巖土工程勘察在某內(nèi)陸港區(qū)碼頭工程中的應(yīng)用

【摘要】文中對某內(nèi)陸港區(qū)碼頭工程的工程地質(zhì)條件進行詳細介紹，根據(jù)工程地質(zhì)條件，對巖土工程勘察方法進行了詳細分析。巖土工程勘察結(jié)果表明，擬建場地未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、坍岸、震陷及地震液化等影響工程場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)，場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定。碼頭的地基基礎(chǔ)設(shè)計采用天然地基、樁基礎(chǔ)。建議在碼頭和防波堤的設(shè)計中充分考慮地基持力層和基礎(chǔ)形式選擇、地基處理方法等因素。

【關(guān)鍵詞】巖土工程勘察；港池；重力式碼頭；堆場

【中圖分類號】TU195 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）07-0088-04

0 引言

巖土工程勘察在內(nèi)陸港區(qū)碼頭工程中起著至關(guān)重要的作用，是內(nèi)陸港區(qū)碼頭工程設(shè)計、施工及竣工驗收等各階段工作的重要基礎(chǔ)，其工作成果對碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的影響較大。本文結(jié)合某內(nèi)陸港區(qū)綜合碼頭建設(shè)工程，對巖土工程勘察在該項目中的應(yīng)用進行詳細闡述，希望能為今后類似工程項目勘察提供借鑒和參考。

1 工程概況

淮南港壽縣某碼頭工程（Ⅰ期）主要實施內(nèi)容為1個港池、10個2 000t級泊位、后方堆場、水泥筒倉及皮帶機引橋等建筑物。項目采用進港航道接挖入式港池的平面布置形式，根據(jù)功能分為挖入式港池作業(yè)區(qū)、碼頭裝卸作業(yè)區(qū)及港口堆存作業(yè)區(qū)。

1）挖入式港池作業(yè)區(qū)。從進港航道端部位置順接形成挖入式港池，為矩形布置，垂直航道向?qū)?75 m、順航道向長485 m，底部高程與設(shè)計航道底部高程相同為13.4 m。

2）碼頭裝卸作業(yè)區(qū)。擬建項目共布置10個生產(chǎn)泊位（2 000 t/個），擬采用重力式結(jié)構(gòu)，碼頭平臺長度分別為175、485、175 m；從進港航道入口處往港池內(nèi)側(cè)方向，依次布置5個通用泊位、5個多用途泊位。通用泊位主要作為散貨和整件雜貨進出口，多用途泊位為集裝箱作業(yè)和整件雜貨作業(yè)。

3）港口堆存作業(yè)區(qū)。堆存作業(yè)區(qū)為多用途堆場、水泥筒倉及皮帶機引橋。多用途堆場采用露天形式，面積10 300 m2，為順水流方向布置。6個直徑為20 m的水泥筒倉及皮帶機引橋分布于散貨倉庫周邊。

2 工程勘察

2.1 勘察方法

1）工程地質(zhì)調(diào)查。采用實地調(diào)查、資料收集、走訪等多種形式，調(diào)查和收集勘察范圍內(nèi)的區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料[1]。

2）鉆探。采用GYQ-200型鉆機進行現(xiàn)場勘探。在鉆進工藝上，為提高巖芯采取率，確保取樣質(zhì)量、原位測試精度和鉆孔地質(zhì)編錄質(zhì)量，采取泥漿或套管護壁，全取芯回轉(zhuǎn)鉆進法。

3）靜力觸探。使用單橋靜力觸探儀，主要用于測試第四系地層的密實程度及其變化特征，為確定承載力提供依據(jù)。

4）取樣。原狀土樣、擾動土樣及巖樣。黏性土及粉土采取原狀土樣進行物理力學試驗，砂土采取擾動土樣進行顆分試驗，巖石采取巖樣進行天然單軸抗壓強度試驗。

對場區(qū)地表水、地下水采取水試樣進行腐蝕性測試，確定其對建筑材料的腐蝕性。巖、土的取樣、封存、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)嚴格按規(guī)范技術(shù)要求進行，確保試驗數(shù)據(jù)的真實可靠[2]。

5）原位測試。標準貫入試驗（SPT）。標貫試驗主要在黏性土層、粉土、砂土層及強風化巖中進行，用以確定地基土的物理力學指標及地基承載力。

6）物探。采用XG-1懸掛式波速測井儀進行鉆孔內(nèi)波速測井。主要是利用已有鉆孔對場地土進行剪切波測試，其目的是進行波速分層、劃分場地土類型及場地類別等。

7）室內(nèi)試驗。依據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》提供土層的物理、力學性質(zhì)指標，評價地下水/土對建筑材料的腐蝕性。

8）勘探點測量。結(jié)合1/2 000地形圖，以控制點為基準，采用GPS-SGS528 RTK測放鉆孔坐標和孔口高程。

9）封孔。采用回填法封孔，按相關(guān)規(guī)范及標準執(zhí)行。

2.2 勘察工作布置

碼頭工程工作布置包括：泊位、港池、堆場、水泥筒倉及皮帶機引橋。

1）泊位。港池內(nèi)重力式碼頭前沿各邊按長軸方向各布置1條剖線，勘探點間距約30 m，并間隔一定距離布置橫斷面，布置勘探孔55個，深度30～40 m，且進入基巖中風化巖不少于3 m。

2）港池。港池開挖內(nèi)勘探點約100 m，港池內(nèi)布置勘探孔10個，港池四周與泊位勘探孔共用，深度15～20 m。

3）堆場。沿建筑物角點及周邊按網(wǎng)格布置，勘探孔間距40～50 m，布置勘探孔54個，深度20～25 m，且進入中密及以上土層不少于3 m。

4）水泥筒倉及皮帶機引橋。水泥筒倉單筒按1個勘探孔布置，共布置6個，深35 m，且進入基巖中風化巖不少于3 m。皮帶機引橋按逐墩或隔墩布置勘探孔，共布置勘探孔15個，深度30～35 m，進入基巖中風化巖不少于3 m。

3 場區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 地形、地貌

勘察期間，項目區(qū)主要為居民區(qū)及農(nóng)田，溝渠縱橫，水系發(fā)達，地形整體較平整，勘探孔孔口地面標高24.07～27.39 m，平均地面標高25.50 m。項目區(qū)地貌單元為江淮波狀平原區(qū)（Ⅱ），江淮中部波狀平原亞區(qū)（Ⅱ2），微地貌單元為東淝河漫灘、階地。

3.2 地層分布及特征

根據(jù)工程資料，工程區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層（ Q4 ml）、第四系全新統(tǒng)沖積層（ Q3al）、第四系上更新統(tǒng)沖積層（ Q3al）及白堊系泥質(zhì)砂巖（K）。巖土工程地質(zhì)特征見表1。

3.3 地表水和地下水

3.3.1 地表水

工程區(qū)段內(nèi)運河水面標高約18.2～18.9 m，水質(zhì)較好。其主要接受上游河道、周邊匯水、地下水及大氣降水補給。項目區(qū)主要為居民區(qū)及農(nóng)田（水稻田），區(qū)內(nèi)溝渠縱橫，分布有水塘，水系發(fā)達，水質(zhì)較好。兩階段勘察期間，農(nóng)田（水稻田）均廣泛分布灌溉地表水，水深一般小于0.2 m；溝渠及水塘水深一般小于1.5 m。其主要接受大氣降水、周邊匯水及渠水灌溉用水補給。

3.3.2 地下水

根據(jù)勘察資料擬建項目區(qū)場地內(nèi)地下水類型主要為第四系孔隙潛水和承壓水。孔隙潛水水位埋深0～1.5 m，一般小于2.0 m，水位標高24.0～26.0 m。勘察期間，觀測區(qū)內(nèi)承壓水水位2.5～3.5 m，水位標高22.0～23.0 m，相對隔水層層底標高15.5～21.5 m，承壓水頭2～8 m。受季節(jié)影響，區(qū)域地下水水位季節(jié)性變幅1～2 m。

4 巖土工程分析與評價

4.1 區(qū)域穩(wěn)定性評價

項目微地貌單元為東淝河漫灘、階地。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和勘察，區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度較大，場地周邊無活動性斷裂發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定。

4.2 場地穩(wěn)定性和適宜性評價

擬建場地未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、坍岸、震陷，以及地震液化等影響工程場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)，場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定；場區(qū)地形較平坦，地貌類型單一，巖土層結(jié)構(gòu)較簡單、層序較清晰，無軟土層分布；擬建碼頭前沿毗鄰引江濟淮江淮溝通段右岸，碼頭前沿位于河道和邊坡的邊緣。

綜合分析，碼頭前沿場地（航道港池、泊位）屬抗震不利地段，場地穩(wěn)定性差，適宜性差，經(jīng)處理或采取合適的工程措施后較適宜工程建設(shè)。后方陸域場地（堆場、水泥筒倉及皮帶機引橋）屬抗震一般地段，屬基本穩(wěn)定場地，較適宜進行工程建設(shè)。

4.3 設(shè)計參數(shù)

各巖土層的設(shè)計參數(shù)薦值如表2所示。

4.4 基礎(chǔ)方案評價

1）重力式碼頭。設(shè)計基底標高處對應(yīng)的土層主要為④1層粉質(zhì)黏土夾粉土、④2層粉質(zhì)黏土夾粉土及⑤1層粉土，設(shè)計可根據(jù)上部荷載對持力層承載力及變形進行驗算，如不滿足可進行地基處理，并采取措施加強基礎(chǔ)的強度和剛度，減少不均勻沉降。分析揭露的④1層粉質(zhì)黏土夾粉土、④2層粉質(zhì)黏土夾粉土及⑤1層粉土性質(zhì)較差，擾動后強度會迅速降低，開挖時基底標高處地層應(yīng)避免擾動，并確保干地施工條件。

2）堆場作業(yè)區(qū)。堆場區(qū)建議采用天然地基，區(qū)內(nèi)淺層分布的③1層粉質(zhì)黏土層厚度整體較薄，可適當下挖，統(tǒng)一以③2層黏土作為基礎(chǔ)持力層，局部②層粉質(zhì)黏土可采用人工換填處理，換填深度可計算確定。

3）水泥筒倉。擬建物基礎(chǔ)方案建議采用天然地基，以③2層黏土作為基礎(chǔ)持力層。當筒倉荷載較大或變形不滿足設(shè)計要求時，可采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，樁型可按摩擦樁設(shè)計，采用灌注樁成孔，樁端宜進入⑤2層粉土及其以下巖土層，最終設(shè)計樁長應(yīng)通過驗算和現(xiàn)場試樁確定[3]。

4）皮帶機引橋。根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，建議采用樁基礎(chǔ)，樁型可按摩擦樁設(shè)計，采用灌注樁成孔，樁端宜進入⑤2層粉土及其以下巖土層，最終設(shè)計樁長應(yīng)通過驗算和現(xiàn)場試樁確定[4]。

4.5 地表水和地下水評價

擬建碼頭前沿毗鄰引江濟淮江淮溝通段右岸，港池開挖最終需聯(lián)通運河，設(shè)計施工時應(yīng)合理安排施工順序，減小河水對開挖的影響。工程區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，地表水發(fā)育，施工期應(yīng)對地表水進行截流排水處理，并保證區(qū)域水系的暢通。

區(qū)內(nèi)承壓水水頭較高，水量較豐富，且開挖區(qū)毗鄰江淮運河，碼頭及港池開挖時應(yīng)采取有效的降排水措施，確保干作業(yè)施工。根據(jù)江淮溝通段運河開挖現(xiàn)場已實施的降排水方案（坑內(nèi)明排），結(jié)合工程區(qū)的水文地質(zhì)條件，碼頭及港池開挖的降排水方案建議：前沿迎水側(cè)為減小江淮運河河水對工程的影響，可在河岸右側(cè)沿工程區(qū)上下游范圍設(shè)置截水帷幕；后方港池可采用井點降水方式，并在港池內(nèi)結(jié)合采用坑內(nèi)明排組合降水方案。

擬建區(qū)段內(nèi)地下水、地表水及場地土對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋在長期浸水狀態(tài)下具有微腐蝕性，在干濕交替狀態(tài)下具有微腐蝕性。

4.6 基坑開挖及防護

擬建碼頭、航道港池開挖設(shè)計底高程13.4 m，結(jié)合勘察期間基坑開挖范圍區(qū)現(xiàn)狀地面標高24.0～26.0 m，挖深范圍內(nèi)淺部地層性質(zhì)相對較好（③1層粉質(zhì)黏土及③2層黏土），下部約5～10 m后土層性質(zhì)為一般～較差（④1層粉質(zhì)黏土夾粉土、④2層粉質(zhì)黏土夾粉土及⑤1層粉土）。清表排除地表水后，影響基坑開挖的地下水主要為承壓水。

擬建基坑或邊坡挖深10.5～12.5 m。征地拆遷后，工程區(qū)周邊開闊，無重要建構(gòu)筑物。邊坡開挖可根據(jù)土層性質(zhì)，結(jié)合降排水方案，采取多級放坡明挖施工，確保干地作業(yè)條件，并對坡面進行加固防護，加強對邊坡的穩(wěn)定性驗算，必要時采取支護開挖。在航道港池及碼頭明挖施工前沿迎水側(cè)，為減小江淮運河河水對工程的影響，可在河岸右側(cè)沿工程區(qū)上下游范圍設(shè)置截水帷幕。后方港池可采用井點降水方式，并在港池內(nèi)結(jié)合采用坑內(nèi)明排組合降水方案。擬開挖邊坡或基坑易受雨水及地表水沖刷影響，其頂部應(yīng)設(shè)置截水溝[5]。

擬開挖基坑西側(cè)毗鄰江淮溝通運河航道，設(shè)計施工時應(yīng)合理安排施工順序，減小河水對開挖的影響。開挖及降水應(yīng)注意對江淮運河堤基及臨近道路等工程的影響，做好變形觀測和防護等措施。

5 結(jié)語

1）文中對擬建港區(qū)碼頭工程進行了詳細勘察。擬建場地未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、坍岸、震陷及地震液化等影響工程場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)，場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定；場區(qū)地形較為平坦，地貌類型單一，巖土層結(jié)構(gòu)較簡單、層序較清晰，無軟土層分布。

2）重力式碼頭可采用天然地基。根據(jù)上部荷載對持力層承載力及變形進行驗算，以④1層粉質(zhì)黏土夾粉土、④2層粉質(zhì)黏土夾粉土或⑤1層粉土作為基礎(chǔ)持力層；區(qū)內(nèi)④1層粉質(zhì)黏土夾粉土、④2層粉質(zhì)黏土夾粉土及⑤1層粉土性質(zhì)較差，擾動后強度會迅速降低，基底標高處應(yīng)避免擾動，確保干作業(yè)施工；堆場區(qū)建議采用天然地基，區(qū)內(nèi)淺層分布的③1層粉質(zhì)黏土層厚度整體較薄，可適當下挖，統(tǒng)一以③2層黏土作為基礎(chǔ)持力層，局部②層粉質(zhì)黏土可采用人工換填處理，換填深度可計算確定；水泥筒倉建議采用天然地基，以③2層黏土作為基礎(chǔ)持力層；皮帶機引橋可采用天然地基，以③1層粉質(zhì)黏土及③2層黏土作為基礎(chǔ)持力層，當③1層粉質(zhì)黏土層承載力或變形不滿足設(shè)計要求時，可采用樁基礎(chǔ)，樁型可按摩擦樁設(shè)計，采用灌注樁成孔或打入樁，樁端宜進入⑤2層粉土及其以下巖土層，最終設(shè)計樁長應(yīng)通過驗算和現(xiàn)場試樁確定。

3）擬建基坑或邊坡開挖范圍及深度較大。開挖深度范圍內(nèi)巖土層性質(zhì)整體相對較差，且地下水水頭較高，加之區(qū)內(nèi)開挖范圍內(nèi)有地下管線的分布，邊坡或基坑開挖易造成坍塌、管涌、流土、流沙、管線破壞及墜落等風險，其開挖區(qū)場地環(huán)境較復雜，屬危險性較大的分部分項工程范圍，設(shè)計方案應(yīng)做好綜合比選，選擇安全、經(jīng)濟、合理的開挖及防護方案，加強擬建基坑的風險評估，并進行專項設(shè)計和專家論證，做好專項施工方案設(shè)計、評審、監(jiān)測及驗收工作。

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[作者簡介]奚新定（1984—），男，安徽六安人，本科，高級工程師，研究方向：巖土工程勘察、港口與航道勘察。