廣州港南沙四期工程軌道地基處理

張 軒，郝志斌，林沛生

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

集裝箱碼頭堆場的作業機械主要有兩種形式，即軌道式龍門起重機(RMG)和輪胎式龍門起重機(RTG)。

廣州港南沙港區普遍分區有深厚軟土層，大多采用排水固結法進行大面積地基處理，堆場區工藝設備一般為輪胎式龍門吊(RTG)，采用軌道梁條形擴大基礎；南沙四期工程設計為自動化集裝箱碼頭，傳統的輪胎式龍門吊不能滿足自動化碼頭的使用要求，堆場區工藝設備采用自動化軌道式龍門起重機(ARMG)。ARMG具有可靠性高、維護工作量小、運行速度快、易于實現自動化等優點，可以大大提高堆場區域的裝卸作業效率，但是對地基基礎的沉降要求高，一般的大面積地基處理不能滿足設備對地基的要求。本文結合南沙四期工程設計情況，通過分析對比，選擇了合理的軌道地基基礎二次處理方案。

1 設計條件

1.1 場地條件

廣州港南沙港區四期工程原始地形為灘涂和水塘，上覆土層主要為海陸交互沉積的淤泥和淤泥質軟土層，堆場陸域通過吹填港池航道疏浚土形成，軟土總厚度約15 m。大面積地基處理采用插塑料排水板+真空預壓法，經過預壓處理后，場地的工后沉降、差異沉降、地基承載力可以滿足一般堆場、道路的使用要求，但是不能滿足軌道荷載的使用要求。需要結合場地實際情況，選擇合理的軌道地基基礎方案。

1.2 設計標準

結合實際情況，本工程采用了堆場平行于海輪碼頭岸線布置的方案，水平運輸方式與傳統集裝箱堆場相同，堆場區工藝設備采用自動化軌道式龍門起重機(ARMG)，堆場區的集裝箱龍門起重機與港內道路的水平交叉較多。軌道地基基礎方案需要考慮軌道本身對承載力、沉降和不均勻沉降要求較高的特點，還要綜合考慮過路段軌道地基基礎與兩側道路結構的剛度和沉降差異。因此需要采用合適的方案來滿足軌道的承載力和沉降要求，確保軌道地基基礎正常使用；并控制好過路段軌道與道路的差異沉降，確保軌道與道路銜接處不出現跳車現象。

根據相關規范[1-2]，軌道工后沉降可按10 cm作為控制標準，軌道與道路的差異沉降可按5 cm作為控制標準。

1)荷載條件。自動化軌道式龍門起重機(ARMG)跨距31 m，4腿，4個輪/腿，輪距1.05 m和1.35 m，基距17 m。工作狀態(20 m/s)下最大輪壓P=360 kN，非工作狀態(70 m/s)下最大輪壓P=455 kN。鋼軌采用明軌。

2)沉降要求。軌道基礎區域使用期沉降不大于10 cm，軌道基礎沿線的差異沉降應小于0.1%。

2 軌道地基基礎方案選型

2.1 3種軌道地基基礎方案

我國大型集裝箱碼頭堆場主要分布在沿海和長江沿線，普遍覆蓋深厚軟土，即使經過地基處理，在車輛荷載的反復作用下地基土的塑性變形易累積，軟土層本身會產生一定的次固結沉降，導致較大的工后沉降，不能滿足軌道結構的使用要求。當大面積地基處理不能滿足軌道結構的使用要求時，需要對軌道地基進行二次處理。常用的軌道地基基礎方案有3種。

1)樁基礎+軌道梁方案?，F有集裝箱碼頭堆場中，軌道結構大部分采用樁基礎+鋼筋混凝土軌道梁結構[3]。樁基礎作為深基礎，適用于使用要求較高的建構筑物，可以提供足夠的承載能力，地基沉降和差異沉降都很小。

樁基礎的優點是：能基本解決軌道自身的沉降問題，技術成熟；使用期基本沒有沉降和不均勻沉降，可基本保證軌道的長期正常使用，可靠性高。

樁基礎的缺點是：由于在軟土厚度較大的工程中使用，大面積地基處理后道路和堆場仍會有較大的工后沉降和不均勻沉降。采用樁基礎的軌道結構周邊道路堆場會產生較大的不均勻沉降，導致軌道附近堆場坡度變大、道路產生錯臺，進而產生堆箱區平整度差、排水困難、堆箱傾斜、道路區產生跳車等問題，影響道路和堆場的正常使用，道路和堆場區域存在維修問題。樁基持力層一般較深、樁長較大，工程造價較高、投資大。打樁時間較長，總工期較長。

2)復合地基+軌道梁方案[4]。復合地基主要加固上部軟弱土層，可以提高地基承載力、減小地基沉降。對于采用排水固結法處理大面積地基的場地，主要處理土層為淤泥和淤泥質土，軌道二次地基處理可用復合地基方法，常用的復合地基方法有水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、剛性樁。復合地基用于處理軌道基礎具有工期短、效果好的特點，可以有效減小軌道地基沉降和差異沉降。

水泥攪拌樁的特點是造價較低、施工速度快、工期短、成樁直徑連續、質量穩定，處理后的地基一般還會有一定的沉降，但是工后沉降和差異沉降均較小，可以滿足軌道使用要求，是最常用的二次地基處理方案。

高壓旋噴樁、剛性樁等處理深度大、造價較高、施工難度較大，一般用于不具備攪拌樁實施條件的場地。

3)擴大基礎方案。彈性地基梁條形擴大基礎和軌枕道砟基礎均為擴大基礎[5-6]，采用天然地基，將工藝設備荷載通過基礎擴散分布到面積較大的地基上，可以降低地基承載力要求和軌道基礎變形，應選擇整體性好、剛度大、協調不均勻沉降能力較強的結構形式。一般適用于地質條件良好的地基，擴大基礎變形適應能力較好，當發生不均勻沉降后，主要通過調整道床高程來滿足使用要求。

擴大基礎的優點是不做深層地基處理、工程造價低、施工速度快、工期短，是最常用的設備基礎形式，技術成熟、對地基沉降適應性好。

擴大基礎的缺點是：地基工后沉降較大，難以長期滿足軌道平整度的要求；荷載頻繁作用會導致軌道發生較大的垂直及水平變形，需定期維護及維修，維護工作量大、維護費用較高，高頻率維修會對碼頭運營產生較大不利影響；一般適用于沉降較小的場地，僅可調節軌道基座10 cm的高差，而在深厚軟土地區的工后沉降量大多超過10 cm，難以滿足較大工后沉降調整的需求。

2.2 方案比選

本工程堆場通過換填碎石墊層等方式進行了大面積地基處理，地基承載力可以滿足軌道要求，但是工后沉降仍然較大、使用期維護工程量較大、樁基礎造價較高、與周邊差異沉降較大。采用復合地基對軌道基礎進行二次處理，軌道基礎的沉降基本可以滿足使用要求，建設成本也相對較低，尤其是當軌道與港區道路存在平面交叉時可以控制好軌道與道路的差異沉降，達到綜合效益最佳的效果。

經過綜合比較，推薦選用樁基軌道梁基礎、復合地基軌道梁基礎。

2.3 復合地基二次處理的特點

豎向增強體和原狀土體聯合形成復合穩定地基，具有一定的剛度，可以承擔工藝設備的豎向荷載。

采用復合地基處理過的軌道基礎，地基沉降比樁基礎大、比擴大基礎小，工后沉降可以控制在10 cm以內、差異沉降在5 cm以內，短期內不會出現沉降較大需要維修的情況，維修頻率較低、維護費用較低，對堆場正常運營影響小。

通過采用可調節軌道基座系統對10 cm以內的豎向不均勻沉降進行調節，在使用期內基本不會出現地基沉降問題。

軌道地基與道路、堆場使用期差異沉降較小，通過在與軌道平交的道路上設置過渡段，可進一步減小地基差異沉降，使用期維修工程量低，良好的地基處理質量和合理的結構措施可以基本消除錯臺和跳車的現象。

復合地基和鋼筋混凝土軌道結構技術成熟，造價在樁基礎和天然地基之間。

3 軌道地基處理方案

大面積地基處理采用真空預壓法，施工期地基平均沉降約1.49 m，卸載前15 d內平均沉降速率基本在1 mm/d以內。根據實測數據，地基處理后的陸域工后平均沉降約10 cm，局部監測點顯示地基工后沉降可達20 cm，能夠滿足港口道路和堆場的使用要求。

道路區域使用期荷載較小，主要為路面結構自重力和車輛荷載，工后沉降3～9 cm，平均約6 cm，基本在10 cm以內。

3.1 堆場段軌道地基基礎方案

堆場段軌道基礎采用現澆鋼筋混凝土地基梁，結構為現澆C40鋼筋混凝土倒T形梁(頂寬0.8 m、底寬1.7 m、高1.5 m)，下設10 cm厚貧混凝土墊層+20 cm厚碎石褥墊層。見圖1。

圖1 堆場段軌道基礎結構(單位：mm)

對堆場段軌道梁基礎采用水泥攪拌樁進行二次處理。攪拌樁直徑600 mm，樁底要求打穿上部軟土層。攪拌樁垂直于軌道方向攪拌樁按相切布置3根，間距0.6 m，沿軌道梁方向樁間距1.2 m。見圖2。

圖2 堆場段軌道基礎攪拌樁位布置(高程：m；尺寸：mm)

3.2 過路段軌道地基基礎方案

過路段軌道基礎采用現澆鋼筋混凝土軌道板，結構為現澆C40鋼筋混凝土板(寬4.0 m、高0.8 m)，下設10 cm厚貧混凝土墊層+20 cm厚碎石褥墊層。見圖3。

圖3 過路段軌道基礎結構

軌道梁采用軌道板結構，寬度4 m，進一步減小地基附加應力和地基沉降，并與混凝土路面通過傳力桿連接，緩和過渡了道路與軌道差異沉降引起的路面縱坡突變，消除錯臺和跳車現象。

堆場段軌道基礎攪拌樁地基處理設計參數：1)過路段軌道基礎。攪拌樁間距1.4 m×1.4 m，正方形布置。見圖4。2)道路過渡段。軌道梁兩側，道路范圍內擴大處理5排攪拌樁，間距1.4 m×1.4 m，正方形布置。過渡段攪拌樁樁長依次減少2 m。

圖4 過路段軌道基礎攪拌樁位布置(單位：mm)

3.3 可調節軌道系統

經過攪拌樁處理后的地基仍有一定的沉降，采用可調節軌道基礎。在地基梁上增加可調節支座，通過調節支座達到協調不均勻沉降、保證軌道正常使用的目的。

采用可調節軌道基礎，可以對10 cm以內的豎向不均勻沉降進行調節。

4 計算結果

經過水泥攪拌樁二次處理，堆場區軌道結構使用期沉降為3～8 cm、平均約6 cm，可以滿足軌道結構對沉降和差異沉降的要求。

道路區軌道結構使用期平均沉降為3～6 cm，平均約4 cm；道路區域工后沉降約為6 cm，道路與軌道結構的差異沉降基本在3 cm以內。通過在軌道兩側道路范圍內設置長度6.4 m的水泥攪拌樁二次處理過渡段，可以進一步減小差異沉降，保證地基變形過渡平穩、行車平穩。

根據計算結果，復合地基處理軌道基礎可以滿足軌道使用要求。

5 結語

1)鋼筋混凝土軌道梁+水泥攪拌樁復合地基二次處理是一種合適的軌道基礎方案。水泥攪拌樁處理方案具有造價適中、工藝成熟、處理后地基沉降和差異沉降較小的特點。

2)復合地基二次處理后的軌道地基沉降在10 cm以內，可以通過可調節軌道協調不均勻沉降，對港區的正常生產運營影響較小。

3)過路段軌道梁采用軌道板結構，通過擴大基礎寬度減小地基沉降；在軌道基礎兩側道路設置攪拌樁二次處理過渡段，可以減小過路段地基沉降，并保證道路與軌道差異沉降較小，減少錯臺和跳車現象。

4)水泥攪拌樁復合地基是一種適用于廣州港南沙港區自動化碼頭軌道地基處理的方案。