阿美港口項目中軌道基礎沉降計算及標準的設計應用

趙洪琦，吳宏雷

中國電建集團山東電力建設有限公司，山東 濟南 250000

在沿海吹填的軟土地基上建設移動式動臂起重機，其軌道梁基礎為條形基礎，由于其地基土為非天然狀態，其下部會存在厚度及分布均不確定的淤泥及軟弱土層，導致引起軌道基礎的沉降。同時，地基土的沉降變形也會反映到軌道梁的變形上，造成上部移動式動臂起重機存在損壞及運行安全的隱患。因此，為保證設備運行的安全性，相關的沉降量計算應控制在軌道基礎沉降的設計標準之內，選取可行的，適用吹填場地的軌道基礎沉降計算方法及沉降設計標準，這對于軌道梁基礎的設計及項目的經濟性均有重要的指導意義。文章以沙特阿美薩拉曼國際綜合港務設施項目的移動式動臂起重機下部軌道梁基礎的沉降計算為例，對吹填場地沉降量計算公式及軌道梁基礎沉降設計標準的選取進行分析論述。

1 工程概況

沙特阿美薩拉曼國際綜合港務設施項目是世界級的海上港口項目，該項目建成后，主要提供海上制造、新船建造和維護、船體維修服務，包括超大型油輪的建造。項目地點位于沙特東部波斯灣沿岸(Ras Al-khair港口)，場地南北長約4km，東西長約為2km，項目規劃區內有超過200個設施，主要分為原狀土及吹填土區域，均為無黏性砂土組成。其中移動式動臂起重機軌道基礎主要分布在吹填區域。以結構編號A122-1122-2122-3為例，軌道梁條形基礎無伸縮縫段的基礎長度為5.25m，寬為2.25m，埋深為1.5m，起重機最大起吊能力為30t，起重機下部共4組移動輪/2條軌道，軌道之間間距為12m，每條軌道2組移動輪，移動輪軸心間距為16m。

該項目中，在對相關區域進行了吹填之后，簡單做了一些地基處理，主要處理方式為振沖及夯實，對地基土進行了一定程度的改善，改善后的土體強度最小具備的基本地質條件如下：場地頂高程至0.6m的深度內，土體壓實度應達到95%，CBR（加州承載比）指標應達到20%；從場地頂高程以下0.6～6.5m的范圍，CPTu(靜力觸探試驗)值應為5～8MPa，呈線性增加。相關的設計基于上述條件進行，設計年限選取為50年，以保證上部設施安全運行。

2 吹填區域地基沉降計算公式的選取

項目軌道梁吹填區域場地的地質詳勘調查使用的靜力觸探試驗（CPT），試驗間隔為每30m布置一個測試點位，由此可以看出地基土壤的基本分層情況和強度，基于項目情況及現有的試驗數據，選取合理的沉降計算公式來計算基礎沉降量尤為重要。

2.1 沉降計算公式分析

根據項目場地的實際條件，初步采用了Schmertmann（1978）、Meyerhof（1974）、Aashto-Lrfd（2007）、Bowles（1987）、Burland and Burbidge（1985）、Alpan Approximation、Shultze and Sherif Approximation、Oasys P-Disp等沉降計算方法進行了綜合分析對比[1]。在相同條件下對吹填區域軌道梁基礎分別經過計算及分析發現，使用Schmertmann（1978）計算出的沉降量值較高，是因為它計算的是地基土層間的累積沉降，而其他計算方法采用的土體彈性模量Es為加權平均值或計算公式中沒有包含土體的彈性模量值導致計算的沉降存在差異。

由于吹填區域內土體間的彈性模量Es值不同，且差異較大，如選擇土體的加權平均彈性模量值，將間接導致沉降量計算結果偏小，不能反映實際土體的壓縮情況，因此，最終采用適用于砂土吹填區域的Schmertmann（1978）沉降計算方法，全面考慮了地基土下部不同土體之間的彈性模量Es值，使最終的沉降值更具有代表性。

2.2 沉降計算公式選擇

該項目地基沉降分析采用Schmertmann（1978）理論及其計算方法，用于評估計算無黏性砂土上部的地基沉降量。該方法將地基下可壓縮土劃分為單獨的土層，然后對每一個土層的沉降進行累加，得出最終沉降量。由于項目初期進行過靜力觸探試驗（CPT）驗證過實際的場地條件，因此可將靜力觸探結果中的錐尖阻力值按照Robertson（2015）計算公式換算成Schmertmann（1978）中每層土體的彈性模量。

3 軌道基礎沉降設計規范的選取

阿美工程項目的標準種類繁多，源自美標卻又自成一體，既包括設計標準文件（SAES）、設計程序文件（SAEP）及材料適用規范（SAMSS），又包括設計標準圖紙，各類標準多達1352個，但是關于軌道梁變形及相關沉降標準的要求，卻沒有具體的要。因此，選取正確且適用項目的相關涉及標準對工程施工及造價成本都至關重要。該項目上部軌道設施在其運行過程中，豎向荷載導致的豎向沉降為軌道變形的影響因素。該項目中的移動式懸臂起重機最大起吊性能為30t（主鉤），下部共4組移動輪，滿載情況下，每組輪上的輪載分布約為Fz=15kN、Fx=15kN、Fy=500kN。因此，選取符合運行要求的軌道沉降標準至關重要。

3.1 軌道基礎沉降差值標準

對于軌道的相對沉降差值要求，經綜合分析，英標BS ISO 12488-1：2012及歐標EN 1993-6-2007標準均適用于該項目的設計。但是按照阿美項目標準體系要求，設計標準應選擇其中最嚴格的要求，故項目最終采用英標BS ISO 12488-1：2012標準。按照此標準，首先將軌道設施設備按設計運行總距離及用途劃分標準等級，不同等級其相對的沉降差值要求也有差異。考慮該項目的軌道運行設計年限為50年，選取等級1作為標準要求，故兩條軌道之間的不均勻沉降值應控制在10mm以下。

3.2 軌道基礎總沉降量標準

對于軌道的總沉降值要求，綜合分析軌道長度及運行時間要求后，BS EN 1993-6：2007標準適用于該項目的設計，按照此標準，其豎直方向最大沉降量應考慮為最終總沉降值，故軌道總沉降值應控制在25mm以下。將項目軌道梁區域使用Schmertmann（1978）沉降理論計算出的相關沉降值按照選取的沉降標準進行分析，保證均滿足上述規范要求，若不滿足，則需考慮其他基礎形式以控制沉降量。

4 結束語

在沙特阿美薩拉曼國際綜合港務設施項目中（MYP），對于吹填區域軌道基礎沉降的計算方法，針對項目場地形成特點，選取了合適、精確的Schmetrmann（1978）沉降計算方法，分層累計計算其最大沉降及不均勻沉降量。除此之外，項目選取了目前軌道基礎沉降通用的國際標準作為設計依據，以保證項目設計的安全性及規范性。該項目中的設計理論及參考規范適用于大部分軌道基礎沉降的設計應用，為其他阿美項目軌道設施基礎的設計工作提供了依據及方法指導。