福州港福清市壁頭村5噸位集裝箱碼頭沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.港區(qū)陸域規(guī)模福州港福清江陰開發(fā)區(qū)5級集裝箱碼頭位于福清市江陰市壁頭村。該碼頭位于五年貨物碼頭之一。年設(shè)計通過能力箱18萬噸、貨物15萬噸的采購。泊位總長375米,為重力式沉箱結(jié)構(gòu),港區(qū)陸域縱深1500m,寬320m。其中前方陸域由碼頭前沿岸壁和東西駁岸圍成,陸域回填砂,東西駁岸為拋石堤結(jié)構(gòu)。2.(1)施工水位、水位設(shè)計高水位:7.45m、設(shè)計低水位:0.69m、極端高水位:8.58m、極端低水位:-0.51m,施工水位:2.65m。(高程基準為理論深度基準面)(2)h3.5米在設(shè)計高水位時,港區(qū)五十年一遇ESE向H1%=4.98米,T=6.5秒,L=65.15米;SW向H1%=3.70米,T=5.47秒,L=45.11米。(3)持力層c根據(jù)地質(zhì)鉆探所揭示的本工程的東西駁岸地基土層自上而下分為5層:①淤泥:厚度3～12米,含水量為55.8～81.1%、C=1.2～2.4Kpa、Φ=0.7～3.6°、允許承載力48Kpa,為駁岸地基主要軟弱土層。②淤泥混砂:厚度1～8.2米,以上兩層屬駁岸地基加固的對象和難點。③中砂混淤泥:厚度0.4～10米,土層埋深較深,經(jīng)計算分析,設(shè)計確定本層作為駁岸拋石體的持力層。④中砂及粘性土層:其物理力學(xué)性能較好,埋深較深,不需處理。⑤風(fēng)化巖。3.爆后拋石堤本碼頭港區(qū)前方陸域由碼頭岸壁及東西駁岸圍成后吹填中粗砂形成。東西駁岸根據(jù)地質(zhì)情況,經(jīng)多方案論證比較后,確定采用爆破擠淤法形成拋石堤,拋石堤座底至中砂混淤泥層。東側(cè)駁岸長450米,拋石堤頂寬8米,駁岸護面上部為丁砌條石及扭王塊,下部采用大塊石護面。西側(cè)駁岸長475米,拋石堤頂寬5米,駁岸護面采用大塊石。駁岸設(shè)計標(biāo)準橫斷面詳見附圖。爆破擠淤法的基本原理是在拋石體外緣一定距離和深度的淤泥中埋設(shè)群藥包,通過控制爆破的手段,起爆瞬間產(chǎn)生強動載荷,其中包括沖擊波和爆炸產(chǎn)物膨脹引起的壓力將淤泥排開。石體在自重作用下隨即坍塌充填排開淤泥所形成的空腔,形成達到下臥硬土層面的“石舌”,起到置換淤泥的效果。由于“石舌”厚度不大,其上雖有不同程度的回淤,但是這種經(jīng)過擾動的淤泥,含水量大(含水量可達到100～200%),強度很低,繼續(xù)在爆后堤頭拋石將“石舌”上部爆后回淤的浮泥擠走形成新的堤頭,再進行下循環(huán)裝藥放炮,經(jīng)過多次拋石和爆破循環(huán),形成完整的落底拋填體,可達到最終置換的要求。在拋石堤設(shè)計過程中為保證堤身穩(wěn)定及控制整體沉降量,設(shè)計參數(shù)的選定至關(guān)重要。通過對爆后拋石堤堤身及以下的地質(zhì)狀況分析可分為:拋石層、泥石混合層、殘留淤泥層及持力層。爆后拋石層狀況又可分為:泥上石層、泥下不含泥石層、泥下含泥石層,在設(shè)計過程中考慮含泥石層占泥下石層厚度的30%,其中含泥量約為爆炸總排泥量的10%。泥石混合層中,混合層厚度占自然淤泥厚度的20%,其含泥量占爆炸總排泥量的15%左右。殘留淤泥層在施工中應(yīng)盡量避免存在,設(shè)計中考慮厚度取值為自然泥厚的10%。根據(jù)現(xiàn)有水工設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的堤身整體穩(wěn)定性驗算方法,通過對地質(zhì)狀況的分析確定的主要設(shè)計參數(shù)是:①爆后拋石體底部深度(H為使爆炸排淤后石堤落底石體寬度和高程及斷面尺寸達到設(shè)計要求,施工步驟是:第一步,堤頭爆炸處理。藥包布置在堤頭泥下,根據(jù)“爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程”規(guī)定爆破擠淤排石一次推進距離及填石厚度、淤泥重度、覆蓋水深等條件確定爆炸藥量。經(jīng)堤頭爆炸-拋填-爆炸循環(huán)進尺后,形成穩(wěn)定的施工堤身。在實際施工工藝中采取每向前推進7米進行爆填處理后,再向前推進。采用陸上布藥機布藥,一般為水上聯(lián)線,遇上大風(fēng)浪則采用岸上聯(lián)線方法。陸上布藥機為經(jīng)過改裝的鉤機配一個布藥筒裝置。為達到陸上布藥的方便,布藥前堤頭作適當(dāng)降標(biāo)高處理,布藥后再堆高。爆破設(shè)計參數(shù)見下表:爆填工藝流程:第二步,側(cè)向爆炸處理。當(dāng)?shù)躺磉M尺到一定長度后(超過100米),在堤兩側(cè)的泥下布藥,進行側(cè)向爆填處理。一次處理長度40～60米,經(jīng)側(cè)向處理后達到設(shè)計要求的斷面寬度。第三步,理坡及堤頂加高到設(shè)計高程。江陰碼頭東駁岸施工于2000年7月31日開始,2000年12月29日完成,歷時5個月,西駁岸施工于2000年11月24日開始,2001年5月9日完成,也歷時5個月。經(jīng)物探和鉆孔檢驗,施工后的斷面達到設(shè)計斷面要求。目前駁岸整體穩(wěn)定,堤上擱置了數(shù)個碼頭岸壁的預(yù)制沉箱(重達500噸/個),且經(jīng)歷了2001年2號臺風(fēng)“飛燕”的考驗,施工期未出現(xiàn)滑移,基本達到設(shè)計要求。4.爆后拋石堤結(jié)構(gòu)測量目前,交通部“港口工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(JTJ221-98)”和“爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程(JTJ/T258-98)”對爆炸排淤填石分項工程的劃分和質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準沒有明確規(guī)定?？够€(wěn)定性與允許沉降量是基礎(chǔ)工程質(zhì)量的兩項根本要求,采用爆炸擠淤法同樣也必須遵照這兩項要求進行檢測與驗收。爆炸法處理水下軟基是一種多循環(huán)處理方法,因此對前循環(huán)的工程質(zhì)量進行施工期檢測,根據(jù)驗測結(jié)果及時調(diào)整爆炸參數(shù),使施工方案滿足設(shè)計要求,這些對于保證工程質(zhì)量是必要的。施工期工程質(zhì)量檢測的主要方法和內(nèi)容為:(1)對堤頭石料質(zhì)量、級配、含泥是否符合設(shè)計要求進行實時監(jiān)控。(2)對爆前堤心頂面高程、寬度、每炮進尺、埋藥進入淤泥層深度、間距,單藥包重量,每炮用藥量等爆炸參數(shù)進行監(jiān)控。施工中對爆填各項參數(shù)允許偏差具體規(guī)定為:①線藥量、單藥包量(Q)<±5%;②藥包平面位置<±0.3米;③藥包埋深<±0.3米;④循環(huán)長度<±1.0米。(3)設(shè)置觀測點,進行位移、沉降監(jiān)測。從堤根到堤頭每隔100米設(shè)沉降、位移觀測點。要求在施工過程中石堤不得出現(xiàn)滑移,后期沉降量不超過100毫米。(4)當(dāng)?shù)填^爆炸進尺達到一定長度后及兩側(cè)爆填后堤身形成全斷面和有效寬度后及時對橫斷面尺寸進行測量,要求爆炸填石置換后斷面平均輪廓線不小于設(shè)計斷面。對達不到設(shè)計要求的斷面及時處理,補拋,為保證堤身穩(wěn)定,尤其要對斷面兩側(cè)平臺寬度進行控制。目前對爆后拋石體的落底檢測,及對整個拋石擠淤置換淤泥的效果的總體評價可采取以下三種方法:(5)體積平衡法:由于在整個爆填過程中駁岸不同地段淤泥厚度不同,設(shè)計斷面大小不一,因此必須分段采用體積平衡法控制施工質(zhì)量即拋石施工期間,地磅建立前采用計車數(shù)、地磅建立后稱量,得出每一段拋石堤范圍內(nèi)的拋石量,然后現(xiàn)場進行該段的斷面測量(頂、邊),采用體積平衡法推算出拋石堤的落底標(biāo)高,再與設(shè)計斷面的落底標(biāo)高進行比較,根據(jù)實拋方量及設(shè)計斷面計算方量應(yīng)基本平衡來進行參數(shù)調(diào)整,在實際施工過程中,東駁岸選擇二次、西駁岸選擇三次進行體積平衡法落底檢測,檢測長度選取二個爆炸擠淤循環(huán)長度,逐段計算爆炸進尺量與測算置換范圍及拋石底部深度。(6)鉆孔取樣法:通過對地身鉆孔取樣檢驗可獲得如下數(shù)據(jù):①拋石層底部高程;②拋石層下,泥、石混合體的厚度,容重、含水量以及泥、石比例;③混合體與持力層間是否夾有淤泥層以及取樣作淤泥土力學(xué)指標(biāo)試驗;④爆后持力層高程及土力學(xué)指標(biāo);⑤利用鉆孔作十字板、靜壓Ps值等參數(shù)檢測。在拋石體上鉆孔,并取得下界面的準確數(shù)據(jù),其難度是比較大的。鉆孔檢驗中必須做到:在達到預(yù)計拋石層底面2-3米前,只能采用回轉(zhuǎn)鉆進;在接近預(yù)計拋石底面1米左右時,要求每十分鐘記錄一次鉆進壓力、時間、鉆進量以及手感、聲響等,并及時作出判斷。鉆孔檢測的位置可選在原駁岸地質(zhì)鉆孔位置,使其具有可比性。(7)物探檢測法(又稱淺層地震反射波法):由于拋填石層與持力層的接觸界面存在明顯的密度與波阻抗的差異,這些物理差異性給物探檢測提供了物理依據(jù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。利用物探手段可以基本摸清駁岸的橫斷面和縱斷面堤心石落底情況,了解堤心石界面寬度和堤縱向堤心石落底的起伏變化情況。體積平衡法、鉆孔取樣法和物探檢測法相結(jié)合是檢驗堤身工程質(zhì)量的主要手段。體積平衡法簡單明了,可從宏觀上及時控制置換總量,隨時加以調(diào)整拋石量和爆炸參數(shù);鉆孔取樣法可準確檢測出爆炸擠淤的落底高程但由于檢測費用較高,不能反映落底寬度情況,因此可用作抽查手段并與物探檢測法結(jié)合進行,經(jīng)過物探和鉆探的結(jié)合基本可以客觀反映爆炸擠淤填石置換淤泥界面的工程質(zhì)量情況,對整個工程效果加以評價。為保證施工質(zhì)量,在本工程施工過程中,確定了30米長的試驗段,其每炮的循環(huán)長度嚴格控制在7±0.5米內(nèi),并進行每炮爆前爆后的檢測,通過體積平衡法進行參數(shù)調(diào)整,試驗段的線藥量為45kg/m,在此后的各段施工中結(jié)合地質(zhì)情況確定各項參數(shù)。還要求將所處理段的地質(zhì)情況繪制縱剖面,并進行分析,確定一定范圍內(nèi)的爆破參數(shù),以指導(dǎo)施工,并對每一炮的施工進行詳細記錄,能夠反映出每一炮的布藥量、藥包間距、藥包埋深、起爆水位、覆蓋水深等數(shù)據(jù)。驗收標(biāo)準中對泥面以上駁岸斷面尺寸可按“港口工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準”進行驗收。泥面以下置換軟基的空間范圍及置換的平面范圍和深度是評定爆炸擠淤施工質(zhì)量的最主要指標(biāo),應(yīng)以設(shè)計為準,一般情況下不允許出現(xiàn)負偏差。同時對混合層的厚度也應(yīng)加以控制。5.爆破時震動效應(yīng)(1)爆炸擠淤對環(huán)境的影響:由于爆炸擠淤使用的炸藥主要為硝銨類炸藥,其主要成分為硝酸銨。爆炸的生成物主要為CO(2)爆炸法處理水下軟基的震動效應(yīng):如同控制爆破和礦山爆破等土巖介質(zhì)中爆炸效應(yīng)一樣,水下軟基爆炸處理,也將引起爆炸地震波。掌握爆炸震動的規(guī)律,判斷震動強度,對于保證構(gòu)筑物的安全,避免震害以及改進水下軟基爆炸的設(shè)計施工是非常重要的。爆炸法處理水下軟基的爆破震動效應(yīng)不同于土巖介質(zhì)中爆破震動效應(yīng),首先,爆炸處理,爆源是在水下或淤泥中,爆炸產(chǎn)生的地震波是在基巖、亞粘土、堆石散體、淤泥和水等這些不同性質(zhì)和密度的多層介質(zhì)中傳播,傳播情況復(fù)雜。再者,爆炸法處理軟基爆破時要考慮其震動影響的往往是在距爆源較近的陸域。爆破時震動效應(yīng),其傳播規(guī)律可用如下經(jīng)驗公式的形式表示:其中:V為震動最大速度(厘米/秒)Q為一次爆炸時的總藥量R為爆源與觀測點的距離(米)K、α為與爆炸形式和不同的環(huán)境條件得到的經(jīng)驗公式的系數(shù)。見下表:基于爆炸擠淤時震動效應(yīng)的特殊性,加強對其的監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整爆炸設(shè)計參數(shù),確保周圍重要設(shè)施和民房的安全。在實際施工過程中采取離岸邊40米范圍內(nèi)的線藥量控制為20kg/m,循環(huán)長度控制在4～5米,減小爆破對岸邊設(shè)施影響。省地震局對施工過程進行了監(jiān)測,其震動效應(yīng)在國家規(guī)定允許范圍內(nèi)。(3)本工程前方陸域系由東西駁岸和正面碼頭岸壁共同圍成,駁岸和碼頭基床存在合攏段,設(shè)計中考慮先挖基槽,堤頭爆填后,需對基槽進行二次挖泥,將堤頭擠向基槽的淤泥挖除,避免存在薄弱段。(4)對于存在軟弱土夾層的地質(zhì)情況,受中間或表面存在的硬質(zhì)土影響,爆炸擠淤難以達到置換效果,本工程東駁岸根部在淤泥層上存在中粗砂混淤泥層,設(shè)計中要求拋石前應(yīng)將其挖除,然后再進行爆破擠淤法施工。同時對于淤泥厚度超過18米的情況,置換深度較深,結(jié)構(gòu)橫斷面龐大,爆炸擠淤后存在的殘留淤泥層加厚,應(yīng)與其他地基處理方法進行技術(shù)經(jīng)濟比較后擇優(yōu)選用。6.施工技術(shù)及施工設(shè)備通過爆炸擠淤法在江陰碼頭的駁岸上設(shè)計施工上的應(yīng)用分析,在海上筑堤工程中,爆炸處理法與現(xiàn)行軟基處理法相比有如下優(yōu)點:(1)斷面設(shè)計寬度為常規(guī)軟基處理方法的1/3左右。(2)由于爆炸振動的密實作用以及側(cè)向淤泥的反壓,改善了堤身穩(wěn)定性。(3)與全清淤法相比,