加納TEMA碼頭地基處理技術(shù)與質(zhì)量管理

云剛

（中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350000）

碼頭結(jié)構(gòu)因?yàn)橛羞\(yùn)輸車(chē)輛、吊機(jī)和貨物等，承受的面荷載較大，荷載通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞到地基，地基必須要有一定的承載力才能滿足碼頭面荷載的要求，沉箱碼頭作為一種比較常用的結(jié)構(gòu)形式，碼頭結(jié)構(gòu)耐久性好，后期維修保養(yǎng)方便，承受地面的荷載能力也較強(qiáng)，但是沉箱結(jié)構(gòu)需要地基有一定的承載能力要求，因此，需要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理之后，才能發(fā)揮出沉箱碼頭的優(yōu)勢(shì)。

1 工程概況

加納TEMA 項(xiàng)目位于非洲西部，碼頭是加納最大的集裝箱碼頭，共設(shè)計(jì)有12 個(gè)深水泊位，根據(jù)碼頭的設(shè)計(jì)總平面圖，碼頭后方陸域回填共計(jì)約126.55 公頃，從碼頭后方陸域回填起點(diǎn)位置往陸域方向按0.54%的坡度進(jìn)行放坡回填，回填陸域標(biāo)高從+3.0m 至約+7m，加上1m 的堆載后，陸域回填標(biāo)高從+4.0m（CD）至+8m（CD）。碼頭項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，業(yè)主要求的時(shí)間節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格，并且要求若采用預(yù)壓堆載工藝，要求為交工一年內(nèi)沉降不大于50mm。

2 工藝選擇

在施工過(guò)程中，我們常常采用換土墊層法、深層密實(shí)法、排水固結(jié)法、化學(xué)加固法、加筋法、熱學(xué)法等作為地基處理的辦法。其中深層密實(shí)法處理中最常見(jiàn)的方法就是強(qiáng)夯法?；跇I(yè)主的工期要求和沉降質(zhì)量要求，結(jié)合回填材料的選型，碼頭后方陸域回填材料為中粗砂層，中粗砂細(xì)顆粒含量要求小于15%，不同的回填厚度及強(qiáng)夯對(duì)周邊建筑物的影響情況，不同區(qū)域采取不同的地基處理施工工藝，工藝的選擇見(jiàn)表1。

表1 地基處理方式及工程量

所有區(qū)域的地基處理均包含了1m 的超高吹填，以此作為壓載。具體的區(qū)域劃分見(jiàn)圖1.

圖1 地基處理區(qū)域劃分平面圖

本論文結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際的情況，對(duì)強(qiáng)夯法和振沖法兩種工藝在施工過(guò)程中進(jìn)行研究，對(duì)其不同的施工工藝進(jìn)行描述和分析。強(qiáng)夯法處理的是在上個(gè)世紀(jì)60年代在法國(guó)率先使用的，這種方法是將10-40 噸的錘體結(jié)構(gòu)從高處自由落地，對(duì)地基進(jìn)行沖擊和振動(dòng)，提高土體的強(qiáng)度和壓縮性能，改善土體的承載能力，并且還能提高土層的均勻程度，工藝隨著時(shí)間的發(fā)展，從早期的適用于礫石地基，到現(xiàn)在適應(yīng)各種地質(zhì)，甚至于是黏土層也是可以采用的，這種工藝具有加固效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單操作方便，施工組織簡(jiǎn)單快捷，經(jīng)濟(jì)效益較好的特點(diǎn)。而振沖法是采用一種長(zhǎng)螺旋的振沖設(shè)備，以一定的頻率進(jìn)行振動(dòng)，同時(shí)彭水，改變地基的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)瞬時(shí)的結(jié)構(gòu)破壞，然后降低抗剪強(qiáng)度，地基的突然顆粒，受到振動(dòng)作用后進(jìn)行重新排列，增加了地基土的相對(duì)密度，從而達(dá)到提高地基強(qiáng)度、降低沉降、防止土體液化的加固目的，振沖施工的時(shí)候都需要根據(jù)砂的顆粒組成、建筑物抗震等級(jí)、地下水位和振沖處理深度不同，進(jìn)行試驗(yàn)和過(guò)程控制。

3 施工技術(shù)

3.1 強(qiáng)夯法

整個(gè)陸域地區(qū)，項(xiàng)目從岸邊往海邊進(jìn)行填筑并加厚，最終回填的區(qū)域最大的為11m?；靥顓^(qū)域在6-7m 范圍內(nèi)的，采用3000KN.M 的點(diǎn)夯，然后再加上1000KN.M的普夯；回填區(qū)域在7-11m 范圍內(nèi)的，采用4000KN.M的點(diǎn)夯，然后再加上1000KN.M 的普夯，最終夯實(shí)的能力確定，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算，夯機(jī)能量為3000kN.m 的點(diǎn)位，根據(jù)設(shè)計(jì)采用梅花形布置，夯實(shí)點(diǎn)位的間距為4.25m，夯機(jī)能量為4000kN.m 的點(diǎn)位間距6M 一個(gè)，單個(gè)夯實(shí)點(diǎn)位要進(jìn)行12 次夯擊，分兩次進(jìn)行，強(qiáng)夯施工工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 強(qiáng)夯施工工藝流程圖

3．1．1 試夯

地基強(qiáng)夯處理全面實(shí)施前，先選取兩塊（3000KN.m 和4000KNm 各一個(gè)）50m×50m 區(qū)域作為強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)之后可以通過(guò)施工記錄獲取相關(guān)的參數(shù)，用于實(shí)際大面積的施工依據(jù)，施工過(guò)程中應(yīng)該詳細(xì)地記錄以下數(shù)據(jù)：夯錘重量、跌落高度、單點(diǎn)夯擊能量、夯擊次數(shù)、單次夯沉量、夯點(diǎn)間距和夯實(shí)遍數(shù)等。

夯擊時(shí)具體的提升高度計(jì)算如下：

（1）對(duì)于夯擊能為3000kN.m，使用30t夯錘需要提升的高度為10m，錘的重量為30000kg，提升高度為10m，那么錘的夯擊能為：E=mgh=30000×10×10=3000000N.m=3000kN.m（3000kJ）.

（2）對(duì)于夯擊能為4000kN.m，使用35t 夯錘需要提升的高度為11.5m，錘的重量為35000kg，提升高度為11.5m，那么錘的夯擊能為：E=mgh=35000×10×11.5=4000000N.m=4000kN.m（4000kJ）.

（3）對(duì)于夯擊能為1000kN.m，使用10t夯錘需要提升的高度為10m，錘的重量為10000kg，提升高度為10m，那么錘的夯擊能為：E=mgh=10000×10×10=1000000N.m=1000kN.m（1000 kJ）.

（4）若試驗(yàn)后需要增加夯能，考慮采用20+10+10組合形成40t 夯錘.

3．1．2 強(qiáng)夯施工

項(xiàng)目部根據(jù)實(shí)際情況決定，投入1 套30 噸的夯錘，用于3000KN.M 的點(diǎn)位夯擊，投入1 套35 噸的夯錘，進(jìn)行4000KN.M 的點(diǎn)位夯擊；而普通的夯實(shí)區(qū)域采用10噸的夯錘進(jìn)行施工，夯錘錘底在接近地面的時(shí)候，滿足25～80Kpa 的壓力值，并對(duì)稱布置相應(yīng)的通氣孔。詳細(xì)的施工步驟為：

（1）強(qiáng)夯施工前，先采用推土機(jī)對(duì)回填場(chǎng)地凹凸不平區(qū)域進(jìn)行推平，滿足場(chǎng)地回填標(biāo)高及強(qiáng)夯機(jī)行駛要求后，方開(kāi)展強(qiáng)夯施工。

（2）根據(jù)永久測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)已整平的場(chǎng)地進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量。按照夯點(diǎn)布置間隔距離，測(cè)量放出夯擊點(diǎn)，并做好標(biāo)識(shí)。

（3）強(qiáng)夯機(jī)移至指定的夯擊點(diǎn)位置并下降及固定夯錘。

（4）在第一次夯擊前，測(cè)量夯錘的頂部高程。

（5）提起夯錘至設(shè)計(jì)標(biāo)高，讓它自由落地，夯錘穩(wěn)定后，測(cè)量其頂部高程，再移除夯錘。如果夯錘砸地后，砸出一個(gè)傾斜的深坑，在下一次錘擊前需先把傾斜的深坑填平再進(jìn)行錘擊。

（6）重復(fù)上述第5 個(gè)步驟直至第一個(gè)夯點(diǎn)夯實(shí)完成，夯實(shí)的次數(shù)根據(jù)試夯獲得咨工認(rèn)可的次數(shù)進(jìn)行夯擊。

（7）將強(qiáng)夯機(jī)移至下一個(gè)夯點(diǎn)，重復(fù)上述提到的從第3 至第6 個(gè)操作步驟，直至第一遍所有夯點(diǎn)全部夯實(shí)完成。

（8）當(dāng)?shù)谝槐楹粚?shí)完成后，采用推土機(jī)將夯擊過(guò)程中出現(xiàn)的坑洼區(qū)域回填，并對(duì)推平的場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量，以獲得第一遍夯實(shí)平均沉降量。

（9）第二遍夯實(shí)過(guò)程與第一遍夯實(shí)過(guò)程及方法完全一致。

（10）所有點(diǎn)夯實(shí)完成后，采用低能量的夯擊能對(duì)整個(gè)場(chǎng)地的表層松散回填砂層進(jìn)行滿夯處理。待普夯施工完成及驗(yàn)收合格后，聯(lián)合咨工對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行最終標(biāo)高的測(cè)量及碎石面層鋪設(shè)前的CPT 試驗(yàn)檢測(cè)工作。重復(fù)上述工序，直到全部滿足要求進(jìn)入下一步工序施工。

3.2 振沖法

夯錘施工容易造成防波堤、護(hù)岸和碼頭后方的結(jié)構(gòu)物損壞，因此在靠近防波堤、護(hù)岸內(nèi)側(cè)邊線40m 范圍及距離碼頭前沿65m范圍均采用振沖進(jìn)行地基處理，斷面1 根據(jù)設(shè)計(jì)看，振沖面積為27722m。本項(xiàng)目采用80t 履帶吊配100kw 振沖器作為振沖設(shè)備進(jìn)行地基處理。振沖碎石樁的施工原理是通過(guò)振沖工藝，采用碎石置換一部分軟土，碎石和原地基一起形成復(fù)合地基，并且加速地基軟土的排水固結(jié)程度，以達(dá)到提高地基承載力的目的。振沖的原理見(jiàn)圖3。填料的碎石粒徑不大于50mm，填料河床卵石，石場(chǎng)的碎石或者礦渣等硬質(zhì)材料。

圖3 振沖施工的原理

3．2．1 振沖

施工場(chǎng)地整理達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后的，做好振沖點(diǎn)位的標(biāo)識(shí)；合理編排振沖的施工順序，做好施工計(jì)劃，投入合理的設(shè)備資源，振沖設(shè)備施工前進(jìn)行驗(yàn)機(jī)，保證設(shè)備的各項(xiàng)性能滿足施工要求；在鉆孔過(guò)程中，根據(jù)不同的地質(zhì)情況進(jìn)行水壓的調(diào)整；采用履帶吊將振沖器插入到回填砂中，插入前要復(fù)核點(diǎn)位，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)深度調(diào)整振沖的速度以滿足質(zhì)量要求；振沖設(shè)備在施工中，鉆桿要保持垂直的狀態(tài)；先要打入到預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，然后才開(kāi)始射水，射水的出口位置在振沖設(shè)備的底部，射水后使周邊的土體陷落到回填的空位，達(dá)到密實(shí)的狀態(tài)。

3．2．2 密實(shí)

鉆桿探頭達(dá)到振底設(shè)計(jì)規(guī)定標(biāo)高時(shí)，改變鉆桿噴水方向，輔助鉆桿周?chē)氲耐粱靥钫窨?，增加原土的相?duì)壓實(shí)度；施工時(shí)達(dá)到設(shè)備規(guī)定的電流，以及時(shí)間控制點(diǎn)之后，根據(jù)要求間斷性的提高振沖設(shè)備，一次只能0.3-0.5m 的程度進(jìn)行提升，不斷重復(fù)這個(gè)操作過(guò)程，直到振沖鉆桿提升到地面以上。振沖過(guò)程中根據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，及時(shí)跟蹤振動(dòng)錘施工的信息，可以了解樁基已經(jīng)裝填的體積量和尚需完成的喂料量。設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)示意見(jiàn)圖4。

圖4 振沖設(shè)備施工數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

3．2．3 回填

振沖施工完成后，振沖設(shè)備周邊不可避免地會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，等到振沖設(shè)備的射水停止后，利用現(xiàn)場(chǎng)的材料進(jìn)行回填整平；

3．2．4 檢測(cè)試驗(yàn)

振沖施工完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行CPT 的檢測(cè)，并且進(jìn)行場(chǎng)地表面測(cè)量，測(cè)量的主要內(nèi)容就是改良后的軟土地基荷載承受能力變化，本項(xiàng)目荷載試驗(yàn)分為單樁和復(fù)合地基2種，1m的方形鋼板用于單樁荷載測(cè)試，1.5m的方形混凝土塊用于復(fù)合地基的荷載測(cè)試；共進(jìn)行5 組測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 承載力測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果

4 注意事項(xiàng)

（1）計(jì)算落錘的距離，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整落錘的鋼絲繩長(zhǎng)度；

（2）夯錘施工過(guò)程中，跑氣孔要保持暢通，氣孔堵塞的話要及時(shí)清理，避免設(shè)備故障；

（3）對(duì)夯沉量異常、夯錘反彈、地表隆起要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析研究解決辦法，做好過(guò)程控制；

（4）夯錘起吊高度不小于試驗(yàn)確定的高度，點(diǎn)夯的不同捶擊指向一點(diǎn)。

（5）振沖時(shí)點(diǎn)孔口宜安排工人用鐵鏟向孔內(nèi)塌陷回填砂，以提高振沖質(zhì)量。振沖設(shè)備吊桿上面，采用油漆噴設(shè)標(biāo)識(shí)線，注明標(biāo)高，控制振沖設(shè)備的施工頻率，振沖頭的速度、距離等。

（6）施工中必須保證充分的水壓和水量，控制好留振時(shí)間和電流。

5 結(jié)束語(yǔ)

加納TEMA 項(xiàng)目已經(jīng)建成，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地基不均勻沉降，并且地面標(biāo)高變化滿足業(yè)主要求的數(shù)值，荷載測(cè)試結(jié)果顯示符合設(shè)計(jì)要求，表明選用的施工工藝切實(shí)有效可行，場(chǎng)地使用情況良好，地基處理的組合工藝在碼頭項(xiàng)目施工過(guò)程中是成功的。強(qiáng)夯法和振沖法在地基處理的過(guò)程中，按照工藝流程和質(zhì)量管控要點(diǎn)進(jìn)行，既可以保證工程建設(shè)質(zhì)量，也可以加快施工進(jìn)度，減少材料的消耗，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，不同組合的地基處理施工工藝在類(lèi)似項(xiàng)目中可以借鑒應(yīng)用。