日照港石臼港區(qū)某翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 羽，趙雁飛，周慶文

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

引言

目前，國(guó)內(nèi)已建成幾十座翻車機(jī)房，作為煤碼頭中工期最長(zhǎng)的大型單項(xiàng)工程，其工期會(huì)對(duì)整個(gè)工程造成影響。翻車機(jī)房作為煤炭出口碼頭的重要組成部分，因建設(shè)周期長(zhǎng)，控制整個(gè)工程的工期。如何通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短工期，成為本工程的優(yōu)化重點(diǎn)。

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程翻車機(jī)房二期工程所在位置靠近外海，位于現(xiàn)有護(hù)岸堤心石內(nèi)。由于與外海連通，施工期基坑外降水是本工程能否實(shí)施的關(guān)鍵。另外，地連墻施工圈梁、腰梁、豎肋時(shí)常規(guī)作法是植筋、預(yù)埋鋼筋后期焊接等存在施工復(fù)雜、工期長(zhǎng)等弊端。炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土?xí)r，由于地連墻鋼筋間距過密、墻厚，較難貫通地連墻，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響工期。

本工程還對(duì)施工工序、支撐布置等進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)構(gòu)受力更為合理，并大大節(jié)省了工期。

1 工程概述

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程二期工程翻車機(jī)房位于日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)三突堤中部、東護(hù)岸西側(cè)，由一座翻車機(jī)房及一條配套的廊道組成。翻車機(jī)房中心到已建東護(hù)岸軸線的垂直距離為49.73m。

翻車機(jī)房及廊道主體結(jié)構(gòu)的施工條件為干施工。根據(jù)類似工程設(shè)計(jì)，需建翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其主體結(jié)構(gòu)由圓形地連墻、廊道地連墻及支撐等組成。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)位于東護(hù)岸拋石區(qū)及回填區(qū)，基坑外地下水與海水相通，采用常規(guī)井點(diǎn)降水的措施，無法降低基坑外地下水位，須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍新建翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)，阻斷海水，以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)外的降水滿足設(shè)計(jì)要求。

為滿足平面布置、翻車機(jī)房及廊道的工藝、主體結(jié)構(gòu)干施工的設(shè)計(jì)要求，翻車機(jī)房建筑物由翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、翻車機(jī)房結(jié)構(gòu)三部分組成，其結(jié)構(gòu)分述如下：

1.1 翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)

翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)建在翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍、是由柔性地連墻、高壓旋噴樁防滲帷幕、已建一期工程翻車機(jī)房及廊道地連墻三部分組成的封閉的防滲結(jié)構(gòu)。其中，柔性地連墻位于已建東護(hù)岸拋石堤及后方回填陸域內(nèi)，高壓旋噴樁防滲帷幕位于柔性地連墻兩側(cè)（位于已建東護(hù)岸后方回填陸域內(nèi)），其兩端與已建翻車機(jī)房及廊道地連墻相接，其功能是阻斷基坑外地下水與海水相通，確保翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑外降水滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)平面、工藝布置要求和工程所在區(qū)域已有構(gòu)筑物的現(xiàn)狀及地質(zhì)條件，翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)依施工順序由圓形地連墻及廊道地連墻、翻車機(jī)房主體結(jié)構(gòu)地基處理、廊道主體結(jié)構(gòu)地基處理、基坑帷幕灌漿截滲結(jié)構(gòu)（含地連墻帽梁、廊道地連墻第一道支撐）、基坑支撐結(jié)構(gòu)（含基坑開挖、降水、現(xiàn)澆廊道混凝土底板）五部分組成。

圓形地連墻中心設(shè)計(jì)半徑為26.95 m，厚度為1m，基坑開挖最低底高程為-11.3 m；廊道地連墻位于翻車機(jī)房北側(cè)，長(zhǎng)度為145 m，由兩條中心距分別為15.0 m、16.0 m的地連墻及地連墻端墻組成，厚度為1m，基坑開挖最低底高程為-10.5m；為滿足翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力要求，加快、保證成槽質(zhì)量及降低工程造價(jià)，基坑外的地下水位須降至-3.0m。

1.3 翻車機(jī)房結(jié)構(gòu)

翻車機(jī)房建筑物由一座翻車機(jī)房及一條配套的廊道組成，其結(jié)構(gòu)由翻車機(jī)房主體、廊道主體結(jié)構(gòu)兩部分組成；翻車機(jī)房廊道出口到翻車機(jī)房中心的水平長(zhǎng)度為186.151 m，與翻車機(jī)房主體結(jié)構(gòu)連接處的廊道底板頂高程為-8.50 m；在翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)施工，均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工條件為干施工。

2 翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 主要設(shè)計(jì)條件

本場(chǎng)地位于日照港石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)，場(chǎng)地東側(cè)緊鄰已建成的東護(hù)岸，西側(cè)為焦炭泊位和煤炭臨時(shí)堆場(chǎng)，西北側(cè)緊鄰在建的翻車機(jī)房一期工程。工程所在區(qū)域原位海域，原始泥面高程為-11.0～-12.0 m，經(jīng)后期吹填及人工回填形成陸域，場(chǎng)地地形較平坦，表層多以人工回填的粗礫砂為主，局部為雜填土與填土(碎石)；本場(chǎng)地在勘察鉆孔前已采用強(qiáng)夯法進(jìn)行了地基處理，①5沖填土(粉質(zhì)粘土)、②1粘土、②3粉質(zhì)粘土及③1粉質(zhì)粘土均為正常固結(jié)～超固結(jié)土層。

勘察結(jié)果表明，本場(chǎng)地巖土層分布較有規(guī)律，在勘察深度范圍內(nèi)自上而下主要由填土層、海相沉積層、陸相沉積層、上太古界-下元古界膠南群片麻巖四大土層組成；各巖土層分布特征，分述如下：

雜填土組分復(fù)雜，以稍密狀為主，分布不均勻；①2填土(粗礫砂)與①4填土(粗礫砂混粘性土)呈松散～稍密狀，為可液化土層；①3填土(粘性土混砂)呈可塑狀。上述土層厚度不均，層為不穩(wěn)定，承載力較低，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；①1填土(粗礫砂)呈中密狀，①5填土(粉質(zhì)粘土)呈可塑～應(yīng)塑狀，上述兩層土質(zhì)不均勻，分布不連續(xù)，承載力一般，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；填土(碎石)僅在部分鉆孔揭露，以松散～稍密狀主，其密實(shí)度及顆粒分布不均，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；②1粘土呈可塑狀，為中～高壓縮性土；②2粗礫砂呈稍密～中密狀；②3粉質(zhì)粘土呈可塑～硬塑狀，③1粉質(zhì)粘土呈硬塑狀，兩者均為中等壓縮性土；夾層粉土呈中密狀；以上土層分布不連續(xù)，承載力一般，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；③2粗礫砂呈中密～密實(shí)狀，層位穩(wěn)定，層厚較大，承載力較高，工程地質(zhì)性質(zhì)較好；④1全風(fēng)化片麻巖平均標(biāo)貫擊數(shù)N=44.0 擊，其承載力高，但僅在個(gè)別鉆孔中揭露，遇水易軟化崩解，工程地質(zhì)性質(zhì)一般；④2強(qiáng)風(fēng)化片麻巖與④3強(qiáng)風(fēng)化片麻巖平均標(biāo)貫擊數(shù)均>70 擊，層位總體較穩(wěn)定，厚度較大，承載力高，工程地質(zhì)性質(zhì)良好，為良好的基礎(chǔ)持力層，但應(yīng)注意④2強(qiáng)風(fēng)化片麻巖浸水后易軟化崩解。

基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層主要為填土，層厚15.9～19.2 m，厚度較大，各填土層密實(shí)度差異性較大，除①1填土（粗礫砂）主要呈中密狀以外，其余填土層主要呈松散～稍密狀或可塑狀，土質(zhì)不均勻，雖已使用強(qiáng)夯法進(jìn)行了地基處理，但其厚度較大，組分及密實(shí)度在水平和垂直方向上均存在較大差異，且①2填土（粗礫砂）和①4填土（粗礫砂混粘性土）為可液化土層，場(chǎng)地液化等級(jí)以中等～嚴(yán)重液化為主。

基坑開挖深度-11 m 以下，以可塑～硬塑狀粘性土、稍密～中密狀粗礫砂為主，底部主要為砂狀④2強(qiáng)風(fēng)化片麻巖與碎塊狀④3強(qiáng)風(fēng)化片麻巖。

抽水孔（C1～C4）及其水位觀測(cè)孔（G4～G15）：抽水孔和觀測(cè)孔的孔深根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果確定，觀測(cè)孔深度需要滿足不同降深時(shí)觀測(cè)水位的要求。抽水試驗(yàn)采用三次降深，第三次應(yīng)降至-13.0 m 以下。每次抽水結(jié)束后，量測(cè)各孔恢復(fù)至穩(wěn)定水位的時(shí)間。

由于地下水與海水連通性好，地層透水性強(qiáng)，抽水試驗(yàn)應(yīng)在防滲結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行，測(cè)定各土層滲透系數(shù)，記錄抽水水量，并提供降水井間距、降水井抽水泵功率選擇建議值。

壓水試驗(yàn)結(jié)果表明：④2強(qiáng)風(fēng)化巖層透水率為16.00～28.78 Lu 不等，滲透性等級(jí)為中等透水，P～Q 曲線類型總體為D（沖蝕）型。

2.2 地連墻防滲結(jié)構(gòu)在本工程中存在的問題

由于本工程翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)位于東護(hù)岸拋石區(qū)及回填區(qū)，基坑外地下水與海水相通，采用常規(guī)井點(diǎn)降水的措施無法降低基坑外地下水水位，須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍新建翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)，以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)外的降水滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 防滲結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，工程界采用的防滲結(jié)構(gòu)類型一般為水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓帷幕灌漿、止水土工膜、柔性地連墻等。

水泥攪拌樁適合深度較淺、標(biāo)貫擊數(shù)較低的土層，止水土工膜適合大開挖方案。根據(jù)本工所在區(qū)域的場(chǎng)地情況及地質(zhì)資料不適合采用上述兩種防滲結(jié)構(gòu)方案。高壓帷幕灌漿適用于巖基，通過改進(jìn)施工工藝，可適用于各種地基土。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，翻車機(jī)房防滲結(jié)構(gòu)在圓形地連墻東側(cè)部分區(qū)域，位于已建東護(hù)岸拋石堤范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在翻車機(jī)房工程中第一次在拋石堤內(nèi)采用柔性地連墻防滲結(jié)構(gòu)方案；對(duì)于東護(hù)岸拋石堤以外的工程區(qū)域可采用高壓旋噴樁防滲帷幕結(jié)構(gòu)方案。

圖1 防滲結(jié)構(gòu)斷面圖

3 翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)已建成了幾十座翻車機(jī)房，有非常成熟的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)以往工程實(shí)例，圍護(hù)結(jié)構(gòu)多存在下列弊端，地連墻在圈梁、腰梁、豎肋處多采用植筋方式，植筋工作量較大且施工復(fù)雜，圓形地連墻廊道口范圍埋炸藥爆破施工困難等，本工程對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化：

1）優(yōu)化1

在目前已建成的翻車機(jī)房工程中，廊道第一墻第一道水平支撐均布置在帽梁以下。本工程第一次將第一道水平支撐布置在帽梁平面上，由此可節(jié)省該道支撐在開挖基坑內(nèi)鑿出埋筋或植筋、施工腰梁的工序及相應(yīng)費(fèi)用。另外，第一道水平支撐布置在帽梁平面上，除施工簡(jiǎn)單、易行外，首次將其水平布置貫穿整個(gè)支撐系統(tǒng)，減少了廊道內(nèi)支撐施工的工程量；

2）優(yōu)化2

已建翻車機(jī)房廊道地連墻底板支墩均和底板底平齊，本工程充分利用廊道底板厚度，適當(dāng)提高廊道兩側(cè)現(xiàn)澆混凝土支撐高度，以減少水平支撐跨度，從而減小廊道地連墻內(nèi)力；

3）優(yōu)化3

在以往翻車機(jī)房工程中，廊道頂板和底板之間的水平支撐與廊道底板的凈高只有1 m 左右，對(duì)于綁扎底板鋼筋、澆筑底板混凝土、澆筑底板支墩、綁扎廊道側(cè)墻隔墻鋼筋、澆筑廊道側(cè)墻隔墻混凝土等施工環(huán)節(jié)造成工作空間較小、施工不便等影響。本工程將廊道頂、底板之間水平支撐與廊道底板的凈高抬高到2m 左右，以便于施工人員行走、材料運(yùn)輸、綁扎鋼筋及澆筑混凝土作業(yè)；

4）優(yōu)化4

已建翻車機(jī)房廊道口范圍內(nèi)支撐系統(tǒng)均為曲腰梁，其在支護(hù)模板及綁扎鋼筋時(shí)較為復(fù)雜。本工程將第一道水平支撐布置在地連墻帽梁，由此節(jié)省了一道曲腰梁，將第二道、第三道曲腰梁改為對(duì)撐，省去了曲面模板支護(hù)的不便，并進(jìn)一步將第三道曲腰梁與圓形地連墻脫離，改為普通對(duì)撐，以避免在廊道底板支撐形成前，因炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土及該曲腰梁后，失去其支撐功能；

5）優(yōu)化5

炸除廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻混凝土?xí)r，由于地連墻鋼筋間距較密、墻厚度較厚，較難貫通地連墻，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力、影響工期。本次設(shè)計(jì)采用預(yù)埋貫通套管的設(shè)計(jì)，可根據(jù)炸藥埋點(diǎn)預(yù)埋套管，能很方便地預(yù)埋套管，特別適合小藥量、多爆破的施工方案，以盡量避免因爆破對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成影響，并通過對(duì)施工工序的調(diào)整，減少廊道口范圍內(nèi)圓形地連墻受力及配筋，以此減少炸除地連墻的難度；

6）優(yōu)化6

以往工程中，地連墻在圈梁、腰梁、豎肋處采用的預(yù)埋鋼筋、植筋兩種施工方案，前者焊接工作量大、后者鉆孔植筋工作量大，都存在施工復(fù)雜、工期長(zhǎng)的弊端，本工程埋筋優(yōu)化設(shè)計(jì)首次采用普通鋼筋機(jī)械接頭，機(jī)械接頭的一端與預(yù)埋鋼筋相接，另一端用水煤氣管的外絲堵頭進(jìn)行封堵，待地連墻施工后，鑿除地連墻混凝土保護(hù)層內(nèi)局部混凝土，露出機(jī)械接頭后，擰掉外絲堵頭換為帶絲扣的外伸鋼筋，除避免過多對(duì)地連墻混凝土造成影響外，也可忽略以往工程中外伸鋼筋施工對(duì)工期的影響；

7）優(yōu)化7

在圓形地連墻圈梁設(shè)計(jì)中，在廊道口炸除圈梁處，增加斜支撐圈梁，以增強(qiáng)圓形基坑的結(jié)構(gòu)整體性。

4 結(jié)語

本工程在翻車機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲結(jié)構(gòu)中第一次在拋石棱體中采用柔性地連墻與高壓帷幕灌漿相結(jié)合的防滲結(jié)構(gòu)。另外，本工程在設(shè)計(jì)中不照搬以往類似工程的設(shè)計(jì)，對(duì)圓形地連墻圈梁、豎肋，廊道地連墻水平支撐、曲腰梁等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短了工期，降低了工程造價(jià)，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)今后的類似工程具有借鑒性。