淺談合肥東航碼頭后方陸域地基處理的設(shè)計(jì)

王志勇, 羅 彬, 許 旭

(安徽省現(xiàn)代交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230022)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品港口作業(yè)、存儲的品種和數(shù)量需求在持續(xù)增加,港口安全生產(chǎn)仍然面臨著十分嚴(yán)峻的形勢。合肥大興集危險(xiǎn)品碼頭處于合肥市新東部中心核心區(qū)域,為支持合肥市東部中心建設(shè)以及南淝河治理需要,大興集危險(xiǎn)品碼頭被合肥市人民政府列入遷建范圍。

2019年4月,經(jīng)合肥市人民政府和安徽省港航集團(tuán)有限公司相關(guān)部門現(xiàn)場調(diào)研確定,大興集危險(xiǎn)品碼頭搬遷并選址在肥東縣撮鎮(zhèn)鎮(zhèn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)園店埠河航道左岸。2019年7月,合肥市規(guī)委會召開會議,明確了危險(xiǎn)品碼頭異地遷建規(guī)劃選址、用地、安全環(huán)保等事項(xiàng),為下一步推進(jìn)危險(xiǎn)品碼頭項(xiàng)目建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

擬建碼頭工程為大興集危險(xiǎn)品碼頭的遷建工程,位于肥東縣撮鎮(zhèn)鎮(zhèn)店埠河左岸,店埠河航道是肥東縣主要的水路運(yùn)輸通道,也是合裕線航道的重要組成部分[1]。

1 地理位置

本項(xiàng)目位于合肥市肥東縣合肥循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園園區(qū),肥東縣撮鎮(zhèn)鎮(zhèn)店埠河航道左岸。項(xiàng)目距合肥市中心城區(qū)16 km,距肥東縣縣城店埠鎮(zhèn)8 km,距合肥市市域城鎮(zhèn)體系中工業(yè)型重點(diǎn)鎮(zhèn)撮鎮(zhèn)2 km,區(qū)位優(yōu)勢較為明顯。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)本項(xiàng)目的地勘報(bào)告,綜合分析本次鉆探、原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)成果,以及地基土在成因、土質(zhì)結(jié)構(gòu)及土的物理力學(xué)性質(zhì)等方面的差異,結(jié)果見表1。各巖土層的土性特征及其分布自上而下分述如下。

表1 場地各層土地基承載力基本容許值及壓縮模量

2.1 第①層素填土

色雜,主要為灰黃色、棕黃色,土濕,較松散,主要成分為粉質(zhì)黏土局部夾碎石、碎磚等,局部為耕土,夾有植物根莖。具高壓縮性。

全場地分布;最薄處為1.10 m,見于J7號孔;最厚處為4.30 m,見于Z6號孔;平均厚度為1.98 m;層面最高處標(biāo)高為14.29 m,見于Z6號孔;層面最低處標(biāo)高為9.90 m,見于Z1號孔;平均標(biāo)高為11.60 m。

2.2 第②層粉質(zhì)黏土

灰黃、褐黃色,濕,可塑,局部夾粉土,干強(qiáng)度中等,中等韌性,搖振反應(yīng)慢,稍有光澤。中等壓縮性。

局部分布,僅在第Z1,J2,J3,J4,J5,Z6,J8,Z9,Z11,J13,號孔一帶可見;最薄處為0.70 m,見于J13號孔;最厚處為2.70 m,見于J2號孔;平均厚度為1.66 m;層面最高處標(biāo)高為11.91 m,見于J13號孔;層面最低處標(biāo)高為7.80 m,見于J8號孔;平均標(biāo)高為9.26 m。

2.3 第③層粉質(zhì)黏土

灰黃、灰色,濕,軟塑,局部流塑,局部夾粉土,干強(qiáng)度中等,中等韌性,搖振反應(yīng)慢,稍有光澤。中等壓縮性。

局部分布,僅在第Z1,J5,號孔一帶可見;最薄處為1.50 m,見于J5號孔;最厚處為4.60 m,見于Z1號孔;平均厚度為3.05 m;層面最高處標(biāo)高為6.70 m,見于J5號孔;層面最低處標(biāo)高為6.30 m,見于Z1號孔;平均標(biāo)高為6.50 m。

2.4 第④層粉質(zhì)黏土

灰黃、棕黃色,濕,可塑至硬塑,夾有鐵錳結(jié)核及灰白色高嶺土,局部夾粉土,干強(qiáng)度中等,中等韌性,搖振反應(yīng)慢,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為2.20 m,見于Z1號孔;最厚處為13.00 m,見于Z12號孔;平均厚度為8.48 m;層面最高處標(biāo)高為11.68 m,見于Z12號孔;層面最低處標(biāo)高為1.70 m,見于Z1號孔;平均標(biāo)高為7.87 m。

2.5 第⑤層粉質(zhì)黏土夾粉土

灰黃色,濕,可塑,不均勻夾粉土,局部粉土含量較多,干強(qiáng)度中等,中等韌性,搖振反應(yīng)中等,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為3.20 m,見于Z11號孔;最厚處為9.60 m,見于J8號孔;平均厚度為6.21 m;層面最高處標(biāo)高為1.60 m,見于J8號孔;層面最低處標(biāo)高為-2.80 m,見于J7號孔;平均標(biāo)高為-0.62 m。

2.6 第⑥層粉土

灰黃色,濕,中密狀,局部密實(shí)狀,局部夾有薄層狀粉質(zhì)黏土或粉細(xì)砂,干強(qiáng)度低,低韌性,搖振反應(yīng)中等,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為2.20 m,見于Z1號孔;最厚處為6.00 m,見于Z6號孔;平均厚度為3.49 m;層面最高處標(biāo)高為-3.71 m,見于Z6號孔;層面最低處標(biāo)高為-8.02 m,見于Z12號孔;平均標(biāo)高為-6.82 m。

2.7 第⑦層粉質(zhì)黏土

棕黃色,稍濕,硬塑,局部可塑,夾有鐵錳結(jié)核及灰白色高嶺土,局部夾粉土,底部夾有顆粒狀風(fēng)化物,干強(qiáng)度中等,中等韌性,搖振反應(yīng)慢,稍有光澤。中等壓縮性。

全場地分布;最薄處為6.20 m,見于J13號孔;最厚處為10.90 m,見于Z1號孔;平均厚度為9.16 m;層面最高處標(biāo)高為-8.76 m,見于Z11號孔;層面最低處標(biāo)高為-11.90 m,見于J7號孔;平均標(biāo)高為-10.32 m。

2.8 第(⑧-1)層全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(K)

棕紅色,全風(fēng)化,組織結(jié)構(gòu)已基本破壞,礦物成分已經(jīng)顯著變化,局部風(fēng)化成土狀,巖芯多呈碎塊狀及砂狀。

最薄處為4.90 m,見于Z10號孔;最厚處為7.30 m,見于Z1號孔;平均厚度為5.87 m;層面最高處標(biāo)高為-19.22 m,見于Z12號孔;層面最低處標(biāo)高為-21.00 m,見于Z1號孔;平均標(biāo)高為-19.92 m。

2.9 第(⑧-2)層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(K)

棕紅色,強(qiáng)風(fēng)化,組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞,礦物成分已經(jīng)顯著變化,局部含有黏土礦物,風(fēng)化裂隙很發(fā)育,干時(shí)可用手折斷或捏碎,浸水或干濕交替時(shí)易軟化或崩解,干鉆不易鉆進(jìn),巖芯多呈碎塊狀及砂狀,少量短柱狀。

在第Z1、Z6、Z9、Z10、Z11、Z12號孔揭示;最薄控制處為5.20 m,見于Z12號孔;最厚控制處為5.80 m,見于Z1號孔;平均控制厚度為5.45 m;層面最高處標(biāo)高為-24.36 m,見于Z10號孔;層面最低處標(biāo)高為-28.30 m,見于Z1號孔;平均標(biāo)高為-25.79 m[2]。

3 陸域形成

3.1 地形地貌

合肥市地形基本為崗沖起伏的丘陵,地勢西北高,東南低;市區(qū)除沿南淝河兩側(cè)有些洼地外,大部分地區(qū)高于洪水位。城市建成區(qū)高程為10～43 m,少數(shù)沿河洼地高程為8～10 m,大蜀山海拔高程為280 m。擬建場地溝塘較多,地形起伏較大,微地貌屬南淝河及店埠河一級階地,地貌形態(tài)單一,地面高程一般為8.6～12.96 m,地面平均高程11.5 m。

3.2 陸域形成

后方陸域西側(cè)區(qū)域應(yīng)先清除表層土質(zhì)不均勻、含較多植物根系的腐土,溝塘處應(yīng)抽干河塘中積水并清除淤泥,回填素土整平至標(biāo)高10 m作為地基處理施工操作面。東側(cè)區(qū)域先清表再挖高填低,挖填高度與周邊高程一致作為地基處理的操作面[3]。

(1) 土基頂面控制高程為鋪面高程減去鋪面結(jié)構(gòu)層厚度。

(2) 根據(jù)港區(qū)平面布置和工程地質(zhì)條件,對陸域不同區(qū)域采用相應(yīng)的地基處理方式。

(3) 地基處理達(dá)交工標(biāo)高,經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)行下道工序的施工。

(4) 溝塘內(nèi),首先進(jìn)行排水、清淤,再回填粉質(zhì)黏土,回填高度與周邊地基處理的操作面高程一致[4]。

(5) 土基頂面的指標(biāo)控制見表2。

表2 土基頂面控制指標(biāo)表

(6) 港內(nèi)道路及路面結(jié)構(gòu)層以下的路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑、壓實(shí)度(重型)要求:摻4%石灰土墊層填料最小強(qiáng)度(CBR)不應(yīng)小于6%,壓實(shí)度不應(yīng)小于95%,材料最大粒徑不大于10 cm。應(yīng)分層回填并碾壓密實(shí),每層厚度不大于30 cm。

(7) 港內(nèi)道路及路面結(jié)構(gòu)層以下的路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑、壓實(shí)度(重型)要求[5]見表3。

表3 路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑、壓實(shí)度

4 地基處理

結(jié)合場地地形、地質(zhì)特點(diǎn)等因素,設(shè)計(jì)擬采用強(qiáng)夯法和分層碾壓法組合使用的方案。后方陸域西側(cè)溝塘、廢棄河道區(qū)域采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理,其余區(qū)域采用分層碾壓地基處理方法。

強(qiáng)夯法是反復(fù)將夯錘提到高處使其自由落下,給地基以沖擊和振動能量,將地基土夯實(shí),從而提高地基的承載力,降低其壓縮性,改善地基性能[6]。

分層碾壓法是采用碾壓、振動壓實(shí)機(jī)械來回反復(fù)碾壓、振動使地基土密實(shí)、強(qiáng)度提高、壓縮性降低。此法常用于基坑面積大及開挖土方量大的工程,特別適用于處理大面積填土的壓實(shí)。

4.1 單擊夯擊能及單擊面積、靜壓值[7]

擬對場地采用3 000 kN·m點(diǎn)夯,1 500 kN·m滿夯。

夯錘:錘重20 t,錘徑2.20 m,錘底面積3.8 m2,靜壓值51.58 kPa;

夯錘提升高度≥15 m,滿足各種點(diǎn)夯、滿夯夯擊能要求。

為避免因夯擊能過大擠出底部的淤泥形成橡皮土或出現(xiàn)吸錘、無法走車提錘等不利于施工、無法達(dá)到質(zhì)量要求等現(xiàn)象,在局部土質(zhì)較差區(qū)域降低夯擊能至2 000 kN·m,同時(shí)為彌補(bǔ)夯擊能的不足,可以增加夯擊遍數(shù)從而確保工程質(zhì)量。如降低至2 000 kN·m夯擊能依然無法施工,則對局部進(jìn)行換填。

4.2 夯擊遍數(shù)

根據(jù)場地情況,夯擊遍數(shù):點(diǎn)夯2遍,滿夯,1遍。

4.3 夯擊次數(shù)

應(yīng)通過現(xiàn)場試夯試驗(yàn)確定夯點(diǎn)的夯擊次數(shù),同時(shí)要滿足以下條件:

(1) 最后兩擊的平均夯沉量≤5 cm,作為停錘的條件。

(2) 夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起,考慮施工方便,不能因夯坑過深而發(fā)生起錘困難的情況。

(3) 強(qiáng)夯夯擊次數(shù)4～6擊,夯沉量過大或起錘困難時(shí)須回填后再夯。

4.4 夯點(diǎn)布置

夯點(diǎn)為5 m×5 m正方形布置,第二遍夯點(diǎn)位于第一遍夯點(diǎn)中間,兩邊夯點(diǎn)呈現(xiàn)梅花狀。滿夯為1/4錘印搭界。

4.5 分層回填

滿夯完之后,再依次分層回填素土至設(shè)計(jì)高程處,要求分層填筑并碾壓密實(shí),每層厚度不大于30 cm。分層碾壓完成后,檢測壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.6 分層碾壓法[8]

除溝塘區(qū)域外清表厚度取30 cm,清表完成后進(jìn)行壓實(shí),其壓實(shí)度(重型)≥90%。依次分層回填素土至土基頂面設(shè)計(jì)高程13.5 m處,要求分層填筑并碾壓密實(shí),每層厚度不大于30 cm。碾壓完成后,檢測壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.7 回填土設(shè)計(jì)要求

回填的素土應(yīng)做土工試驗(yàn),回填土要求采用黏粒含量為10%～35%、7～20塑性指數(shù)的黏性土,并且不應(yīng)夾雜有磚瓦垃圾、植物根莖等;填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%;要求分層填筑,每層厚度不大于30 cm,并碾壓密實(shí),回填土的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行,并應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后再鋪填上一層,指標(biāo)詳見上表3中的規(guī)定。

5 施工步驟

5.1 施工工序

(1) 第一工序:在施工區(qū)域內(nèi)根據(jù)場地情況布置夯點(diǎn),采用對應(yīng)夯擊能進(jìn)行點(diǎn)夯施工。

(2) 第二工序:夯完成后推平夯坑。

(3) 第三工序:進(jìn)行滿夯施工。

5.2 地基處理施工步驟

(1) 清理并平整施工場地;

(2) 標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置,并測量場地高程。

(3) 起重機(jī)就位,夯錘置于夯點(diǎn)位置。

(4) 測量夯前錘頂高程。

(5) 將夯錘起吊到預(yù)定高度,開啟脫鉤裝置,待夯錘自由下落后,放下吊鉤,測量錘頂高程,若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí),應(yīng)及時(shí)將坑底整平。

(6) 重復(fù)步驟(5),按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn),完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊。

(7) 換夯點(diǎn),重復(fù)步驟(3)至(6),完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

(8) 用推土機(jī)將夯坑填平,并測量場地高程。

(9) 在規(guī)定的間隔時(shí)間后,按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù),最后用低能量滿夯,將場地表層松土夯實(shí),并測量夯后場地高程。

(10) 施工要求:

①強(qiáng)夯法在施工前,應(yīng)根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù),在施工現(xiàn)場有代表性的場地上選取一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工。并通過測試,檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果,以便最后確定工程采用的各項(xiàng)參數(shù);

②預(yù)先估計(jì)強(qiáng)夯后可能產(chǎn)生的平均地面變形,并以此確定夯前地面高程,然后用推土機(jī)平整;

③當(dāng)場地表土軟弱或地下水位高的情況,宜采用降低地下水位,或在表層鋪填一定厚度的松散性材料;

④當(dāng)強(qiáng)夯法施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn)生有害的影響時(shí),應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn),并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。

6 施工監(jiān)測

施工監(jiān)測對于強(qiáng)夯法施工來說非常重要,因?yàn)槭┕ぶ兴捎玫母黜?xiàng)參數(shù)和施工步驟是否符合設(shè)計(jì)要求,在施工結(jié)束后往往很難進(jìn)行檢查,所以施工過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)測工作[9]。

(1) 開夯前應(yīng)檢查夯錘質(zhì)量和落距,以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求,因?yàn)槿艉诲N使用過久,往往因底面磨損而使質(zhì)量減少。

(2) 在每一遍夯擊前,應(yīng)對夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核,夯完后檢查夯坑位置,發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正。

(3) 施工過程中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。

(4) 施工過程中應(yīng)對各項(xiàng)參數(shù)和施工情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

7 結(jié)束語

根據(jù)后方陸域地質(zhì)條件和使用功能要求,溝塘區(qū)域采用強(qiáng)夯法地基處理,其他陸上區(qū)域采用分層碾壓法,在滿足工程使用要求的前提下,分區(qū)域采用不同的地基處理方式,既安全可靠,又經(jīng)濟(jì)合理,為類似條件的工程提供了借鑒和參考作用。