重力式碼頭岸橋后軌道基礎結構方案及使用效果探討

劉少鑾

摘 要：本文通過工程實例，分析了重力式碼頭裝卸橋后軌道基礎型式的特點及使用情況，提出在地質條件及碼頭建設規模適宜的情況下，后軌道采用淺基礎型式，結合強夯處理地基方式，能滿足裝卸橋使用中對地基殘余沉降量的要求，并能加快速度、節省投資。

關鍵詞：重力式碼頭 后軌道 淺基礎 強夯 沉降量

1.工程概況

汕頭港廣澳港區一期工程建設規模為435m5萬噸級集裝箱碼頭，碼頭采用重力式沉箱結構，碼頭前沿65m范圍設計水深為-15.0m，碼頭面設計標高為4.5m（當地理論深度基準面）。碼頭岸邊裝卸作業采用51t-51m集裝箱裝卸橋2臺，裝卸橋軌距24.383m。

1.1工程地質情況

根據工程地質鉆探資料顯示：

碼頭區地層從上到下依次為：上部為淤泥、亞粘土、亞砂土和細砂，中部主要為細砂、中砂和粗砂，下部為亞粘土混砂、強風化巖和中風化巖。鉆探結果顯示：一般-13.0m以上軟土層分布較厚，-13.0～-15.0m間主要分布中、粗砂，強風化巖面由東向西傾斜，但高低不一，無明顯規律，標高一般在-15.0～-20.0m不等，該層為重力式碼頭的良好持力層。根據工程的碼頭設計，其基槽開挖底標高應在-16.0m以下，由鉆探結果可知，-16m以下主要分布有中、粗砂，亞粘土混砂及強風化巖等，故對于碼頭結構而言不存在砂土液化問題。

陸域部分主要由殘坡積土和風化巖組成。殘坡積土包括亞粘土混砂和砂混粘性土兩種，受巖石風化特性的影響，該層厚度變化較大，鉆孔顯示最大厚度為7.1m，標貫擊數均大于50擊。

1.2碼頭結構形式

碼頭結構采用鋼筋砼沉箱結構，沉箱設計底標高為-15m，沉箱頂面安放卸荷板，胸墻采用現澆鋼筋砼。沉箱單個重883t，外型尺寸為：長11.26m×寬10.5m×高14.3m。從碼頭前沿往后40m范圍為拋石棱體、倒濾層及回填開山石，40m～100m為陸上回填海砂，100m以后陸域采用挖掘機現場高挖低填進行整平。碼頭結構斷面見圖1。1.3裝卸橋后軌道基礎方案比選

由于本工程所處區域地質條件良好，碼頭區內雖然分布有一定厚度的淤泥質軟土，但埋藏較淺，在碼頭水工結構施工時軟土層將被整體開挖（沉箱拋石基床底標高-18.0m，往后方按1：2放坡），隨后回填棱體石料，軟土層將被置換成塊石層。根據地質情況，本工程的碼頭及后方地基處理適合采用強夯處理方法。

從工程結構安全、工程經濟以及投產使用后的維護等方面考慮，后軌道基礎型式提出了以下幾種方案：

（1）采用？1000鋼管樁，間距6m，施工工藝為打樁船水上打設鋼管樁，再拋填10～100kg塊石進行穩樁。

（2）采用？1000灌注樁，間距3m，施工順序為先回填石料→地基處理→灌注樁施工。

（3）采用條形淺基礎。即在地基強夯處理后，直接施工后軌道梁（倒T型）。

后軌道采用三種不同基礎型式時，碼頭工程費用估算情況見表1。

從表1可知，如果后軌道采用淺基礎結構形式，碼頭工程造價可比采用鋼管樁和灌注樁的結構型式分別節省703萬和810萬的建設投資，節省的幅度比較大；另外，采用淺基礎時，后軌道梁地基處理可與后方陸域地基處理整體施工，既節省時間，又節省費用。

在方案的可行性方面，則可參考與新建集裝箱碼頭相鄰的廣澳港區起步工程。該工程于1995年建成投產，建設1個2萬噸級多用途泊位（結構預留3.5萬噸級），岸線長240m，碼頭岸邊裝卸作業采用40t門機，起步工程地質情況與新建一期工程地質情況相似?；诠こ塘己玫牡刭|條件，并從節省工程投資和加快施工進度出發，起步工程門機后軌道在區域內首嘗采用條形淺基礎，地基處理采用強夯技術。從碼頭投產使用后7年多時間來看，門機使用正常，后軌道共進行了兩次高程調整，第一次調整是在1998年，鋼軌最大沉降值為12.5cm，相鄰測點最大沉降差為4.7cm；第二次調整是在2001年，鋼軌最大沉降值為7.8cm，相鄰測點最大沉降差為2.2cm。兩次調整鋼軌高程的總費用為50多萬元，相比于建設期節省的300多萬元的投資和縮短工期來說，具有實際意義。

有鑒于此，考慮到本工程良好的地質條件，且相鄰有2萬噸級多用途碼頭較為成功的經驗，設計與工程管理人員經過方案的綜合比選后，最終確定新建碼頭岸橋后軌道采用鋼筋砼條形淺基礎方案。

2.后軌道基礎方案實施情況

2.1減少后軌道基礎殘余沉降的設計措施

為減輕后軌道梁地基殘余沉降對岸橋使用的影響，設計著重考慮以下幾個方面，并采取必要的預防措施：

（1）合理確定地基土的容許承載力。設計通過已有的地質鉆探和測試資料、有關的設計規范以及相鄰工程的設計經驗，經嚴密的計算確定地基的容許承載力。按承載能力極限狀態計算地基承載力時，采用荷載效應的基本組合，另外，根據中國地震動參數區劃圖（GB18306-2001），工程所在地的地震基本烈度為8度，結構計算中計入地震效應組合。（2）沉降計算按正常使用極限狀態進行計算，采用荷載的長期效應組合。（3）通過結構措施加強軌道梁的整體剛度和強度，適當加大基礎底寬，減小基底應力，從而減少沉降量，并增強適應不均勻沉降的能力。（4）軌道梁不設沉降縫，梁段與梁段之間的溫度伸縮縫設置防止不均勻沉降的傳力桿。（5）為延緩投產使用后地基的殘余沉降對岸橋使用的影響，適當抬高后軌道梁地基設計高程。地基抬高高度的確定需適宜，過小效果不明顯，但若抬高高度過大，岸橋前后軌高差大，將影響岸橋的使用。經征求岸橋生產廠家的意見，以約2‰的前后軌高差考慮，按軌距24.383m計，后軌基礎抬高高度確定為5cm。（6）碼頭面層采用聯鎖塊鋪面的結構型式，以適應地基的不均勻沉降，同時方便軌道調整時接順。

2.2后軌道地基強夯對碼頭水工結構影響分析

強夯法特別適宜加固一般處理方法難以加固的大塊碎石類土，強夯處理地基具有加固效果顯著、設備簡單、施工期短和施工費用低等優點。不過，強夯施工時產生的振動影響的安全距離的確定，歷來是強夯施工中的難題。本工程中裝卸橋后軌距碼頭前沿線為27m多，由于距離較近，后軌道梁地基強夯處理對碼頭水工結構安全穩定的影響必須充分重視，為減少其影響，設計和施工中做了周密細致的考慮：

（1）設計參數的確定。設計依據地基土類別、地基承載能力設計值、要求處理的地基深度等數據，并參照已建碼頭的施工經驗，初步提出強夯夯擊能值。（2）為進一步驗證夯擊能量是否適宜，在后軌道位置選擇面積為200平方米區域作為典型施工區，通過典型施工驗證最初的夯擊能量和施工方法能否滿足設計要求。（3）典型施工時，在碼頭沉箱和后軌道之間的中間地帶設置隔振溝，溝寬1.5m，深2.5m；并在距離最近的碼頭面上設置三個沉降位移觀測點。施工過程中，全程對觀測點進行觀測，從觀測的數據看，未發現觀測點出現位移和沉降異常情況。（4）施工完畢一周后，對施工區域進行載荷板試驗，檢測施工效果能否達到設計要求。經測試，各項指標均滿足設計要求。

2.3后軌道地基強夯施工方法

設計要求：強夯點夯單擊夯擊能為2000KN·m，滿夯單擊夯擊能為600KN·m，點夯2遍，滿夯2遍，其中點夯滿足每點擊數不少于10擊且最后兩擊平均沉降量不大于50mm。處理后要求碎石基床的壓實度≥93%，地基承載力特征值為150KPa。

施工中選用夯錘錘重15.58t，直徑2.3m，落距13.5m，夯擊能為2100KN·m，夯點采用梅花形布置，間距5m。具體施工方法如下：

（1）清理并平整施工場地。（2）起重機就位，夯錘置于夯點位置，測量夯前錘頂高程。（3）將夯錘起吊到預定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時用碎石將坑底整平。按設計規定的夯擊次數和沉降量控制，完成一個夯點的夯擊。（4）換夯點，重復步驟（2）至（3），完成第一遍全部夯點的夯擊。（5）用裝載機將夯坑填平，并測量場地高程，進行第二遍點夯。（6）兩遍點夯完成后，進行兩遍低夯能（600KN·m）的滿夯，錘擊相互搭1/2錘底面積，將場地表層片石夯實，并測量夯后場地高程。（7）滿夯結束后，再用震動力200KN以上的震動壓路機碾壓4～6遍，直到無明顯輪跡為止。（8）待施工完畢一周后，對施工區進行荷載板試驗。載荷試驗結果顯示地基承載力特征值為168.75KPa，滿足設計要求的150KPa。另外，基床壓實度經檢測達97.6%，符合設計要求。

2.4后軌道梁施工

后軌道梁分6個型號共20段，總長403.75m，砼強度等級為C30。軌道梁基礎底標高為+2.5m，上鋪碎石墊層厚40cm，基礎頂層為C10素砼墊層厚10cm。軌道頂面標高為+4.5m。

后軌道梁施工工藝流程如下：施工準備→測量放線→軌道梁基礎碎石墊層鋪設→碎石墊層碾壓→C10素砼澆筑→軌道梁鋼筋綁扎→模板安裝→澆筑C30砼→鋼墊板安裝→澆筑膠泥→壓板總成安裝→鋼軌安裝→竣工驗收。

3.后軌道使用情況及沉降處理方法

3.1后軌道投產使用情況

本項目于2007年建成投產，投產后使用單位定期組織對碼頭前后軌道進行沉降位移難測。從各期的觀測數據來看，后軌道的沉降呈現初期相對明顯后期相對穩定的特點。經過幾年的沉降積累，到2010年6月，觀測結果反映：后軌道最大沉降量達10.2cm，最小沉降量為3.4cm。由于累積的沉降已使鋼軌局部出現明顯的變形，為避免變形進一步發展，影響岸橋使用，使用單位決定對后軌道高程進行調整。

3.2后軌道高程調整方法

后軌道鋼軌型號為QU100，地角螺栓為M24×350。調整方案采用原地角螺栓接長，并加墊鋼板的做法。原螺栓接長采用套接螺母（即套筒），套筒的加工長度取現場實測調高的最大值，套筒下部3cm拱內牙，3cm以上部分車外牙，并配螺帽直接鎖定鋼墊板。調軌示意見圖2。

3.3調整后使用情況

2011年初后軌道高程調整完成，使用至今。從調整后歷次的沉降觀測情況來看，軌道沉降基本趨于穩定，2014年下半年觀測顯示：最大累計沉降量為4.6cm，最小為2.8cm。

4.結語

碼頭門機或集裝箱裝卸橋的前軌和后軌常作用在不同基礎上，這必然使前、后軌在使用過程中出現沉降不同步的特點：前軌作用在碼頭水工結構上，沉降量通常較??；而后軌沉降量主要取決于軌道基礎結構型式。通過本文分析表明，對于設計規模不大于5萬噸級的重力式（其他結構型式可參考論證）碼頭工程，如果地質情況良好，碼頭受力深度范圍內不存在軟弱土層或軟弱土層埋置深度較淺，經地基處理后預計基礎殘余沉降量較小的，后軌道可采用淺基礎型式。淺基礎方案最大優點是施工速度快、造價較低，不足之處是后期沉降量相對較大，使用過程需進行軌道高程調整。但軌道調整工藝較為簡單，通過調整，完全可以達到門機或裝卸橋的使用要求。