多碎貝殼。僅分布于部分鉆孔中。平均標(biāo)貫擊數(shù)N=3.8擊。

②2中粗砂：灰色，松散狀，土質(zhì)不均，含碎貝殼。分布較連續(xù)，層位較穩(wěn)定。平均標(biāo)貫擊數(shù)N=3.1擊。

第二大層分布底高程為-5.01m～-12.39m。

③殘積土：灰色，一般多為粉質(zhì)粘土狀或砂性土狀，粉質(zhì)粘土多呈可塑～硬塑狀，中塑性，土質(zhì)不均，含砂粒；砂性土呈松散～中密狀，土質(zhì)不均。僅分布于部分鉆孔中。平均標(biāo)貫擊數(shù)N=16.2擊。

第三大層分布底高程為-8.59m～-18.76m。

④1全風(fēng)化巖：褐灰色，褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，礦物成分除石英外，大部分風(fēng)化變異，浸水軟化，為全風(fēng)化花崗巖。平均標(biāo)貫擊數(shù)N=37.7擊。

④2強(qiáng)風(fēng)化巖：褐灰色，褐黃色，局部暗紅色，原巖結(jié)構(gòu)已大部分破壞，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，浸水軟化，巖芯手捻易碎，為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。平均標(biāo)貫擊數(shù)N>50擊。在已勘探的鉆孔中強(qiáng)風(fēng)化巖頂面高程變化范圍為-5.01m～-19.71m。

3.工程回填料來源情況

回填料來源1：該項(xiàng)目將與化工碼頭項(xiàng)目同步建設(shè)，化工碼頭港池及航道疏浚將產(chǎn)生足夠數(shù)量的疏浚物料，可作為項(xiàng)目回填料的來源，其中化工碼頭疏浚量只有96萬m3，還需要從茂名港博賀新港區(qū)港池內(nèi)補(bǔ)充80.22萬m3疏浚物料。

回填料來源2：距離項(xiàng)目東側(cè)1km范圍的陸域?yàn)闁|閣嶺山體，根據(jù)《茂名博賀新港區(qū)片區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，東閣嶺山體需要開山造陸，作為碼頭后方堆場(chǎng)及罐區(qū)用地，東閣嶺開山將形成大量的土石渣需要外運(yùn)處理，開山形成的土石渣可以作為項(xiàng)目回填料的來源，東閣嶺開山土石渣除了可以用于造陸回填料，也可以用于其他政府投資建設(shè)項(xiàng)目。

4.陸域形成方案

工程場(chǎng)地地基處理交工標(biāo)高+6.7m，與現(xiàn)泥面相差約4.5～14.3m。本區(qū)域陸域范圍面積較小，可采用以下兩種方案進(jìn)行陸域形成：

方案一：吹填結(jié)合開山填海形成陸域

本工程周邊先修建圍堰形成掩護(hù)后，利用本工程的港池及碼頭區(qū)的疏浚土方進(jìn)行吹填造陸，根據(jù)港池及碼頭區(qū)勘察資料，疏浚土方多為中粗砂、中粗砂混淤泥、殘積土等。該方案具有就地取材、造價(jià)較低、造陸速度快、不增加集疏運(yùn)通道負(fù)擔(dān)、避免大量疏浚土外拋等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是吹填會(huì)形成較厚軟土層，相應(yīng)地基處理較復(fù)雜且處理工期長(zhǎng)。根據(jù)港池及碼頭區(qū)的疏浚要求，本項(xiàng)目港池、航道和碼頭疏浚土方共95萬m3，吹填至庫(kù)區(qū)造陸區(qū)后，該區(qū)域形成陸域標(biāo)高約為+2.5m。然后標(biāo)高+2.5m以上擬鋪設(shè)一層高強(qiáng)土工加筋布，之后鋪設(shè)厚度約1m排水墊層，之后打設(shè)塑料排水板，然后繼續(xù)回填開山土石到+6.0m，進(jìn)行強(qiáng)夯法地基處理，之后分2層回填碾壓到+6.7m交工標(biāo)高?？傆?jì)需要回填排水墊層和山皮石80.2萬方(不含地基處理期間沉降填方)。

方案二：開山填海形成陸域

即從現(xiàn)泥面高程開始回填開山土石形成陸域。為保證強(qiáng)夯地基處理深度，可先將場(chǎng)地回填到+5.0m后進(jìn)行強(qiáng)夯地基處理，之后分4層回填碾壓至標(biāo)高+6.7m。此方案優(yōu)點(diǎn)在于回填土土質(zhì)易于控制，后期地基處理費(fèi)用低，地基承載力較高，施工速度快，缺點(diǎn)為回填土方量比方案一多，回填造價(jià)較高，港池疏浚土方需要外拋。根據(jù)總平面布置，需要回填土方量為156.3萬方(不含地基處理期間沉降填方)。

方案三：吹填形成陸域

本項(xiàng)目周邊先修建圍堰形成掩護(hù)后，利用化工碼頭項(xiàng)目的港池及碼頭區(qū)的疏浚土方進(jìn)行吹填造陸，根據(jù)港池及碼頭區(qū)勘察資料，疏浚土方多為中粗砂、中粗砂混淤泥、殘積土等。該方案具有就地取材、造價(jià)較低、造陸速度快、不增加集疏運(yùn)通道負(fù)擔(dān)、避免大量疏浚土外拋等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是吹填會(huì)形成較厚軟土層，相應(yīng)地基處理較復(fù)雜且處理工期長(zhǎng)。

5.地基處理標(biāo)準(zhǔn)與方案

5.1 設(shè)計(jì)荷載和地基處理標(biāo)準(zhǔn)

按照港區(qū)場(chǎng)地的使用要求及陸域周圍圍堰穩(wěn)定性要求，確定場(chǎng)地地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）地基承載力：陸域形成方案一對(duì)應(yīng)場(chǎng)地地基承載力特征值不小于80kPa。陸域形成方案二對(duì)應(yīng)場(chǎng)地地基承載力特征值不小于120kPa。

（2）殘余沉降量：道路及場(chǎng)地（不含罐體）設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，陸域形成方案一對(duì)應(yīng)場(chǎng)地不大于350mm。陸域形成方案二對(duì)應(yīng)場(chǎng)地不大于200mm。

5.2 地基處理必要性

本工程回填造陸尚未進(jìn)行，按以往工程經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目條件，三種陸域形成方法均有必要對(duì)回填后的地基進(jìn)行處理。

（1）吹填結(jié)合回填形成陸域區(qū)域：本工程吹填土來源主要是港池和航道表層土，根據(jù)鄰近區(qū)域勘察資料顯示，土層主要由中粗砂、淤泥混砂、殘積土等組成，吹填施工過程中由于水力搬運(yùn)、混合作用，最后陸域形成的吹填層會(huì)以含水量較大的淤泥混砂土為主，含一定量的中粗砂等顆粒。吹填土含水量高、強(qiáng)度低，屬于高壓縮性土，為達(dá)到場(chǎng)地使用要求，必須進(jìn)行以提高土體強(qiáng)度、減少使用期間沉降量為目的的地基處理。

（2）回填形成陸域區(qū)域：新近回填土處于松散、不均勻狀態(tài)，不經(jīng)處理無法滿足工程要求，故必須進(jìn)行地基處理以消除沉降，滿足使用要求。

綜合所述，雖然本工程使用荷載較小，但為解決后期地基沉降，本工程需進(jìn)行地基處理。

5.3 地基處理方案（見表1）

表1 陸域形成和地基處理方案造價(jià)對(duì)比表

5.3.1.吹填結(jié)合回填法陸域形成對(duì)應(yīng)地基處理方案

根據(jù)陸域形成方案，場(chǎng)地首先吹填港池疏浚土方至+2.5m標(biāo)高，場(chǎng)地進(jìn)行排水、晾曬后，為滿足回填需要，鋪設(shè)一層高強(qiáng)加筋布，之后鋪設(shè)厚度約1m的排水墊層，可選用中粗砂或篩分的石渣（最大粒徑不大于20mm，且含土量不超過15%），為加速吹填土的固結(jié)速度，在排水墊層上打設(shè)塑料排水板，間距1.1m～1.2m，正方形布置，排水板打設(shè)深度為原泥面以下約1m，平均長(zhǎng)度約7.5m。

排水板打設(shè)完成后，場(chǎng)地靜置一段時(shí)間，之后場(chǎng)地回填開山土石到+6.0m高程，進(jìn)行強(qiáng)夯法施工。初步擬定強(qiáng)夯的平均單擊夯擊能3000kN.m，夯點(diǎn)間距5m，夯擊2遍。點(diǎn)夯后再進(jìn)行兩遍滿夯，滿夯夯擊能1000kN.m，夯印搭接1/4。夯坑用開山土石回填，之后分2層回填開山土石并碾壓密實(shí)至標(biāo)高+6.7m。

5.3.2.回填法陸域形成對(duì)應(yīng)地基處理方案

根據(jù)陸域形成方案，場(chǎng)地在周圍圍堰施工完成后，從場(chǎng)地西北側(cè)逐步分塊回填開山土石，以免形成淤泥集中區(qū)。首先回填開山土石至+5.0m標(biāo)高，即可進(jìn)行強(qiáng)夯法施工。

進(jìn)行強(qiáng)夯法施工。初步擬定強(qiáng)夯的平均單擊夯擊能4000kNm，夯點(diǎn)間距5m，夯擊2遍。點(diǎn)夯后再進(jìn)行兩遍滿夯，滿夯夯擊能1000kN.m，夯印搭接1/4。夯坑用開山土石回填，之后分4層回填開山土石并碾壓密實(shí)至標(biāo)高+6.7m。

5.3.3 吹填的地基處理方案

根據(jù)陸域形成方案，場(chǎng)地周邊先修建圍堰形成掩護(hù)后，從場(chǎng)地西北側(cè)逐步進(jìn)行吹填，吹填區(qū)域采用插打塑料排水板后，然后進(jìn)行堆載預(yù)壓處理，場(chǎng)地首先吹填港池疏浚土方至+5m標(biāo)高，待吹填表面排水晾曬滿足施工要求時(shí)，鋪設(shè)1層土工布與2層土方格柵，鋪設(shè)1m厚中粗砂墊層，進(jìn)行塑料排水板打設(shè)，間距0.8m～1m，正方形布置，排水板打設(shè)深度為原泥面以下約1m，平均長(zhǎng)度約9.5m，排水板打設(shè)完成后再鋪設(shè)2層土方格柵，以增強(qiáng)地基在后續(xù)堆載填筑施工中的穩(wěn)定性，為后續(xù)分級(jí)填筑施工創(chuàng)造條件。

在砂墊層上分兩層進(jìn)行堆載預(yù)壓，每層堆載厚度為2m，共4m，均采用中粗砂進(jìn)行堆載，整改場(chǎng)地分4個(gè)堆載區(qū)域攤鋪，過程中嚴(yán)格控制堆載填筑厚度與高差，單區(qū)域堆載時(shí)間預(yù)計(jì)60天，經(jīng)檢測(cè)地基固結(jié)度達(dá)到96%以上，方可卸載至+7m標(biāo)高，再進(jìn)行振沖碾壓至標(biāo)高+6.7m。

6.方案比選

從造價(jià)上分析，方案一的造價(jià)是最低的。

從工期上分析，方案一時(shí)間最短，方案二次之，方案三最長(zhǎng)。綜合考慮后續(xù)地質(zhì)詳勘工作及罐基礎(chǔ)施工，方案一與方案三可以快速提供大量工作面，整體工期可以節(jié)約。

從材料供應(yīng)上分析，方案一的材料來自疏浚物與東閣嶺開山石，方案三的材料來自于港區(qū)疏浚物，兩種均可有效解決港區(qū)疏浚物的去處，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，可節(jié)約項(xiàng)目投資資金，方案二材料全部來自東閣嶺開山石，對(duì)土石方需求量大，項(xiàng)目成本相對(duì)較高，且該土石方質(zhì)量高，可通過加工及外賣創(chuàng)造利潤(rùn)，大量使用土石方回填降低了利潤(rùn)空間。

從工藝上分析，以上三個(gè)方案的工藝都比較成熟，但方案二使用的機(jī)械設(shè)備多，效率較低。

經(jīng)過綜合對(duì)比，選定方案一作為實(shí)施方案是結(jié)合實(shí)際的最優(yōu)方案。

7.結(jié)語

綜合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)兼具開山土石方和疏浚土充分供應(yīng)的特點(diǎn)，通過對(duì)上述三種方案從經(jīng)濟(jì)成本、工期時(shí)間兩方面進(jìn)行對(duì)比分析，選定吹填疏浚土結(jié)合回填開山土石方的陸域形成方案。本項(xiàng)目的成功實(shí)踐可為類似工程提供參考。