某石化碼頭干法施工圍堰穩(wěn)定性分析及數(shù)值模擬

張德恩

摘要：結(jié)合某石化碼頭圍堰工程項(xiàng)目，對(duì)工程場(chǎng)地土層地質(zhì)條件、圍堰處理方式的選取及斷面穩(wěn)定性--進(jìn)行分析，經(jīng)過施工證明，采用三軸攪拌樁的處理方式可滿足工程要求。

關(guān)鍵詞：石化碼頭；干法施工；圍堰；穩(wěn)定性；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：TU751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）07-0041-02

1 工程概況

某項(xiàng)目主要內(nèi)容為圍堰工程，項(xiàng)目擬建碼頭為重力式碼頭，為年產(chǎn)150萬噸瀝青項(xiàng)目的配套液體化工碼頭，碼頭基礎(chǔ)構(gòu)件形式為扶壁式，圍堰按臨時(shí)結(jié)構(gòu)考慮，總長(zhǎng)約1300m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該圍堰工程主要-是保護(hù)碼頭主體建筑物和護(hù)岸建筑物的施工。碼頭工程由碼頭主體建筑物和護(hù)岸建筑物組成，碼頭主體建筑物底部開挖高程為15.5m，港池底部高程為15.2m。

2 工程場(chǎng)地土層地質(zhì)條件

碼頭工程場(chǎng)地位于欽州盆地西翼、江平盆地東翼，屬于濱海沉積地貌，上覆土層為第四系全新統(tǒng)陸海交互沉積層所覆蓋，下部巖體為侏羅系上統(tǒng)砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)粉砂巖等。自盆地中心向邊緣往外依次分布有第三系、白堊系、侏羅系、志留系地層。上述地層分布于組合，構(gòu)成軸向西南至東北的向斜構(gòu)造盆地。場(chǎng)地下伏侏羅系泥巖、泥質(zhì)砂巖產(chǎn)狀較平緩，無深大斷裂構(gòu)造通過，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)較穩(wěn)定。

根據(jù)勘察鉆探揭露的地層情況，鉆孔深度范圍內(nèi)主要由第四系人工填土層（Q4m1）素填土、海相沉積層（Q4m）中砂、淤泥質(zhì)土、粘土、淤泥質(zhì)粘土、細(xì)中砂、粘土、圓礫及下伏侏羅紀(jì)上統(tǒng)東興組（J3dx）泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等地層組成。根據(jù)可研階段勘察報(bào)告中建議的各土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

3 選取圍堰處理方式

圍堰的處理加固方式有多種，目前經(jīng)常采用的地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁等施工方法。傳統(tǒng)的深層攪拌樁工法是采用傳統(tǒng)的雙軸攪拌鉆機(jī)，施工時(shí)水泥漿注入充填在原土間隙中，而新型三軸攪拌鉆機(jī)則在充填水泥漿時(shí)加入高壓空氣，同時(shí)鉆機(jī)對(duì)水泥土進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁Q出大量原狀土。

本項(xiàng)目采用的是三軸攪拌樁的處理方式。三軸攪拌樁止水帷幕是利用三軸攪拌樁機(jī)就地切削土體，使土體與水泥漿液充分?jǐn)嚢杌旌闲纬芍顾暂^好的水泥土柱列式擋墻；水泥土的搭接采用套接一孔施工，實(shí)現(xiàn)了相鄰樁體完全無縫銜接；三軸攪拌樁施工無泥漿處理問題，能適用于填土、淤泥質(zhì)粘土、黏性土、砂性土、粉砂等各種土層，適用范圍非常廣。除單獨(dú)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水帷幕外，還可用于地基土體加固，基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體加固等。

由于采用的設(shè)備不同，新型的三軸鉆機(jī)成樁體強(qiáng)度及樁身均勻性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的雙軸鉆機(jī)，樁體的垂直性、樁與樁的平行性和搭接型程度都十分良好，保證了優(yōu)良可靠的防水性能，同時(shí)也有利于H型鋼的插入和回收，具有占地面積小，開挖深度大，施工進(jìn)度快，可靠性強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)。與目前經(jīng)常采用的地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁等施工方法相比主要有以下特性：①擋水性強(qiáng)；②對(duì)周圍地基影響小；③多用途（能適應(yīng)各種地層）；④工期短；⑤造價(jià)低。⑥廢土外運(yùn)量遠(yuǎn)比其他工法要少。

4 圍堰穩(wěn)定性分析

由于圍堰是本項(xiàng)目碼頭主體結(jié)構(gòu)干法施工的屏障，對(duì)工程的成敗起關(guān)鍵的控制作用，確保圍堰在施工的過程中的安全穩(wěn)定以及防滲墻止水是決定整個(gè)工程的關(guān)鍵周堰穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)綜合分析，確保圍堰穩(wěn)定。

4.1 計(jì)算工況設(shè)置

工況一：一級(jí)圍堰已建成、施工防滲墻、圍堰內(nèi)外高水位+5.54m；

工況二：一級(jí)圍堰已建成、施工防滲墻、圍堰內(nèi)外低水位+0.30m；

工況三：二級(jí)圍堰已建成、圍堰外水位+4.64m；

工況四：二級(jí)圍堰已建成、圍堰外水位+5.69m（極端情況）；工況四外坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)按水位下降至低水位時(shí)考慮。

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)可研階段各土層指標(biāo)參數(shù)（見表1），采用直剪指標(biāo)，應(yīng)用Geo-studio系列軟件Slope模塊對(duì)不同工況進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如表2所示，典型工況計(jì)算圖如圖2-圖5所示。

4.3 結(jié)論

根據(jù)圍堰穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可知，一級(jí)圍堰在施工防滲墻之前整體圍堰暫不能合攏，為安全起見，防滲墻應(yīng)分段施工，先施工東圍堰北段W3-W4段，再進(jìn)行其它圍堰段防滲墻施工。陸域范圍基坑開挖，開挖坡度應(yīng)考慮陸域范圍的穩(wěn)定問題。建議項(xiàng)目施工過程中，特別是在一級(jí)圍堰基本施工完畢后應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察，并結(jié)合圍堰監(jiān)測(cè)情況布設(shè)孔位，相關(guān)勘察資料報(bào)告應(yīng)及時(shí)提交設(shè)計(jì)單位，以便根據(jù)最新的地質(zhì)資料進(jìn)行穩(wěn)定性分析核算。

三軸水泥土攪拌樁施工前應(yīng)確保圍堰承載力能力滿足樁機(jī)平衡行走的要求。三軸水泥攪拌樁采用套打一孔（單側(cè)擠壓方式）成樁方法，每次成樁三根。完成后移機(jī)進(jìn)行下三根施工，套打的孔不再噴漿，其余兩根仍按兩攪兩噴施工工藝進(jìn)行成樁。如此重復(fù)，直至完成。

為滿足圍堰穩(wěn)定性要求，三軸攪拌樁防滲墻設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：①三軸水泥土攪拌樁28d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa；②三軸水泥土攪拌樁樁長(zhǎng)按實(shí)際地層控制：樁底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層1m；③滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s，滿足基坑防滲需要。

5 結(jié)語

根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，通過對(duì)圍堰（包括陸域部分）在施工過程中及主體基坑開挖時(shí)的沉降、孔隙水壓力、深層土體側(cè)向位移、地下水位等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，穩(wěn)定性完全符合設(shè)計(jì)要求?？傮w來說，使用這種處理方式經(jīng)施工檢驗(yàn)滿足圍堰穩(wěn)定性要求。