珠海港高欄港區(qū)5000噸級多用途碼頭工程軟基處理方案分析

曾順平

（珠海格力港務(wù)有限公司，廣東 珠海 519020）

珠海港高欄港區(qū)5 000噸級多用途碼頭位于珠海市高欄港南水作業(yè)區(qū)東順岸。碼頭岸線長度375 m，陸域縱深約500 m，港區(qū)布置有雜貨堆場、倉庫、道路、生產(chǎn)輔助用地、預(yù)留散雜貨堆場等。其中雜貨堆場和預(yù)留散、雜貨堆場考慮未來改造為堆放5層重箱的集裝箱堆場。港區(qū)分兩期建設(shè)，前期完成碼頭結(jié)構(gòu)、護岸、雜貨堆場、倉庫和生產(chǎn)輔助設(shè)施的建設(shè)，后期完成預(yù)留堆場的建設(shè)。陸域形成在前期全部完成，軟基處理按照港區(qū)建設(shè)的總體部署進行施工安排，先完成前期用地的軟基處理工程和預(yù)留用地的軟基處理設(shè)計工作，預(yù)留用地軟基處理施工根據(jù)港區(qū)生產(chǎn)發(fā)展情況確定具體施工時間。

1 設(shè)計條件

1.1 地質(zhì)條件及陸域形成

本工程屬濱海淺灘地貌，基巖海岸，沿岸修有環(huán)島公路，僅一路之隔的山體巖體呈塊狀或巨塊狀。港區(qū)范圍位于淺灘中，水面開闊，水下地形平坦，水下地面標高為-1.0～-2.0 m左右。天然地基土層由上至下分布有淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、粉細砂、粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖。典型地質(zhì)情況見表1。

淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土均屬高壓縮性軟土，其主要物理力學(xué)指標如表2所示。

表1 典型地質(zhì)情況

表2 軟土物理力學(xué)性質(zhì)指標

本工程碼頭結(jié)構(gòu)采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，碼頭平臺通過半直立半斜坡式接岸結(jié)構(gòu)與港區(qū)陸域接駁。護岸采用袋裝砂斜坡式結(jié)構(gòu)。接岸結(jié)構(gòu)、護岸和原海岸線的圍堤合圍成港區(qū)陸域范圍。陸域形成采用吹填海砂方案，所采用海砂為粉、細砂，當?shù)厮追Q為“牛皮砂”。吹填頂高程為3.5 m。

1.2 軟基處理要求

本工程軟基處理的主要目的是使殘余沉降和地基承載力滿足工藝荷載和土建結(jié)構(gòu)的要求。

在殘余沉降方面，需考慮鋪面結(jié)構(gòu)和土建結(jié)構(gòu)的要求。本工程的場地，不管是堆場、道路還是一般的場地均采用聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)，按照港口工程規(guī)范要求，殘余沉降需控制在50 cm以內(nèi)，而按照建筑工程規(guī)范的要求，殘余沉降需控制在20 cm以內(nèi)。考慮到本工程的地質(zhì)條件，如果按“就高不就低”原則控制殘余沉降則代價較高，而本工程的主體是港口工程，土建屬配套工程，故最終以殘余沉降≤50 cm作為整體軟基處理的殘余沉降要求，但對于重要建筑物，則根據(jù)具體情況或按較高要求控制沉降，或采用能較好適應(yīng)地基變形的結(jié)構(gòu)型式。如位于深厚軟土區(qū)的綜合樓采用了樁基礎(chǔ)嚴格控制沉降，而倉庫由于位于換填區(qū)，軟土厚度小，則采用了鋼結(jié)構(gòu)方案。

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，堆場和土建區(qū)的地基承載力按≥160 kPa控制，道路及一般場地的地基承載力按≥100 kPa控制。

2 軟基處理的重點與難點分析

結(jié)合本工程的地質(zhì)條件和軟基處理要求，軟基處理工程的重點、難點主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）地質(zhì)條件差。地質(zhì)條件差主要表現(xiàn)為軟土深厚，壓縮性大，強度低。珠海高欄地區(qū)濱海地帶普遍存在軟土深厚的特點，而本工程的軟土厚度可以說是當?shù)匾呀ê驮诮üこ讨凶畲蟮摹：穸瘸^20 m的高壓縮性軟土使殘余沉降的控制具較高難度，同時地基處理過程中整體穩(wěn)定的安全控制具挑戰(zhàn)性。畢竟6 m厚的回填砂加上軟基處理施工荷載超過了軟土的承載極限，因此確保地基整體穩(wěn)定成為軟基處理中不可忽視的一個問題。

2）地質(zhì)情況復(fù)雜。地質(zhì)情況復(fù)雜表現(xiàn)為兩方面，一方面是軟土的土層分布復(fù)雜，除了表層深厚軟土外，在局部區(qū)域，粉質(zhì)黏土層以下還有一定厚度的淤泥質(zhì)土，層底標高接近－40 m。需要明確該層軟土是否要處理及如何處理。另一方面，在軟基處理前，碼頭接岸結(jié)構(gòu)的地基進行換填處理，換填范圍大、深度較深，碼頭區(qū)換填范圍和陸域區(qū)軟基處理范圍有重疊。換填范圍內(nèi)外的地質(zhì)情況存在較大差異，這也是需要考慮的一個問題。

3）要處理好預(yù)留用地和未來改造問題。軟基處理分兩期進行施工，在預(yù)留用地施工期，前期用地已經(jīng)投入生產(chǎn)，因此減免預(yù)留用地施工對港區(qū)生產(chǎn)造成干擾的問題需未雨綢繆。前、后期建設(shè)的散、雜貨堆場都存在未來改造為重箱堆場的問題，重箱堆場和散、雜貨堆場的設(shè)計荷載要求不同，由于堆場改造時未必具備軟基處理的條件，先行施工的軟基處理在設(shè)計上需要有足夠的適應(yīng)性。

3 軟基處理方案

3.1 方案比選

本工程軟基處理的特點是處理面積大、軟土深厚，換填法、深層攪拌法、砂石樁法、高壓噴射注漿法等造價過高，投資不允許。振沖法、強夯法等不能滿足加固要求，也不能采用。只有排水固結(jié)法較為經(jīng)濟、合理。

排水固結(jié)法根據(jù)預(yù)壓方式分為堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法。對于本工程，兩個方案技術(shù)上均可行，也各有優(yōu)、缺點。真空預(yù)壓法的優(yōu)點是工期相對短、對護岸的地基整體有利，但造價相對高、施工工藝相對復(fù)雜。堆載預(yù)壓的優(yōu)點是造價相對低、施工工藝簡單、質(zhì)量控制容易，但工期相對長、對護岸地基的整體影響相對大。

對于地基處理方案，在初步設(shè)計階段和施工圖階段有所不同。初步設(shè)計階段推薦的是組合方案。對于設(shè)計荷載小的生產(chǎn)輔助區(qū)考慮到所需的預(yù)壓荷載小，從節(jié)約投資的角度出發(fā)，采用的是堆載預(yù)壓方案。在換填范圍內(nèi)的堆場、倉庫區(qū)，考慮到靠近碼頭岸線一側(cè)的砂層過于深厚，采用真空預(yù)壓時，邊界密封代價大且難以保證密封質(zhì)量，加上由于大部分軟土已被換填，沉降大大減少，預(yù)壓荷載也因此減小，對護岸整體穩(wěn)定影響小，因此也采用堆載預(yù)壓方案。對于軟土深厚的堆場、倉庫區(qū)，由于預(yù)壓荷載大，從安全和工期角度考慮，采用的是真空預(yù)壓方案。進入施工圖設(shè)計階段后，由于港區(qū)建設(shè)規(guī)劃發(fā)生變化，前期用地范圍減少，原考慮采用真空預(yù)壓方案進行軟基處理的區(qū)域大部分劃歸預(yù)留用地，因此前期用地的軟基處理到施工圖階段全部采用堆載預(yù)壓方案。

關(guān)于預(yù)留用地軟基處理的方案，除堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法外，還加入了高真空擊密法進行比選。在方案設(shè)計階段，推薦采用的是低位高真空分層預(yù)壓擊密法。推薦理由是該方案造價低，工期短，對前期用地生產(chǎn)干擾小。進行方案評審時，有專家對在深厚軟基上采用該方案是否能較好地控制殘余沉降存疑，畢竟該方案屬新技術(shù)，處理深厚軟基的工程實例較少，在高欄地區(qū)更無應(yīng)用經(jīng)驗。因此，最終仍考慮在堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法中作出選擇。真空預(yù)壓法由于在抽真空過程中會對周邊已有的道路結(jié)構(gòu)造成破壞，嚴重影響港區(qū)生產(chǎn)，因此不適宜選用。當然堆載預(yù)壓法也有突出的缺點，一是大量土方在已投入生產(chǎn)的港區(qū)進出運輸，對港區(qū)生產(chǎn)有一定干擾。二是預(yù)留用地的預(yù)壓荷載比前期用地大得多，對護岸的整體穩(wěn)定也是一個考驗。相對真空預(yù)壓法而言，堆載預(yù)壓法對港區(qū)生產(chǎn)的影響小，至于安全問題，考慮到進行預(yù)留用地施工時，護岸地基經(jīng)過長時間固結(jié)，軟土的強度已得到較好提高，只要采取得當措施，安全可有保障。故預(yù)留用地軟基處理最終采用了堆載預(yù)壓方案。

3.2 關(guān)鍵性技術(shù)問題的對策

經(jīng)過多方案綜合比較，本工程最終采用堆載預(yù)壓方案進行軟基處理。堆載預(yù)壓方案屬較為常規(guī)的軟基處理方案，其理論計算和施工操作均較為成熟，在本工程中應(yīng)用，主要是要解決前述重點、難點分析中的各個問題。

對于因地質(zhì)條件差引起的殘余沉降和地基整體穩(wěn)定控制問題，在堆載預(yù)壓法中主要體現(xiàn)對預(yù)壓荷載大小的處理。這是本工程的一個矛盾，因為從質(zhì)量和工期角度出發(fā)，預(yù)壓荷載越大越好，但預(yù)壓荷載越大，對護岸的整體穩(wěn)定影響越大，除了增加地基處理的造價，護岸工程出于安全的需要，也會因此加大斷面，增加造價。在本工程前期投資較為緊張但又必須保證地基整體穩(wěn)定的情況下，軟基處理一方面通過在條件相對好的區(qū)域適當控制預(yù)壓荷載大小來節(jié)約堆載工程量，另一方面通過控制加載速率以及采取較為妥當?shù)谋O(jiān)測手段來避免護岸工程由此增加造價。

針對粉質(zhì)黏土層以下的軟土是否處理的問題，在設(shè)計階段進行了沉降分析。分析中發(fā)現(xiàn)，該層軟土由于厚度相對小，所產(chǎn)生的總沉降不大，又由于埋藏深，排水距離長，在鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限內(nèi)固結(jié)程度很有限，因此殘余沉降小，可不處理。

關(guān)于換填區(qū)與軟基處理范圍有重疊的問題，對于堆載預(yù)壓法，主要是處理好差異沉降的問題。本工程除了換填區(qū)內(nèi)外軟土厚度差別大之外，在換填區(qū)內(nèi)，每個橫斷面不同位置的軟土厚度也在變化，需要靈活地設(shè)計預(yù)壓荷載強度。軟土深厚的區(qū)域必須按地面設(shè)計荷載進行超載，否則工期和殘余沉降難有保證。軟土厚度小的區(qū)域，允許讓扣除沉降補償后的預(yù)壓強度等于或小于地面設(shè)計荷載。此舉既可節(jié)約投資，也可較好地平衡差異沉降。

為了減少預(yù)留用地施工干擾港區(qū)生產(chǎn)，考慮擴大前期地基處理面積，即先提前處理一部分預(yù)留場地，使預(yù)留用地進行堆載預(yù)壓時，堆載邊坡不占用周邊道路，也避免了預(yù)留用地在施工過程中產(chǎn)生的沉降對周邊場地造成破壞。

對于堆場未來改造的問題，考慮到堆場改造后的設(shè)計荷載更大且改造時間不確定，為了避免改造時再度進行軟基處理，堆

場區(qū)的設(shè)計荷載統(tǒng)一按重箱堆場要求考慮。

3.3 方案實施流程

軟基處理在吹填砂至高程3.5 m后開始，首先鋪設(shè)0.7 m厚的中粗砂墊層作為水平排水墊層。然后按1.0 m間距、正方形布置插打塑料排水板作為豎向排水通道，插板深度在標高-17.0～-25.0 m之間。插板后按加載速率分期、分級堆載。各區(qū)的堆載厚度根據(jù)地面設(shè)計荷載和施工期沉降確定，生產(chǎn)輔助區(qū)（含道路）堆載厚度為2.3 m，前期堆場和倉庫區(qū)堆載厚度為2.3～3.3 m，預(yù)留用地（按重箱堆場考慮）堆載厚度為5.0 m。考慮到與本工程一路之隔的山體正在開采開山石，料源充足，價格便宜，堆載材料采用了開山混合料。同時，各級堆載要求壓實度為90%～93%。滿載預(yù)壓至固結(jié)度達到85%（堆場、倉庫區(qū)和預(yù)留用地）和90%（生產(chǎn)輔助區(qū)）后卸載至交工高程。

4 結(jié)語

本工程于2009年底完工，已投產(chǎn)運營。根據(jù)軟基處理施工及場地前期使用情況可總結(jié)出以下幾點：

1）總體上，本工程采用堆載預(yù)壓是合適的。但從施工過程看，堆載對于護岸的整體穩(wěn)定影響還是比較突出，對于高欄地區(qū)類

似軟基處理工程，如果有條件可考慮采用真空預(yù)壓法避免護岸穩(wěn)定安全方面的風(fēng)險。

2）經(jīng)過軟基處理后，地基殘余沉降仍然較大，此情況在港區(qū)投入使用初期尤為明顯。過大的殘余沉降對結(jié)構(gòu)物是不利的，避免殘余沉降病害，除了保證軟基處理有合理的資金和工期外，結(jié)構(gòu)設(shè)計上也應(yīng)采取有針對性的方案。像本工程這樣的地質(zhì)條件，對殘余沉降有較高要求的結(jié)構(gòu)物，只采用排水固結(jié)法是不夠的。

3）從本工程實測沉降和理論計算沉降對比結(jié)果看，實測沉降大于理論計算結(jié)果，這固然有統(tǒng)計誤差和施工因素的影響，但在高欄地區(qū)軟土厚度超過20 m的區(qū)域，其沉降計算所取的經(jīng)驗修正系數(shù)不宜小于1.3。

4）采用牛皮砂和開山混合料作為回填土或者堆載土是合適的，但需控制含泥量和石塊粒徑，否則會對地基承載力和后續(xù)施工造成影響。

[1]珠海港高欄港區(qū)5 000噸級多用途碼頭工程初步設(shè)計[R].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2007：72-77.

[2]珠海港高欄港區(qū)5 000噸級多用途碼頭工程港區(qū)陸域軟基處理施工圖設(shè)計說明[R].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2007：1-10.

[3]珠海港高欄港區(qū)5 000噸級多用途碼頭工程預(yù)留用地地基處理及簡易鋪面施工圖設(shè)計說明[R].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2009：1-10.