福州港洋屿作业区9#、10#泊位驳岸地基处理方案比选分析

■黄泽宪

(福建省交通规划设计院，福州　350004)

福州港洋屿作业区9#、10#泊位驳岸地基处理方案比选分析

■黄泽宪

(福建省交通规划设计院，福州350004)

在综合分析工程地质条件的前提下，结合不同地基处理方案的作用机理，对福州港洋屿作业区9#、10#泊位驳岸砂土地基液化问题提出两个不同的方案，并对其进行技术分析和经济比选，从而确定地基处理推荐方案。

驳岸砂土液化振冲密实砂桩

1　工程概况

本工程位于规划的福州港闽江口内港区洋屿作业区9#、10#泊位处。福州港闽江口内港区洋屿作业区位于闽江南岸下游，马尾至高安段、台泥码头与大屿岛之间岸段，与福州港青州作业区隔江相望，地理坐标为东经119°29′30″，北纬26°00′20″范围内。

拟建的福州港闽江口内港区洋屿作业区9#、10#泊位项目为2个万吨级杂货泊位，总平面采用离岸式布置，通过栈桥与驳岸、陆域衔接。为满足陆域吹填砂闭合区域的边界要求，需预先设置维护建筑，包括西侧驳岸、北侧驳岸和东侧驳岸，陆域南侧直接和台泥码头陆域连接，不需要设置驳岸。驳岸结构等级为Ⅱ级。

2　工程地质

拟建场地位于闽江下游南岸，处于陆域向水域过渡地带，地势总体上东高西低，陆域形成区地势相对较平缓，位于闽江潮间带。场地上部土层以海相沉积物及陆相冲洪沉积物为主，基底为花岗岩。经钻孔揭露，场区内地层自上而下分别为：①素填土、②粉质粘土、③淤泥层、④-1砂混淤泥（松散～稍密）层、④-2砂混淤泥（中密）层、⑤淤泥质粘土夹砂、⑥碎石层、⑦全风化花岗岩层、⑧-1强风化花岗岩（砂土状）层、⑧-2强风化花岗岩（碎块状）层、⑨中风化花岗岩层。如图1所示。

其中④-1细砂（松散～稍密）层为液化层，其上覆盖有约5～15m厚的淤泥层。本工程采用离岸式布置，通过引桥与西侧驳岸、后方陆域相接，驳岸的稳定关系到引桥和码头的安全。因此，在驳岸地基处理方案的选择，除了需要对③淤泥层加固处理，提高其土体物理性质力学指标，保证其在正常使用状况下安全稳定，还需侧重考虑如何提高④-1砂混淤泥（松散～稍密）层的抗液化能力，保证在地震偶然状况下，不发生液化而导致驳岸失稳，危及整个水工结构的安全。

3　地基处理方案设计

砂土液化是指在地震时，松散砂土层孔隙水压力骤然上升而来不及消散，当孔隙水压力达到砂土层自身抗剪强度时，砂土层内的砂粒成为地下水中的悬浮物，成为“黏滞流体”［1］，土体处于流动状态，抗剪强度和抗剪刚度几乎为零，整个砂土层失去承载力，从而影响驳岸及整个水工结构的稳定。砂基液化是地基抗震的一个重要问题，根据以往实际工程经验，对松散砂土地基抗液化处理主要有以下几种方法：强夯法、深层爆炸法、挤密砂桩法、振冲密实法等。结合本工程实际情况，驳岸地基处理设计2个方案。第一方案：清淤、振冲密实法；第二方案：挤密砂桩法。

3.1清淤、振冲密实法

振冲密实法是指不加填料，利用振动加固砂基，提高抗液化能力的方法。振冲器沉至孔底并经过孔底留振、振动上拔和分段留振等过程，依靠振冲器的强力振动，给砂土地基施加预震，使饱和砂土层发生液化，周围砂在径向的一定范围内出现瞬间的结构破坏，抗剪强度降低；同时，在上覆荷重和振动作用下，砂土颗粒重新排列并承受振挤作用，孔隙减小，相对密度显著增加；随着时间的增长，超孔隙水压力消散，土体结构逐渐恢复并得到强化，从而提高松散砂土的的地基承载力和抗液化能力，达到使砂基密实的功效。

该方案首先将表层淤泥全部清除，再用起重船吊振冲器对④-1砂混淤泥（松散—稍密）层进行振冲密实处理，然后再回填10～300kg块石形成抛石基础，抛石基础前回填海砂反压，提高驳岸的整体稳定性。基床上设顶宽1m的浆砌块石挡土墙，墙后是顶宽7m的10～300kg回填块石堤身，后方设土工布倒滤层与陆域吹填海砂隔开。振冲范围扩展至抛石基础外1倍的基床厚度，振冲深度需穿透整个④-1砂混淤泥（松散～稍密）层。结构断面如图2所示。

3.2挤密砂桩法

挤密砂桩在振动成孔过程中，将中粗砂挤入松散的饱和砂土中，使得桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，以增大其密实性，降低孔隙率，使地基承载力得以提高；桩孔内充填中粗砂等反滤性好的粗颗料粒，在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，加快地基排水固结；在成桩过程中，振动锤强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，提高砂土的抗液化能力［2］。

该方案堤身结构与方案一基本相同，驳岸外侧为顶宽1m的浆砌块石挡土墙，墙后是顶宽7m的10～300kg回填块石堤身，设土工布倒滤层与陆域吹填海砂隔开，堤外侧压载宽度为17～25m。地基处理选用施打Φ400挤密砂桩，桩位正方形布置，间距1200mm，面积置换率8.7%，砂桩需穿透④-2砂混淤泥（中密）层，基础外缘扩展宽度大于可液化土层厚度的1/2，且不小于5.0m。结构断面如图3所示。

4　设计方案比选

4.1技术方案比选

方案一：在验算抗滑稳定时，振冲后的④-1砂混淤泥（中密）层内摩擦角取φ=28°，经计算，驳岸整体稳定满足要求，安全稳定系数γR=1.22。工程所在地石材极度便宜，驳岸结构选择清除软弱土层，用石料换填形成抛石基础的方法具有先决条件，并且，振冲密实法处理可液化砂基具有施工快速、操作简单，施工质量容易控制，成本较低的优势。但是，该方案开挖工程量较大，抛淤较难，回填工程量较大；振冲密实法理论研究目前尚处于初始阶段，具体实施方案主要依靠实际工程经验和现场试验。

方案二：在验算抗滑稳定时，复合土层的土体指标按《港口工程地基规范》（JTS147-1-210）第8.6.1条计算，计算结果Csp=9.4，Φsp=14.7°，经验算，驳岸整体稳定满足要求，安全稳定系数γR=1.25。该方案综合考虑③淤泥层的排水固结及④-1砂混淤泥（松散—稍密）层的地震抗液化能力的提高，是“一举两得”的办法。挤密砂桩法对起始应力条件、土体本构特征、动荷条件、排水条件要求较高，不易达到预期的挤密效果；施工质量不易控制，在成桩过程中容易发生“缩颈”使填料下落困难，甚至发生柱体断续出现断桩现象［3］。

对两个技术方案进行分析比选，结果见表1。

表1　　技术方案比选

4.2经济方案比选

驳岸地基处理方案的选择在很大程度上取决于工程造价的高低，投资费用以沿海港口水工建筑工程相关定额及编制规定为依据，材料价格选用工程所在地近期单价，根据不同方案的主要工程量，得出不同地基处理方案的主要工程费用如表2所示。

对以上数据进行比较，可以得出：在同时满足驳岸整体稳定的前提下，方案一比方案二的主要工程费用减少了348.0万元，同比费用下降幅度达11.7%。

4.3方案综合比选

表2　主要工程费用计算

通过对两个地基处理设计方案及工程造价进行综合分析，得出了以下结论：

（1）两个方案安全稳定系数均能满足要求。

（2）方案一施工方便、操作简单，处理效果好，质量容易控制，成本低，施工后易于补救；方案二是处理液化砂土层上覆盖有软弱土层的良好办法，但质量控制困难，不易达到挤密效果，处理后发生液化的可能性大，且不易补救。

（3）第一方案虽然清淤、弃淤量大，但是选用块石回填，充分利用了当地丰富的石料资源；第二方案不需要开挖，石料用量少，但是水上施打挤密砂桩工程费用高，因此，工程造价高于第一方案。

综上，根据两个方案的技术特点，结合工程所在地的实际情况，经过经济比选，将清淤、振冲密实方案作为推荐方案。

5　结语

饱和砂土地基的液化问题是工程的一个重要问题，抗液化处理必须以消散孔隙水压力、增强砂土抗剪强度为出发点。福州港洋屿作业区9#、10#泊位根据工程地质条件，结合当地的实际情况，对清淤、振冲密实方案和挤密砂桩方案进行全面、系统的技术分析和经济比选，最终选定技术可行、投资节省的最优方案，取得了良好的经济效益。

［1］郝勇，俸锦福，赵小波.砂土液化的机理及影响因素探讨［J］.中国水运，2009（7）：261-263.

［2］陈一统.可液化砂土和软土地基处理方案研究［J］.科技资讯，2007（18）：49-51.

［3］刘丽娟，裴俊杰，吴永根.振冲加固地基存在的问题探讨［J］.科技情报开发与经济，2000（1）：45.

［4］叶书麟.地基处理工程实例应用手册［M］.中国建筑工业出版社，1998.

［5］乜树强，高洪斌.振冲法在液化砂土地基处理中的应用［J］.水运工程，2010（11）：129-132.