大型重力式碼頭后軌基礎沉降控制

侯 勇，魏建雄，宋蘭芳

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

重力式碼頭是碼頭結構中最常用的一種型式，其前軌通常座落在胸墻上，工后沉降較小。為最大限度減少前后軌沉降差對運營期的影響，對于大型重力式碼頭，后軌一般采用造價較高、施工工期相對較長的樁基礎，一次性解決差異沉降問題。金宏等[1]通過實踐證明碼頭后軌采用灌注樁基礎是解決后軌沉降的行之有效的方法之一。對于中小型重力式碼頭，為控制投資，一般采用彈性地基梁（軌道梁）或軌枕道砟結構，運營期修復調整后軌的方式；司政等[2]結合工程實際，針對重力式方塊碼頭采取預留沉降和預先儲備一定調節(jié)能力等有效方法對后軌進行了修復；林麗珍[3]采取堆載預壓的方式對某實際碼頭后軌軌道梁基礎進行改造；張春生等[4～5]對日照港碼頭后軌軌道梁基礎改造的實際情況進行了總結，提出了合理化建議；范祥水等[6]建議采用強夯法對碼頭后軌拋石地基進行處理。

本文以惠州荃灣某沉箱重力式煤炭碼頭后軌設計施工為例，探討了后軌施工、設計過程中的控制沉降的精細化管控措施，取得了良好的實施效果和項目效益，為以后類似工程的設計和施工提供參考。

1 工程概述

惠州荃灣煤炭碼頭一期項目，建設2個7萬t級煤炭卸船泊位（結構按靠泊15萬t級散貨船設計）及相應的配套設施。碼頭結構型式為重力式沉箱碼頭，橋式卸船機軌距26 m，基距18 m，4個腿，每腿10輪，兩機之間最小輪距1.5 m，非工作狀態(tài)最大輪壓達700 kN/輪，工作狀態(tài)最大輪壓650 kN/輪。前軌置于胸墻上，按常規(guī)設計，后軌宜采用樁基，但因碼頭區(qū)持力層巖面埋深較淺，起伏較大，局部地段淤泥等軟弱土層與基巖面直接接觸，對打入式樁型的整體穩(wěn)定性不利，施工難度也較大，加之嵌巖灌注樁費用高昂，經綜合技術經濟比較，本工程設計創(chuàng)新性的采用清除上部覆蓋的軟土層后直接回填1～1 000 kg開山石（換填厚度約22 m），后軌采用軌枕基礎，碼頭典型斷面如圖1。

圖1 軌道基礎斷面示意

由于前、后軌基礎結構型式不一，前軌坐落在沉降基本穩(wěn)定的剛性結構上，后軌坐落在較厚的回填開山石基礎上，兩者會產生較大的差異沉降，較之前軌結構，后軌的沉降量較大，主要取決于開山石基礎的沉降控制，處理不好，將會帶來較大的不便，影響卸船機的后期運營。

2 沉降控制措施

2.1 嚴控填料質量

現(xiàn)場管控措施主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）對現(xiàn)場管理人員及分包操作人員進行多次技術交底和專題會議，強化對開山石含泥量的控制，全方位全過程加強相關人員的質量意識；

2）在開山石取料點和卸料點分別設置旁站人員，對石料的質量實施全過程的有效監(jiān)督。取料點的旁站人員負責安排鉤機手在符合要求的料源點選用石材（現(xiàn)場料源地存在較多縱向和橫向的強風化石料夾層）。卸料點的旁站人員則負責對所選用的石料進行二次監(jiān)控，監(jiān)督石料是否確保滿足設計要求，對不符合要求的回填料堅決實行退回制度，確保監(jiān)督無盲點；

3）按兩倍于規(guī)范要求進行開山石的含泥量檢測，并建立檢測臺賬。既加強了現(xiàn)場管理人員和操作人員的質量意識，也有一定的震懾作用，對不滿足要求的石料堅決不允許用于回填，否則，不僅要挖除，相關人員也要受到經濟重罰；

4）對開山石基礎整個斷面的回填料要求進一步優(yōu)化，施工時有針對性地將最好的回填料填至后軌應力影響線范圍內，進一步加強該區(qū)域的回填料質量。

2.2 優(yōu)化夯點布置

原設計要求后軌開山石基礎軌道中心線兩側11 m范圍內，采用傳統(tǒng)的強夯工藝對地基進行處理。本著進一步加強后軌開山石基礎受力影響線范圍內的基礎密實度，優(yōu)化夯點布置如圖2所示。

結合設計點夯間距為4 m，選擇直徑為2 m的夯錘進行點夯施工，確保后軌道中心線兩側2 m范圍內“無死角”處理。點夯施工全過程動態(tài)質量監(jiān)控，實施“一插到底”的管理制度，直接管理到班組，確保施工嚴格按照優(yōu)化方案進行。

圖2 夯點布置優(yōu)化示意

2.3 提前預留沉降

根據(jù)現(xiàn)行《港口起重機軌道安裝技術條件》，軌距26 m的橋式卸船機前、后軌差異沉降最大為2 ‰，即5.2 cm。在進行碎石道砟基礎施工時，將整個施工面抬高5.2 cm，達到軌道安裝完成后，整個后軌標高比前軌高5.2 cm的最大差異，既不影響后期的卸船機使用，也可以最大限度的預留高差，提前預留后軌的沉降量，抵消部分工后沉降。

2.4 高配可調系統(tǒng)

圖3 高承載力柔性固定系統(tǒng)

為便于日后的軌道的沉降調整，同時考慮最大限度減少調軌次數(shù)，聯(lián)合基礎上的軌道固定系統(tǒng)采用伊利諾公司的GANTY軌道高承載力柔性固定系統(tǒng)，其可調高差超過8 cm。

3 實施效果評價及效益分析

對于優(yōu)化后的強夯方案，結合夯坑沉降、基礎整體沉降以及坑內回填料方量等實測數(shù)據(jù)，綜合判斷后軌開山石基礎可有效減少沉降約50 cm。施工完成后，實測顯示后軌比前軌高4.7 cm，進入試運行階段，通過近680天（2017年03月～2019年01月）的實測數(shù)據(jù)，可以看出，前軌累計沉降2 mm，處于基本不沉降狀態(tài)，后軌累計沉降16 mm，前后軌高差由47 mm變?yōu)?0 mm，沉降歷時曲線趨于穩(wěn)定收斂狀態(tài)，項目實施效果現(xiàn)狀良好。

圖4 前后軌高差歷時曲線

根據(jù)現(xiàn)行《港口起重機軌道安裝技術條件》，軌距26 m的橋式卸船機前、后軌差異沉降最大為±2 ‰，即±5.2 cm。結合當前后軌比前軌高3.0 cm以及高承載力柔性固定系統(tǒng)進一步反向消除工后沉降8.0 cm等數(shù)據(jù)，后期后軌沉降量在16.2 cm（即5.2 cm+3.0 cm+8.0 cm）以內都不需要調軌。

項目在取得良好的實施效果的同時也取得了良好的經濟效益和社會效益。經濟效益方面，經與灌注樁后軌基礎方案比較，本項目采用的直接回填開山石后軌基礎方案節(jié)約造價約2 000萬元。同時該方案的實施工期較灌注樁方案縮短約2個月，除直接節(jié)省了人工費、機械臺班費等資源費用外，避免了工期延誤罰款。社會效益方面，施工和設計團隊，接受了創(chuàng)新、質量的雙重考驗，在保證質量的同時也確保了節(jié)點工期，設計施工一體化總承包的管理模式和優(yōu)勢得到了質安監(jiān)督部門以及建設單位和監(jiān)理單位的認可。

3 結 語

1）通過嚴控填料質量、優(yōu)化夯點布置以及提前預留沉降和高配可調系統(tǒng)等一些列施工精細化管理措施，實現(xiàn)了有效控制大型重力式碼頭后軌基礎沉降的目的，形成了一套后軌基礎的創(chuàng)新設計與施工經驗和管理方法。

2）對后軌基礎強夯處理，特別是通過優(yōu)化夯點布置提高受力影響線范圍內的基礎密實度，是消除基礎工后沉降最有效的方式之一。

3）本項目的成功經驗，突破了大型重力式碼頭后軌通常采用樁基礎控制沉降的限制，取得了良好的實施效果和經濟效益，可為以后類似工程提供參考。