淤泥软土地区高桩码头岸坡加固技术对比分析

王丽芳，杨艳静，马 瑞

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

在软土地基上修建结构时，如果不进行地基处理，则可能会发生过量沉降或失稳等现象，最终导致结构不能正常使用或破坏。为了使结构能够具备承载力和稳定性，使其功能得到正常发挥，必须进行地基加固处理。

港口工程的地基加固主要解决以下问题：1）强度及稳定性，即通过地基加固，提高地基土的强度，不致由于地基土的抗剪强度不足引起建筑物基础失稳，发生局部或整体的剪切破坏。2）沉降及变形：由于软粘土的孔隙率大或松砂密实度小，在荷载作用下引起地基沉降和侧向变形，过大的沉降影响上部建筑物的使用，而且沉降越大引起的不均匀沉降也越大，导致结构开裂甚至破坏；其侧向变形将对临近建筑物产生侧向推力，如对于高桩码头岸坡变形会引起桩基位移、开裂甚至破坏等。3）防止液化，即由于地震或机械震动等动力荷载引起的砂土液化或饱和软粘土孔隙压力增大引起的失稳。以上几类问题或单独存在或几种并存[2]。

天津地处淤泥质海岸地区，由于工程地质的独特性和复杂性，土质相对较软，尤其表层土体以淤泥、淤泥质土为主。在该地区码头结构设计中，开挖后的岸坡安全稳定性是设计工作中的重要一环。在采用原状土质参数的情况下，如果岸坡整体稳定结果不满足规范要求的最小抗力分项系数，则需对岸坡处进行土体加固。目前高桩码头接岸结构常用的地基加固措施主要包括置换法、排水固结法、强夯法、振冲加固法和深层搅拌法等，需结合工程实际情况选取经济合理的地基处理方式[1]。

本文拟通过天津地区某高桩码头工程的具体实例，对码头岸坡不同加固技术进行深入研究和对比分析，以确定适用于淤泥软土地区的最佳岸坡加固方案。

1 工程概况

1.1 工程位置及地质条件

工程位于天津某港区西南侧支持系统泊位区，项目拟建设1 座水上公共消防站码头。码头设计年限为50 年。

工程所在处淤泥质土土质较软、强度低、厚度大，具有触变性、高压缩性；粉细砂为持力层，层顶深度为20.30～30.60 m，揭露厚度为4.80～21.70 m，层顶标高为-33.01～-17.30 m。接岸钻孔区域呈中密-密实状，码头和引桥钻孔区域呈密实状[3]。

1.2 平面布置

码头结构采用高桩梁板结构，主要包括码头桩台、东侧引桥、西侧引桥和接岸结构四部分[4]。码头桩台长度为110 m，宽度为15 m，顶面高程为5.6 m；前沿设计底高程为-5.3 m；码头通过东、西引桥与后方陆域相连，东、西引桥长度为34.9 m，宽为9 m，海侧顶面高程为5.6 m，陆侧顶面高程为6.0 m，在与码头连接处内侧设置6 m×6.83 m 的切角以满足车辆的通行要求[5]，见图1。

图1 码头平面布置示意图

1.3 码头结构

码头桩台采用预制装配式结构，上部结构与桩基之间通过桩帽相连，基桩采用650 mm×650 mm的预制预应力混凝土空心方桩，排架间距为7.0 m，排架内桩距5.5 m，桩底高程位于-28.0～-34.0 m；上部结构为预制预应力混凝土横梁、纵梁、面板和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后均采用现浇钢筋混凝土接头将其连接成整体，组成整体连续结构[6]。

引桥为单向预制装配结构，切角处引桥宽度为9～15 m，上部结构与桩基之间通过桩帽相连。受泥面高程和施工水位影响，打入式桩基施工困难，故基桩采用直径Φ800 mm 的灌注桩，排架间距为5.7 m，排架内桩距6 m，桩底高程为-27.0～-32.0 m[7]。上部结构采用梁板结构，为预制预应力混凝土横梁和单向连续面板，各构件安装好后均采用现浇钢筋混凝土接头将其连接成整体，引桥与接岸结构之间通过预制混凝土渡板相连，见图2。

图2 码头结构断面示意图

1.4 接岸结构

码头接岸结构位于已建防波堤加高工程处，陆域是在防波堤后吹填形成，防波堤作为现有护岸，现状护岸顶高程约4.0～5.0 m。根据已有资料显示原有防波堤及防波堤加高工程堤身下部均未设置排水设施，而现状接岸结构及陆侧顶面高程又不能满足使用期要求，需要进行加高，为此需要对接岸结构岸坡进行加固，对加高工程堤身进行修整。

引桥处拆除原围埝膜袋混凝土护面、局部开挖整理原围埝后设置接岸挡墙，挡墙及陆域顶面高程加高至6.0 m，挡墙下设碎石基床。挡墙海侧设块石，二片石垫层，浆砌块石等结构；挡墙陆侧进行部分开挖，在挡墙后设抛石棱体、倒滤层结构并回填山皮土。

非引桥接岸处拆除原围埝膜袋混凝土护面整平后在围埝顶部设置混凝土路缘石，围埝后陆域高程加高至6.0 m。路缘石海侧和陆侧其他结构设置和引桥处基本一致，以便在接岸长度范围良好衔接。

2 岸坡加固技术研究

接岸结构采用重力式挡墙结构，由于开挖后的岸坡稳定不能满足稳定要求，因此需对接岸结构岸坡进行局部加固处理，保证岸坡及码头结构的安全稳定。

根据工程的地质情况、施工条件、施工工期等因素，对塑料排水板、水泥搅拌桩、钢管排桩等三种加固技术进行深入研究。

2.1 塑料排水板加固技术

塑料排水板法的加固原理是：根据塑料排水板具有良好透水性的特点，利用插板机械在孔隙比大、含水量大、压缩性较高且深厚的软土地基中进行插设，从而形成竖向排水通道，使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结同时提高地基强度。此方法是处理软土地基的有效方法之一，可以同时解决以下两个问题：1）稳定问题：由于加速了土体固结，可以提高地基的承载能力和整体稳定性；2）沉降问题：由于排水板加固一般先期会进行加载预压，可以在加载预压期间完成部分沉降，使得使用期发生的沉降大幅减少。

2.2 水泥搅拌桩加固技术

深层水泥搅拌桩法作为一种原位加固法，能最大限度地利用原状土的承载力及其它力学性能。其施工工艺是通过深层搅拌机等特制的机械，沿地基深度方向将软土与水泥类固化剂进行强制搅拌，使水泥与土体发生一系列物理一化学反应，就地形成具有一定整体性和强度的水泥土加固体，从而提高整个地基稳定性，增大变形模量和减小变形沉降的效果[8]。

根据工程接岸结构特点，为了保证接岸结构施工和使用期岸坡稳定要求，采用在接岸结构海侧打设水泥搅拌桩的岸坡加固措施，处理范围长约125 m，宽4.7 m，桩底高程至-16.0 m。根据天津地区水泥搅拌桩用于岸坡加固的经验，为保证工程质量，拟采用三轴水泥搅拌桩，水泥搅拌桩固化剂采用强度等级42.5 的硅酸盐水泥，水泥掺量建议不小于14 %，单桩直径650 mm，桩距450 mm。

2.3 钢管排桩加固技术

在水泥搅拌桩加固方案的基础上，考虑到工程施工工期较紧张，水泥搅拌桩试验不能再次进行和岸坡加固工序尽可能在进入冬季之前完成的特点，经与施工方进行沟通，又提出了采用钢管排桩进行岸坡加固的新型方案。

为保证工期和质量，施工采用成品螺旋焊钢管，规格直径Φ820 mm×18 mm，相邻两根桩净距100 mm，顶高程-0.38 m，底高程-33.0 m；在钢管排桩打设完成后进行水下浇筑钢筋混凝土帽梁，帽梁宽1.62 m，高度1.2 m，钢管排桩及帽梁施工完毕后采用原状或其他填料恢复，保证施工和使用期岸坡稳定，见图3。

图3 钢管排桩方案示意图

3 对比分析及工程应用

3.1 不同加固技术对比分析

如何在淤泥质软土层较厚的地质条件下，在有限的工期内对码头岸坡进行加固，保证岸坡稳定安全，是工程的特点及难点。

上述三种技术中，打设塑料排水板相对来说具有价格优势，但如达到一定的固结效果所需的施工时间较长；水泥搅拌桩加固技术的优点是作为成熟设计及施工工艺，有着多年实际应用经验，工程积累丰富，造价较低。缺点是由于需要室内试验和现场试验相结合后共同制定施工工艺参数，对施工方的技术要求较高，需要相关的水泥搅拌桩施工经验。且水泥搅拌桩至少需要成桩28 d 后进行桩身强度检验，才能判定搅拌桩质量，施工工期较长。如第一次试验不成功，则需调整施工工艺参数，再次检验后判定质量情况，施工工期将会更长。

钢管排桩加固技术对施工要求较低，在选取合适的打桩设备和合理工序的条件下，排桩打设速度快，成桩效果明显。水下浇筑混凝土的工程量也相对较小。但缺点是由于钢管排桩的计算模式与无锚板桩结构类似，造成排桩打设长度较水泥搅拌桩长，费用相对偏高。三种加固技术的对比分析总结如表1。

表1 不同加固技术对比分析表

3.2 工程应用及实施效果

根据依托工程特点，综合工艺复杂程度、试验情况、工程费用等因素，并主要考虑施工工期要求，岸坡加固设计方案最终采用钢管排桩设计方案，此方案的实施在天津地区尚属首次。工程施工时仅用时45 d 即完成岸坡加固的施工内容，大幅缩短了整体项目的施工工期。施工过程中整体情况良好，各项检测均达到设计标准，岸坡稳定监测数据无异常。目前该工程已通过竣工验收并交付业主使用，使用情况良好。

4 结语

本文结合天津地区某高桩码头工程对几种岸坡加固技术进行深入研究和方案设计，探讨了基于近海淤泥质岸坡特点下进行岸坡加固处理的几种有效方法，并根据依托工程的实际情况，对比分析了各项技术的不同特点，最终确定了适用于淤泥软土地区的岸坡加固方案。目前该工程已通过竣工验收并交付业主使用，使用情况良好。该工程采用的钢管排桩岸坡加固方案，为该技术在天津地区岸坡加固中的首次应用，本文的相关设计方法可为同类工程设计提供一定的借鉴。