泉州后渚油庫碼頭部分塌陷原因探討

■李鐵林

(福州新洋海事咨詢服務(wù)有限公司，福州 350001)

1 引言

福建省是海洋大省，優(yōu)良港灣眾多，海岸線曲折綿長，其沿海岸線長3752km，居全國前列。由于歷史原因，沿海岸線建有眾多5000噸位以下的各種類型碼頭，其設(shè)計，建造的情況與泉州后渚油庫碼頭多有相似之處，且年代久遠，安全隱患較多，目前許多這類碼頭仍在使用中。本文對泉州后渚油庫碼頭部分塌陷原因進行探討，希望能起到警示參考的作用。

2 概況

泉州后渚油庫碼頭位于泉州灣港區(qū)的后渚港洛陽江左岸(晉江出海口)的淤泥灘涂地帶，南臨港豐石化碼頭，北望后渚大橋。碼頭于1978年建成，至發(fā)生部分坍塌時已投入使用30多年。

該碼頭原設(shè)計為3500噸級的油碼頭，水工結(jié)構(gòu)由操作平臺，系纜墩，人行橋及引橋組成。碼頭操作平臺為一個整體結(jié)構(gòu)段，長度65m，寬度10m，9榀橫向排架，排架間距為8m。碼頭通過一座引橋與陸域相連，引橋長度145.4m，寬度7m，共11跨。碼頭結(jié)構(gòu)型式為高樁梁板式，引橋采用簡支梁+樁基橋墩結(jié)構(gòu)型式，碼頭，引橋基樁皆采用500mm×500mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心方樁。樁長 24.0～25.5m。

由于功能的需要，在距離碼頭平臺約50m處至“岸邊”的灘涂地被雜土填為“陸地”，碼頭平臺至岸邊方向約50m仍為自然灘涂地。該碼頭未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸。碼頭平臺岸坡方向有一較大的砂場堆砂。

2010年5月21日晚11時左右，該碼頭下游側(cè)的部分操作平臺段，系纜墩及過渡墩突然發(fā)生坍塌，破壞長度約60m。初步分析為“雜填土”的作用，導(dǎo)致“灘涂地”的淤泥層剪切破壞，致使部分操作平臺段，系纜墩及過渡墩突然坍塌。

3 原因分析

3.1 分析原理

由于該碼頭未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸，因此，根據(jù)《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定進行護岸穩(wěn)定性驗算，采用引橋上游側(cè)未坍塌部分的原狀灘涂作為碼頭未坍塌前的護岸進行穩(wěn)定性計算，驗算其承載能力，分析碼頭部分坍塌的原因。并通過坍塌部分河岸的地質(zhì)資料進行穩(wěn)定性計算，驗算其承載能力，來保證現(xiàn)在碼頭的安全性。

3.2 岸坡穩(wěn)定計算

岸坡穩(wěn)定計算采用上海豐海公司 “TPWD土坡穩(wěn)定計算系統(tǒng)”軟件進行計算。

計算分兩種情況計算四個斷面，兩種情況分別為岸坡滑坡產(chǎn)生的原因分析(SK1-SK9鉆孔斷面和SK2-SK10鉆孔斷面)和已經(jīng)滑坡的碼頭后方承載能力驗算 (SK3-SK11鉆孔斷面和SK4-SK12鉆孔斷面)。每種情況的計算分別采用兩個鉆孔斷面進行。計算土層物理力學(xué)指標(biāo)時采用十字板剪切試驗作為計算參數(shù)。

進行勘探取樣時，勘探點位置由設(shè)計布置，孔距25m，線距約50m，共設(shè)置勘探孔12個。其中：控制孔6個，一般孔6個，十字板剪切試驗2個。各勘探點具體位置見圖1。

“勘探點平面位置圖”中的M1M2北向(洛陽江方向為北向)為水草地，受漲潮淹沒；M1M2南向為“雜填土”陸地。M1M2線左右存在陡坎，漲，退潮時易發(fā)生溜坡，坍塌現(xiàn)象。

控制孔主要進行巖芯鑒定，分層，采集土試樣，進行孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等原位測試，以獲取各土層的物理力學(xué)指標(biāo)，要求進入中風(fēng)化基巖2.0m。

圖1 勘探點平面位置圖

一般孔(鑒別孔)主要用以查明各地層(以及軟弱夾層)的分布規(guī)律，補充采集土試樣，進行孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等原位測試，要求進入中風(fēng)化基巖1.0～2.0m。

鉆探時要求每回次進尺控制在2.0m以內(nèi)，粘性土取芯率＞90%，砂類土取芯率＞70%，基巖巖芯采取率＞90%。

勘探采樣中，采用薄壁取土器采集淤泥，粘性土層Ⅰ級土試樣，標(biāo)準(zhǔn)貫入貫入器采樣時采用靜壓法或重錘少擊法進行，數(shù)量和質(zhì)量滿足 《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》JTJ240-98要求。

土工試驗按國家標(biāo)準(zhǔn) 《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T500123-1999)進行，試驗之前對各種儀器進行必要的校正，保證試驗成果準(zhǔn)確反映各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)。

3.3 計算結(jié)果

根據(jù)《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定，岸坡滑動應(yīng)滿足抗力分項系數(shù)д＞1.3，方能滿足岸坡穩(wěn)定。以此來確定岸坡能承受的最大荷載值。

經(jīng)過計算(計算過程從略)，其結(jié)果見表1。

表1 岸坡計算結(jié)果表

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)表1顯示，SK1-SK9斷面最能代表該滑動未發(fā)生前的斷面，可見只要后方荷載達到或超過25kN/m時，就會產(chǎn)生岸坡滑動。滑動后的斷面能承受的最大荷載為47kN/m。

3.5 岸坡滑動分析

3.5.1 高低潮差引起滑動

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，平時岸坡“陸地填土”不斷受漲潮，退潮的影響。漲潮時，高水位對雜填土，淤泥層產(chǎn)生較高的壓應(yīng)力，在土體內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力э1與外應(yīng)力э2平衡，即э1=э2，從而保持土體穩(wěn)定。當(dāng)退潮時，河水為低水位，雜填土，淤泥層靠河水外側(cè)的土體外應(yīng)力э2突然消失，即 э2=0.0 或 э1＞э2，因而土體內(nèi)外應(yīng)力失去平衡，誘發(fā)雜填土，淤泥層產(chǎn)生破壞。特別是事故發(fā)生當(dāng)天高低潮位比平時偏大。高潮位時岸坡土體水位偏高。退潮時岸坡外側(cè)水位及時下降，而土體內(nèi)部水位不能及時下降，導(dǎo)致該岸坡存在的水壓力偏大。致使土體內(nèi)應(yīng)力與外應(yīng)力失衡，造成滑坡現(xiàn)象。

3.5.2 淤泥沉積引起滑坡

該碼頭投入使用至發(fā)生坍塌時已30多年，由于使用年久，碼頭下方及后方區(qū)域岸灘泥沙不斷淤積，以及碼頭前沿航道的定期疏浚，導(dǎo)致護岸的荷載變化，造成滑坡現(xiàn)象。

3.5.3 岸坡后方陸域荷載引起滑坡

根據(jù)現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，該原狀岸坡未建造護岸，現(xiàn)場勘察揭示，該區(qū)域淤泥層較厚。后方岸坡作為砂場使用，砂場堆砂荷載超過岸坡承載能力，由表1顯示，陸域荷載超過25kN/m時，就會誘發(fā)岸坡滑坡。

4 結(jié)論

由于歷史的原因，該碼頭岸坡未進行護岸處理，采用天然原狀灘涂作為護岸，下列因素的綜合影響使岸坡產(chǎn)生了滑坡：

(1)岸坡經(jīng)常遭受漲落潮的影響，岸坡土質(zhì)的抗滑指標(biāo)逐漸減小。

(2)事故當(dāng)天的大潮使岸坡的內(nèi)外水壓力增大。

(3)護岸長年累月的淤泥沉積。

(4)岸坡后方陸域荷載(砂場堆積的砂)的影響。

5 措施

為消除類似泉州后渚油庫碼頭的安全隱患，綜合上述的分析，建議應(yīng)采取以下措施：

(1)新建碼頭護岸，盡量避免采用天然原狀灘涂作為護岸，以減少因漲落潮的影響，導(dǎo)致岸坡土質(zhì)的抗滑指標(biāo)逐漸減少。

(2)限制或減少后方陸域的堆載，以滿足抗力分項系數(shù)的要求。

(3)及時清除淤泥，防止護岸荷載的變化。

(4)有條件的碼頭定期按《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)的規(guī)定進行護岸穩(wěn)定性驗算，并定期檢測護岸。