洋山深水港区一期岩土工程
- 格式：docx
- 大小：41.31 KB
- 文档页数：6
洋山深水港区一期岩土工程
钮建定;胡振明;陈智勇
【摘 要】上海国际航运中心洋山深水港区一期工程位于外海,为典型的远岸工程.介绍码头区域桩基工程和陆域形成区域地基处理方面的主要岩土工程问题.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2008(000)010
【总页数】5页(P165-169)
【关键词】钢管桩;嵌岩桩;地基处理
【作 者】钮建定;胡振明;陈智勇
【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032
【正文语种】中 文
【中图分类】U655.54
上海国际航运中心洋山深水港区位于浙江省嵊泗县崎岖列岛海域，是以上海市为依托，以整个长江三角洲为腹地，具有良好水深条件（-15.0 m）的天然港。按规划港区范围含大、小洋山南北两支岛链岸线，目前开展的仅涉及北支小洋山岛链部分岸线。
一期工程港区位于小洋山岛和镬盖塘岛之间，近东侧拟建码头前沿分布有鸡粪礁浅埋基岩。岸线长度1 600 m，拟建5个7万～10万DWT大型集装箱远洋泊位，设计年吞吐量为220万TEU。港区陆域面积约153万m2，总回填量约2 500万m3。工程于2002年6月26日正式开工建设，2005年12月10日正式开港使用。2006年8月已通过交通部组织的国家验收。
场地基岩自陆向海域由原始地表至-80.0 m（小洋山理论最低潮面，下同）有规律起伏，基岩为燕山早期花岗岩（γ52（3）），风化带厚度不大，上覆早中更新世陆相堆积，有杂色砂砾石混黏性土、黏性土混砂砾和杂色黏性土等，岩相、厚度与基岩埋深有规律的变化。一般在高程-50.0 m以上与上海地层大致相似，唯受基底起伏及周围堆积物差异性影响，使土层颗粒组成较粗，在黏性土中含砂砾，近现代堆积以灰黄色为主，粉性较重，厚度偏大。详见表1。
一期码头岸线长达1 600 m，各区段岩土层的地层结构相差较大（图1），大致可分为3个区段：第1区段为鸡粪礁西北区段即西部980 m，Ⅴ层顶板高程一般为-40.6～-59.3 m，埋藏适中，分布稳定，是该区段拟建码头打入桩的理想桩基持力层，现采用φ1 200 mm的钢管桩基础。第2区段为鸡粪礁区域即中部偏东段240 m，在该区段，基岩埋藏较浅，甚至直接出露海底，顶板高程-22.0～-30.0
m，其两侧区域基岩顶板埋深渐深，为-32.0～-50.0 m，一般采用钻孔灌注嵌岩桩基础型式，以Ⅵ2花岗岩中等-微风化层作为该区段拟建码头的桩基持力层，现采用φ2 200 mm钻孔灌注嵌岩桩。第3区段为鸡粪礁东南区即东段380 m，在该区段，Ⅴ层顶板高程一般为-37.5～-55.3 m，埋藏适中，分布稳定，是该区段拟建码头打入桩的理想桩基持力层；该区段近鸡粪礁侧区域基岩顶板埋深相对较浅，高程一般为-50.0～-60.0 m。现采用φ1 200 mm的钢管桩基础，以Ⅴ层或花岗岩强风化层上部为桩基持力层。
2.1 打入桩
考虑到钢管桩材质均匀、强度高、抗弯能力大、施工方便和质量易保证，能适应水深-15.5～-20.0 m，水流流速2.3 m/s与波浪共同作用下的各种受力工况,本工程打入桩均采用钢管桩。洋山深水港区一期工程码头使用荷载大，基桩数量多，为确定合适的桩长和沉桩工艺参数，特进行了4根基桩的单桩竖向抗压静载试验和2个基桩的单桩水平静载试验[1]。各试验桩要素见表2。
典型的试桩Q－S曲线见图2。
根据桩身应力、应变和桩底反力测定结果，得出各地基土层的分层摩阻力和端阻力值，详见表3。从试桩结果可以看出，各地基土层的桩基设计参数与岩土工程勘察报告推荐的参数总体上相差不多。其中浅部土层实测值高于岩土工程勘察报告推荐值的原因可能是由于浅部桩土的相对位移量较大。桩侧摩阻力是靠桩土相对位移产生的，桩土相对位移的大小是反映桩侧、桩端土阻力是否充分发挥的一个重要信息，对各种不同的地基土层，在一定相对位移范围内，发挥的桩侧摩阻力与其呈正相关。对桩身质量完好的基桩，桩顶沉降量主要由桩身的弹性压缩量、塑性压缩量和桩端位移量三部分组成。如AS-1试桩在极限荷载作用下浅部软黏性土底部（即-27.5
m处）桩土相对位移约42.4 mm，而桩尖位置（即-51.0 m处）桩土的相对位移约32.3 mm。而实测桩端极限阻力标准值偏小的原因是桩承载力的发挥一般是先桩侧后桩端的规律，此外，钢管桩的桩端闭塞效应较小，且φ400桩尖与φ600的闭塞效应无明显差异。
根据AS-1、AS-2试桩的水平静载试验可知，最大弯矩位于泥面下1.0～2.0 m，第一弯矩零点在泥面下10～13 m，大约位于Q3硬土层的上部位置。
2.2 嵌岩桩
根据岩土工程勘察报告，花岗岩中等-微风化层的饱和单轴抗压强度约77.3～108.0 MPa，远高于设计拟采用的钻孔灌注嵌岩桩混凝土强度等级C30（轴心抗压强度标准值20.1 MPa），故钻孔灌注嵌岩桩的承载力主要由桩身混凝土强度等级和桩底端应力扩散范围内基底岩体的稳定性控制。通过勘察确保桩端三倍桩径范围内无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和岩体临空面存在，不考虑侧阻和嵌岩阻力等因素。对于嵌岩桩的嵌岩深度,通过单桩水平静载试验，并按有关规范要求不小于1.5倍嵌岩段桩径,确定为3.5 m[2]。所有钻孔灌注嵌岩桩均采用声波透射法检测桩身混凝土完整性，判定桩身缺陷程度并确定其位置[3]。声波透射法检测结果为I类桩占90.4%，II类桩占9.6%。
同时选取3根基桩采用钻芯法检测灌注嵌岩桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土性状[3]。钻芯法采取的混凝土样绝大部分连续、完整，表面比较光滑，胶结良好，骨料分布均匀或基本均匀，芯样侧面见少量气孔，局部见蜂窝麻面和很少量的沟槽，桩端持力层为灰白色花岗岩微风化层，岩芯坚硬，裂隙不发育，混凝土与持力层接触良好。根据109P灌注嵌岩桩芯样试件抗压强度试验可知（表4），该桩的混凝土芯样试件抗压强度代表值为40.5 MPa，大于桩身混凝土设计强度C30。
为解决施工期钢套管筒的稳定问题，在基岩面埋藏深度较浅的区域采用人造基床，即在该区域分层抛填袋装碎石、袋装砂，并以袋装碎石压顶，经计算，人造基床抛填厚度需7.0 m，钢套管沉放后，在风、浪、流作用下能自身稳定。
根据总平面布置，一期工程陆域一部分座落在岛礁上，另一部分则在海域。港区设计高程为+ 7.3 m，陆域形成设计高程为+6.6 m。该区域原泥面高程一般+2.0～-20.0 m，靠近镬盖塘鸡粪礁的冲刷沟附近最深，泥面高程达-39.5 m，地层结构详见陆域形成区域东西向工程地质示意剖面图（图3）。回填方量高达2 479万m3，（其中包括2 335万m3的吹填砂，144万m3开山石，且未计沉降、流失量）。经过比选，最终采用吹填砂方案，-5.0 m以下采用抛填工艺，-5.0～+6.5 m采用吹填工艺。并采用分区分层吹填，保证下部软黏性土地基中的超孔隙水压力有足够时间消散、软黏性土的强度满足上部荷载要求，同时保证围堰的稳定。
3.1 陆域形成区域的地基加固处理
本工程的陆域形成完全通过在开敞式海域筑封闭式围堤，再吹砂或炸礁回填形成陆域。通过围海造陆形成的陆域地基极其软弱，原始地势高低起伏不平，必须统一进行地基处理以提高其强度。因此陆域地基处理工程的成败是所有陆上构筑物能否安全、优质建设的前提。
洋山深水港区一期工程陆域地基处理总面积约为125万m2，因岩土工程差异悬殊,需采用不同的地基处理方法。现采用的主要地基加固处理方法有：1）边缘区：吹填土厚度小于2.0 m，采用振动碾压加固；2）吹填土厚度为2.0～6.0 m的过渡区、抛石区及抛石隔离堤等均采用强夯法加固；3）浅层区：吹填土厚度为6.0～10.0 m，采用浅层振冲联合振动碾压加固；4）深层区：吹填土厚度大于10.0m，采用深层振冲联合振动碾压加固；5）局部地段采用砂桩加固法和塑料排水板加固法。
下面仅列举浅层振冲联合振动碾压加固和深层振冲联合振动碾压加固的部分检测结果。
浅层振冲联合振动碾压地基加固的静力触探试验和标准贯入试验的检测结果详见表5，6。深层振冲联合振动碾压地基加固的静力触探试验和标准贯入试验检测结果详见表7，8。
从上面地基处理前后的静力触探试验和标准贯入试验结果的对比中可以发现，浅层振冲联合振动碾压加固深度范围内的加固效果较好，基本满足设计要求，但加固深度似限于8.0 m；深层振冲联合振动碾压施工后深度12 m以内单桥静力触探试验的Ps值和标准贯入试验的击数提高明显，地基土的强度增长较多，但12 m以下强度增长不明显。
整个地基处理共完成平板载荷试验检测6块，累计沉降量分别为13.28～19.33
mm，回弹模量E0为49.8～57.9 MPa，均在设计要求的40～60 MPa内。现以深层振冲联合振动碾压地基加固区域的平板载荷试验结果为例（图4），按上海市工程建设规范DGJ08—11—1999《地基基础设计规范》，取最后一级荷载时的载荷板压力为地基的极限承载力，地基承载力设计值为183.3 kPa。由于尺寸效应的影响,浅层平板载荷试验的影响深度和大面积堆场的影响深度有较大差别，一般浅层平板载荷试验的影响深度要小得多，所以平板载荷试验的结果似仅可作为地基土的强度指标使用。
3.2 陆域形成区差异沉降
根据陆域形成区域（包括混凝土面层和结构物）的沉降观测资料（表9）可知，随着冲填土厚度的不同，及地基处理深度的差别，陆域形成区域的差异沉降量较大。主要地基处理深度以下冲填土和天然土层的固结沉降量差异引起，一般冲填土厚度较大和下伏软黏性土较发育的区域沉降量相对较大。主要是由于地基加固处理的深度有限（10～15 m），冲填土下部和下伏软黏性土在上部吹填土荷载作用下孔隙水压力会逐步消散，有效应力逐渐增大，从而会产生固结沉降。其次，下部软黏性土层除Ⅲ2灰黄—灰色淤泥质粉质黏土夹较多粉砂薄层外，其他土层夹砂层较少，孔隙水压力消散较慢，这些软黏性土的固结沉降和次固结沉降需要较长时间才能完成，即有滞后沉降效应。
洋山深水港区一期工程位于外海敞开海域,遇到的岩土工程问题较多，现码头和陆域形成区根据工程设计需要选择不同的基础设计方案和地基处理方法，以确保一期工程的顺利投产运营.然而存在大量岩土工程问题的，如：钻孔灌注嵌岩桩嵌岩深度的确定，桩身强度和单桩承载力的关系；对深厚黏性土的沉降和差异沉降的控制与预测；堆场中基底起伏悬殊地段，地基处理方法的选择和差异沉降的推测等。
[1] JTJ 254—1998,港口工程桩基规范[S].
[2] JTJ 258—2000,港口工程嵌岩桩设计与施工规程[S].
[3] JGJ 106—2003,建筑基桩检测技术规范[S].
