（交通运输工程专业论文）振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用.pdf

接要 摘要 上海国际航运中心建设是国家的重火战略决策，洋山深水港区工程是上海国际航运中 ，0 建设的重瑟缀成部分。洋瞳l 深承港区期隧蠛工程是上海国际航运中心建设的标悫性工 程，对于洋由港区投产至关重要。 根据洋山深水港区一期陆域工程总平面布置方案，港区平面位鬣设在相临的两个 区域里，其她魏地形及土艨器不摆固，游区隧域一部分瘫落在出嚣t ，另一部分煲4 在 海域上。港隧设计标高为7 3 m ，陆域形成设计标高为6 6 m ，港区内海底标高一般在十2 o - 2 0 o m ，最深区域处标高在- - 3 5 o m ，需簧填筑大量材料方能形成陆域。本文根据洋山深水 港区一絮工程的陵域形成嚣羧、零深、承文、缝质等条传，综合总体擎露布置方案、求工 绪构、施工工期和工程造价等因素，对陆域形成的回填料选择进行深入研究，确定了以海 砂作为主要回填材料，在山区附近局部区域采用开山石阐填，这样既能降低陆域形成遣价、 减少遮羞处理赞震，又能满足撬工工联。缀1 遨，港区隧域覆要着重磷究静是睦域形成、天 然地基处理。 一期陆域正程深厚吹填砂区域有9 2 万平方米，如何处理这部分地簇是整个期隧b 域工 程敷关键，这浆耪缨砂陆城一般工程经爱较差，登须采掰遥当熬处理攮女蠡进行处理。无壤 料振冲法因其施工简便、工期短和造价低擎优点，特别邋合洋山地基娥理的特殊要求。本 研究在对多个地基处理方法比选的基础上，提出采用深厚粉细砂层无填料振冲新技术处理 激区建基兹方法。本硬究邋逯无填辩振? 孛现场试验及应麓，务洋出潆零港建基处理誓攫薤 正及后续港区的筑建提供技术指导。 本研究成暴不但为其他类似工程的地糖处理开拓了新思路，可以为将来制订或修改有 关戆薹憝理瓣藏挺供参考，嚣显有劲予逶步理舞彝发瑗无填鹳摄撒处理耪缨砂燎萋黪 邋宣佳，解决霸前振冲法程实际应用中存梅的若干问题，为正确、合燃、高效地进 j 二振冲 设计和施工以及拓宽无填料搬冲法的实际处理范围提供科学的理论依掇和指导，因此具有 缀大戆理论袈戮实意义，霹戮产生重要豹戆_ 衾窝经济效熬。 关键词：豳际航运中心，深厚粉细砂屡，无填料，振冲处理 摘要 a b s t r a c t s h a n g h a ii n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gc e n t e rc o n s t r u c t i o ni san a t i o n a ls i g n i f i c a n t s t r a t e g i cd e c i s i o n ，a n dy a n g s h a nd e e p w a t e rp o r ta r e ap r o j e c ti sa ni m p o r t a n t c o n s t i t u e n ti nt h i sc o n s t r u c t i o na d v a n c e m e n t 。a sas y m b o l i cp r o j e c t ，y a n g s h a n d e e p w a t e rp o r ta r e ai s s u eo fl a n dt e r r i t o r yp r o j e c ti sc r u c i a li np r o d u c t i o nt o y a n g s h a np o r ta r e a a c c o r d i n gt o t h em a s t e r p l a n n i n gs k e t c ho fy a n g s h a nd e e p w a t e rp o r ta r e a i s s u eo fl a n dt e r r i t o r yp r o j e c t ，t h ep l a n ep o s i t i o no ft h ep o r ti ss e tb e t w e e nt w o a d j a c e n ta r e a sw i t hv a n e di a n d f o r m sa n ds o l lh o r i z o n s p a r to ft h ei a n da r e ao ft h e p o r tl i e si nt h em o u n t a i na r e a 。a n dt h eo t h e rp a r ti nt h em a r i n ea r e a t 瞻h e i g h to f t h ep o r ti sd e s i g n e dt ob e7 ，3 m ，a n dt h ef o r m a t i o no ft h el a n da r e a6 6 m o n a v e r a g et h eh e i g h to ft h es e a f l o o ri nt h ep o r ti s + 2 0 一- 2 0 0 m a n dt h ed e e p e s ta r e a 3 5 ，0 m 。al a r g ea m o u n to fm a t e r i a l sh a v e 幻b ef i l l e dl no r d e rt of o r ml a n da r e a ， h a v i n gc o n s i d e r e dt h ec o n d i t i o n so ft h el a n da r e a ，t h ed e p t ho fw a t e r , h y d r o l o g y a n dg e o l o g y , a sw e l la st h em a s t e rp l a n n i n gs k e t c h ，h y d r a u l i cs t r u c t u r e ， c o n s t r u c t i o np e r i o da n dp r o j e c tc o s t ，w e v em a d ead e e ps t u d yo ft h eb a c k f i l l m a t e r i a li nd e s i g n i n g e v e n t u a l l yw ed e c i d e dt ou s e s e as a n da sm a i nb a c k f i l l m a t e r i a l i ns o m em o u n t a i na r e a sw eb a c k f i l lw i t hr o c k s b yd o i n gl i k et h i sw ec a n r e d u c et h ec o s t sf o rm a k i n gl a n da r e aa n dt h eg r o u n dp r o c e s s i n ge x p e n s e ，a n d m e a n w h i l em e e tt h ed e m a n do fc o n s t r u c t i o np e r i o d t h u s ，i ns t u d y i n gl a n da r e ao f ap o r t c o n c e n t r a t i o ns h o u l db ef o c u s e do nt h ef o r m a t i o no fi a n da r e aa n dt h e r e i n f o r c e m e n to fn a t u r a lf o u n d a t i o n 。 1 - h ed e e pb l o w ns a n d i n g - u pr e g i o no ft h ei s s u eo fl a n dt e 嘣t o r yp r o j e c th a v e 9 2 0 ，0 0 0s q u a r em e t e r s ，h o wt op r o c e s st h i sp a r to fg r o u n di sak e yt ot h ee n t i r e i s s u eo fl a n dt e r r i t o r yp r o j e c l1 甍en a t u r eo ft h i sp o w d e rg r a n u l a t e ds u g a r 疆醚 t e 盯i l o 吖g e n e r a le n g i n e e n n gi sn o tg o o de n o u g h ，s os u i t a b l ep r o c e s s i n gm e a s u r e s s h o u l db ec a t r i e do ni nt h i sp r o c e s s f o ri t ss i m p l ec o n s t r u c t i o n ，s h o r tp r o j e c t p e r i o d ，l o wc o s ta n do t h e rm e r i t s ，i n s p i r e sw i t h o u tt h ep a d d i n gf l u s h e st h el a wi s 籀簧 s u i t a b t et ot h ep a r t i c u l a rr e q u e s to fy a n g s h a ng r o u n d i n gp r o c e s s i n gs p e c i a l 哆 b a s e do ne l e c t st om a n y g r o u n dp r o c e s s i n gm e t h o d 。t h i sr e s e a r c hp r o p o s e a m e t h o dt ou s et h en e wt e c h n o l o g yo fd e e pp o w d e rg r a n u l a t e ds u g a rl e v e li n s p i r e s w i t h o u tt h ep a d d i n gf l u s h e st od e a lw 拍t h ep o r ta r e ag r o u n d ，t h r o u g hi n s p i r e s w i t h o u tt h ep a d d i n gf l u s h e st h ef i e l dt e s ta n dt h ea p p l i c a t i o n ，t h i sr e s e a r c hp r o v i d e s t h et e c h n i c a lg u i d a n c et oy a n g s h a nd e e p w a t e rp o r tg r o u n dp r o c e s s i n gp r o j e c t c o n s t r u c t i o na n df o l l o w i n gp o r ta r e ac o n s t r u c t i o n t h i sr e s e a r c hi sn o to n l yu s e f u li nd e v e l o p i n gan e w m e n t a l i t y t oo t h e rg r o u n d p r o c e s s i n gp r o j e c ta n dp r o v i d i n gr e l a t e dg r o u n dp r o c e s s i n gs t a n d a r dr e f e r e n c et o f u t u r ed r a wu po rr e v i s i o n ，b u ta l s oh e l p f u li nf u r t h e ru n d e r s t a n d i n ga n dd i s c o v e r y t h es u i t a b i l 秘o fi n s p i r e sw i t h o u tt h ep a d d i n gf l u s h e st h el a wp r o c e s s i n gp o w d e r g r a n u l a t e ds u g a rg r o u n d ，a n dc o n d u c i v et os o l v ec e r t a i nq u e s t i o n so fi n s p i r e s f l u s h e sm e t h o di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n 。t h e r e f o r e 建h a sv e r yb i gt h e o r ya n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ，a n dp r o v i d e ss c i e n t i f i ct h e o r yb a s i sa n di n s t r u c t i o ni n c a r r y i n go ni n s p i r e sf l u s h e st h ed e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o nc o r r e c t l y , r e a s o n a b l y a n de f f e c t i v e l ya n di na c t u a lp r o c e s s i n gs c o p eo ft h ed e v e l o p m e n ti n s p i r e sw i t h o u t t h ep a d d i n gf l u s h e sm e t h o da sw e l l i na n o t h e rw o r d ，t h i sr e s e a r c hm a yc r e a t e i m p o r t a n ts o c i a la n de c o n o m i ce f f i c i e n c y k e yw o r d s ：i n t e m a t i o n a ls h i p p i n gc e n t e r ，d e e pp o w d e rg r a n u l a t e ds a n dl a y e r ， n o n - f i l l i n g ，i n s p i r e sf l u s h e sp r o c e s s i n g x u y u eh o n g d i r e c t e db y p r o f e s s o r l i u 。w e i 豳目录 氍卜1 论文的基本框槊5 图2 - 1 通敷振冲挤密土擞的颗粒级配曲线范围1 5 圈3 _ 1 考试验区分块淡意蓬 9 固3 _ 2i c 沉降对闻曲线2 4 网3 31 2 1 8 沉降时间曲线2 4 圈3 一i 埘纛区桩海势探麴线圈2 5 图3 - 5i a 区桩心土静探曲线圈2 5 圈3 - 6i c 区桩问土静探曲线图2 6 爨3 7i i - i c 涎控心土黪探夔线塑2 6 圈3 _ 8i a 区桩问主撩冲前后静擦储算地基承载力2 9 网3 - 91 1 1a 区桩心土振冲前后静探储箅地基承载力3 0 囊3 - 1 0i i - ic 区蓰闫土缀净蘸磊静探傣篝缝基承载宠3 0 图3 - i1i c 区桩心土搬冲前后静探估算地基承载力”3 1 圈3 1 2i 区振冲前后标贯击数随深度变化图3 1 强3 - 3 等薅载叛卜s 麴线蕊 阕3 - 1 42 号试验区平面位置图3 7 阕3 - 1 5 试骏区1 - a 曲线网4 1 瓤3 - 6 试验区珏2 吨夔线霪毒 网3 - 1 7 试验区1 1 4 - 0 曲线圈4 1 阙3 - 1 87 5 删间距3 0 l t i 、3 5 m 标贯对比图4 4 鞭3 1 97 5 k w 苓霹工艺撰爨对毙塑弱 黼3 - 2 07 5 k w 、1 0 0 k w 、1 2 5 k w 标贯对比翻4 5 阕4 - i洋山地基施工平颟布置图5 5 黧垂衰l2 区楚理羲鲍爨入骧宠一深痰蘧线”5 8 豳4 _ 3 处理后2 3 天东b i 比贯入阻力一深度) 曲线5 8 网4 _ 4 处理厮3 8 天东i l 岱比贯入阻力一深度曲线5 9 溺4 - 5 衷l2 嚣整理蘩 爨入阻力一深凌基线5 9 闰4 _ 6 处壤后末1 2 联 b 贯入阻力一深度曲线 圈毒_ 7 鲶壤蓠嚣璐豹l 部 号锥炎阻力一深度鞠线6 0 图4 8 处爆后西1 1 6 - 2 比贯入阻力一深度曲线6 1 睡4 91 芍栽荷板p s 麴线6 2 图4 - o 鼍荷载板s l g t 曲线8 3 圈5 - 1 洋山一期地基处理总平面布鬣圈6 5 露5 - 2 深朦沉降观测点零意囝6 6 圈5 31 鼙测点各磁环沉降与对闯关系圈7 3 图5 _ 42 号测点各磁环沉降与时间关系图7 4 圈5 _ 53 号测点各磁环沉降与时闻关系图两 霭5 - 88 等溯点各磁环沉降与时间关系图7 5 圈5 77 号测点各磁环沉降与时间关系图7 5 圈5 - 89 号测点各磁臻淡降与时间关系圈7 6 豳5 - 91 号测点磁环 溉降与曩季闻关系图7 7 图5 1 01 罨测点磁环2 沉降与时间关系图7 7 豳5 _ 洋出一糍道路壤场整工平面黧7 8 表目录 寝2 - 1 豹物理力学瞧璇指标8 表2 2 土的固结系数表( 垂直向) 9 表2 _ 3 懿霹结系数袭( 零平自) g 表2 - 4 各种方案比较表1 7 液3 11 号吊机试验数搬2 2 表3 - 22 琴嚣魂试验数掇2 2 襄3 - 3 各予嚣的地表沉降表2 3 液3 4 桩问士0 5 米深艘振前振后静探结果比较表2 7 袭3 5 桩阀童5 米以下妙屡振蘩振磊黪探绩果 较袭2 7 裹3 _ 8 桩心土o 诗米深魔振前振后静探结果比较袭2 8 袭3 7 桩心士5 米以下砂腰振前振后静探结果比较袭2 8 凌3 8l l 嚣掇蘩攘后弦赞对跑表( ) 3 2 袭3 - 91 1 送振前振后标爨对比表( 2 ) 3 2 表3 - 1 01 2 隧振前振后标掇对比表( 1 ) 3 2 褒3 - 1 轻熬攘懿振后栋赏对 表3 3 裘3 1 21 弩载荷板试验加载沉降表3 4 袭3 1 32 号载荷板试验加裁沉降表3 4 寝3 ， 毒地袭沉降臻测3 9 裘3 - 1 52 弩试验区静探缩果( p s 值) 绕计4 0 袭3 - 1 6 标准贯入检测统计表4 3 袭扣 振枣靛标准贯入震梭溅表s 裘4 _ 2 振冲瓣标准贯入魔检测表6 1 裘4 - 3 振冲梭测情况统计液6 4 裘5 _ 各测纛蹩标8 7 疲5 _ 2 各测点表层土体沉降随时f 萄变化规律6 9 袭5 - 3 测点1 的垂直变化情况6 9 裘5 - 4 测纛3 戆垂壹变纯馕淀7 0 表5 - 5 测点6 的垂直变化情况7 0 表5 6 测点7 的垂直变化情况7 1 表5 7 测点9 的垂直变化情况7 1 表5 8 各测点位置土层沉降量汇总表7 2 表5 9 砼面层5 0 周沉降观测汇总7 9 表5 1 0 结构物基础5 0 周沉降观测汇总7 9 表5 - 11 不同地基处理部位的沉降观测汇总8 0 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注帮致谢的地方辨，不包含其他入或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发所做的贡献均已 在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：监生! !日期：! 里： ! ! 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名： ! i 璺l 兰导师签名：日期：堡丑弦 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 第一章导论 上海国际航运中心洋山港一期工程位于浙江省嵊泗崎岖列岛海域，距上海市南 汇嘴外海3 0 公里处，是靠上海市最近的深水区，由南、北两支岛链构成的地形平面 上呈向西( 杭州湾湾内) 开敞的喇叭口形状，其中南支岛链包括唐脑山、双连山、 大山塘和大洋山等岛屿；北支岛链包括大小乌龟山、颗珠山、小洋山、西门堂和中 门堂等岛屿。由于岛屿( 间) 形成的峡道效应，列岛海域在两条岛屿链之间有近1 0 公里长的深水区被岛屿掩护着，具备了建设第五代、第六代集装箱深水泊位的条件。 因此，洋山港址是建设上海国际航运中心集装箱枢纽港的合理港址。拟建一期工程 选址于小洋山镬盖塘岛链上。 1 1 闯题的提出及其研究的必要性 1 1 1 问题的提出 洋山港一期工程由港区、东海大桥、芦潮港港城、沪芦高速公路等4 部分组成， 将建成5 个集装箱深水泊位，码头岸线1 6 0 0 m 可停靠第五、六代5 4 0 0 标准箱集装 箱船舶，同时兼顾8 0 0 0 标准箱的第八代超大型集装箱船舶的靠泊。设计年吞吐量为 2 2 0 万t e u ，陆域面积1 7 平方公里，堆场面积8 7 万立方米，港区投资7 2 8 0 亿元 人民币。 。 洋山深水港区一期陆域工程是上海国际航运中心建设的主要组成部分，是上海 国际航运中心建设的标志性工程，也是目前国内最大的筑港项目，该工程陆域主要 由吹填砂形成( 吹填砂厚度最大达4 5 米) 。这些粉细砂陆域一般工程性质较差，一 期陆域工程的成功与否，关键在于对深厚吹填砂基础采用何种施工工艺进行地基处 理? 这种工艺必须符合洋山深水港工程的实际工况条件，寻求一种处理效果好、工 效高、造价低的处理方法，既能满足设计提出的地基承载力要求，又要考虑一期工 程的工期要求，同时还要考虑经济因素。 综合以上这些客观因素，我们还须了解、掌握目前国内外振冲技术的研究及发 展现状，以利于我们对洋山地区深厚吹填砂地基处理方案的确定。 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 1 1 2 研究的必要性 本课题的试验与应用是通过无填料振冲现场试验、现场大面积施工，为洋山深 水港建设后期地基处理工程的建设奠定了良好的基础并提供了客观的技术参数，并 为后期施工提供技术指导。 洋山一期陆域地基处理工程的技术成果不但为其他类似工程的地基处理开拓了 新思路，还可以为将来制订或修改有关地基处理规范时提供参考，而且有助于进一 步理解和发现无填料振冲法处理粉细砂地基的适宜性，解决目前振冲法在实际应用 中存在的若干问题，为正确、合理、高效地进行振冲设计和施工以及拓宽无填料振 冲法的实际处理范围提供科学的理论依据和指导，因此具有很大的理论和现实意义， 可以产生重要的社会和经济效益。 1 2 国内外研究现状 我国自7 0 年代中期开始对振冲法的研究，1 9 7 7 年南京水利科学研究院与交通部 水运规划设计院协同研制出我国最早的振冲器( z c q 一1 型及z c q 一2 型) 并首次应用 于南京船厂的船体车间工程，取得了成功的经验。随后唐山钱家营矿、官厅水库、南 通天生港电厂和四川铜街子水电站等工程相继采用，该法在国内得到迅速推广。近二 十多年来，中国在码头、机场、大坝、道路、桥涵、大型厂房及工业与民用建筑地基 上广泛应用振冲法进行处理，据不完全统计，截至2 0 0 0 年我国已有2 1 0 0 多台振冲器 投入工程使用，振冲处理地基总进尺已达2 亿2 千多万延米1 。 目前国内外许多大型地基处理工程，如美国安德斯坝、箱峡水电站、斯本奈火 电站、卡尔隆原子能电站、孟加拉m e g h n a g h a t 电厂、埃及阿斯旺大坝、香港新机场 和澳门机场等均是采用振冲法进行的。至2 0 0 2 年，世界上振冲法的最大处理深度已 达5 9 m ，振冲施工已从陆地操作拓展到水上平台或驳船操作，应用范围也从中、租砂 拓展到粉砂、粉土、粉质粘土、粘土、淤泥质土甚至淤泥、杂填土、湿陷性黄土、 尾矿、垃圾土等，不过除中、粗砂外其他土类多采用的是填料振冲法2 。 振冲法联合振动碾压法是目前应用较广的浅层地基加固方法，国内外都有不少成 功的经验。该法在外高桥港区四期工程中有成功经验，但洋山工程与外四期工程相比， 1 曾昭礼2 0 0 0 2 d e g e n1 9 9 7 b r sl 够7 。蕾昭礼2 0 0 0 2 上海海事大学硕士学位论文振冲技术程洋山港区她纂处理工程中试骏与应用 无论是吹砂的厚度、砂葳、还是地形地貔、地质条传、工程施条件都有缀大差异。 要想在洋滋的整个陆竣麓程孛成功斑翘振；孛法联合振动碾压法，还必须结合浮出工程 的具体条件进行进一步的试验和理论研究，以便检验其在本工稷中的可行性并提供大 面积施工盼设计和施工参数。 结合潮内努振狰技术豹发展与磷究，以及洋出工程意义深远。本着科学、严谨的 工作态度，成立地基处理课题小组，缀过反复研究、讨论，并多次邀请国内魑地基 专家，通过专家咨询会议，最终决定掇据砂层的不同厚度采取不同的地基处瑷工艺。 主要采用不外加填科静强冲联舍振动碾压豹软魏蒸处理方法。蓠先进行试鞭，通过 振冲试验确定振冲密实法在不外加租填料的情况下的处理效果、最佳施工工拨、设计 参数和处理深度。无填睾莓振冲法医其施工楚便、王嬲短秘造价低簿优点，特别逶含我 国国情。 1 3 硪究黪纂本悉鼹每磅究蠹骞 洋山期陆域地基处理工程首先进行现场试验，分别采用不同功率的搬冲器、 不弱的援冷方式鞋及苓瓣叛渖阕距，逶遭改进秘辇簸簧绞敷裁_ 孛藏工工艺，霹宠无 填料振冲法处理粉细砂地基的适宜饿；其次根据现场试验中取得较好效果的一组设 备及技术参数，进行大厮积施工，以满足设计要求，为将来粉细砂地基处联的实际 竣谤帮藏置箍筷指导。 1 3 1 现场试验 褒场试验努愆五令夺嚣逶孬，分鬃遴行不羁功搴黪鬏挣器( 7 5 疆、i o o k w 、1 2 5 骚) 、 振冲方式( 单振、双振) 和不同振冲间距的试验研究，研究无壤料振冲对粉细砂土处 理的适宜性和宏观力学特性。具体测试内容包括：地面沉降观测、孔隙水压力观测、 缝下瘩整麓溯、手密爱试验、静力魅搽试验、黪载褥试验、羲；撩爨入试验( ，5 ) 帮 回弹模量试骏。 3 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 1 3 2 现场应用 地基振冲施工总面积为9 2 万平方米( 包括l 号、2 号试验区、地基施工区) ，分 浅层、深层两个区域，其中浅层振冲面积为1 4 万平方米，深层振冲面积7 8 万平方 米。振冲区主要由吹填砂形成，吹填砂的平均厚度2 3 6 米，最大厚度达4 5 米，最 浅5 0 米。振冲旆工自2 0 0 3 年5 月初开始，至2 0 0 4 年1 0 月底基本结束，历时1 7 个月，按照先浅后深、先试验确定基本参数后大面积推广的原则进行，总的施工顺 序为1 号试验区、2 号试验区、i 区、i i 区、区；施工完成后按设计要求进行检 测，检测结果均满足设计要求。 1 4 研究目的 通过洋山深水港区一期陆域地基处理工程的试验与应用，为洋山深水港后期港 区的建设奠定了良好的基础并提供了客观的技术参数。主要达到以下几方面的目的： ( 1 ) 振冲密实法在不外加填料情况下的处理效果； ( 2 ) 地基处理产生的地表沉降值； ( 3 ) 振冲和振动碾压施工工艺和施工参数( 机型、密实电流、留振时间、最优 振冲间距) ； ( 4 ) 为一期陆域上部结构的设计、施工提供了更为直观的技术参数。 洋山深水港区二期、三期陆域地基处理工程设计、施工技术参数均可以一期陆域 地基处理工程的成功典范为基础进行改进和进一步提高。 本论文的基本框架如图1 - 1 ： 4 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 应用效果评估 l 结论 图卜1 论文的基本框架 f i g u r e1 一l ：t h eb a s i cf r a m eo ft h ep a p e r 5 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 第二章洋山陆域工程地基处理技术方案比选与确定 2 1 洋山深水港区一期陆域工程概述 洋山深水港工程是上海市国际航运中心建设的主要组成部分，是上海国际航运中 心建设的标志性工程，也是目前国内最大的筑港项目，一期工程建设运用了多种新工 艺、新技术，同时也开创了许多新技术、新工艺，总结了多个新工法，填补了许多国 内技术空白，是运用先进生产力的代表性工程。 洋山深水港区一期陆域工程属于孤岛施工，围海造地，技术难度极大。一期工程 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，进行 工程建设。通过围海造陆形成的陆域地基基础极其软弱，原始地势高低起伏不平，必 须统一进行地基处理加强其承载力。因此陆域地基工程的成败是所有陆上构筑物能否 安全、优质建设的根本和前提。为了做好本工程的地基，针对不同的地质条件，按照 设计的要求、采用了不同的地基处理工艺，尤其是深厚粉细砂基层的新型地基处理技 术，确保了洋山陆域工程的质量、安全和整体建设进度。 2 1 1 建设规模 洋山深水港区一期陆域地基总面积约为1 2 5 万平方米，主要是通过吹砂和炸礁回 填形成陆域，其中吹填砂区域有9 2 万平方米。根据陆域形成的特点和原始的地质情 况，必须对不同地质分别采用不同的地基处理方法进行地基处理，以满足设计对地基 承载力的要求，以及满足港区生产运营的需要。 2 1 2 自然条件及工程地质 ( 1 ) 自然条件 洋山海区位于北亚热带南缘的东亚季风盛行区。因受季风影响本区冬冷夏热，四 季分明，降水充沛。依据小洋山金鸡门站1 9 9 7 0 8 - 2 0 0 0 0 8 三年气象观测资料，结合 工程海区周边气象观测站气象观测资料进行统计，洋山港区各气象要素如下： 气温：年平均气温1 7 1 ，八月平均气温2 7 8 c ，一月平均气温年6 5 1 2 ； 降水：年平均降水量9 6 9 4m m ，中雨以上日数( l o m m ) 3 0 9d a ； 6 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 暴雨日数( 5 0 m m ) 0 9 d a ； 风况：本海区受冬、夏季风影响，全年多偏北和偏东南向风，风向的季节变化 明显，夏半年( 4 月8 月) 多偏东南向风，冬半年( 9 月翌年2 月) 多偏北 向风，3 月份冷暖空气交替频繁，以东南和北向风为主。 雾况：在海岛区雾日相对集中在春季3 6 月，在海岛区雾日数平均为3 0 5 0 d 。 潮位特征值：最高高潮位5 7 5 m ( 1 9 9 7 0 8 1 8 ) ，最低低潮位。0 1 8 m ( 1 9 9 9 1 2 2 4 ) 平均高潮位3 8 8 m ，平均潮差2 7 6 m ； ( 2 ) 工程地质 上海国际航运中心洋山深水港一期工程位于杭州湾口东北部、南汇芦潮港东南的 崎岖列岛海区。该岛屿群由大洋山和小洋山岛为主的南、北两列岛链构成。工程东南 距大洋山岛约4 k m ，东北距嵊泗菜园镇约4 0 k m ，西北离上海芦潮港约3 2 k m ，北距 长江口灯船约7 2 k m ，南至宁波北仑港约9 0 k m ，经黄泽洋直通外海，与国际远洋航 线相距约1 0 4 k m 。港区一期工程位于崎岖列岛链的小洋山岛东南倾l j ( t l p 4 , 洋山一镬盖 塘之间) 。它一部分座落在山区上，另一部分在水域上，其港区总面积为1 7 3 3 4 万平 方米，水域面积占总面积的8 4 3 6 。一期工程港区海底标高为0 4 - 3 2 9 m ，港区设 计标高为7 3 m ，陆域形成和地基处理整平后标高为6 5 m 。由于港区陆域原始地质条 件比较复杂，局部区域分布有较厚的淤质粘土，地形起伏明显，局部地段高差达3 5 m 左右，造成陆域填筑的厚度较厚而且变化很大，回填砂层的平均厚度达2 3 6 m ，最大 厚度达4 5 m 。由于附近砂源为粉砂和细砂，含有一定量的粉粒和粘土粒，对港区的后 期沉降以及不均匀沉降等问题将产生极大的影响。为确保港区将来能安全、正常的运 营，必须采用合理、有效、经济的地基处理方法。在对港区进行大面积地基处理前， 必须先进行地基试验，掌握第一手现场资料来指导大规模地基施工。 勘察资料主要依据于交通部第三航务工程勘察设计院的 ，一期工程位于小洋山与镬盖塘之间，该处呈n e 走向，水流湍急，有回旋现象。涨潮时主要对老鸦嘴岛区剧烈冲刷，落潮时主要对镬 盖塘西部剧烈冲刷，导致该两区域水深很深，标高达3 啦舶m ，基岩上都发育3 0 3 7 m 的冲海相粉细砂，其余为松散堆积物。在口门开口处，由于基底流速流向发生变化，侵 蚀明显减弱，发育一套完整的冲海相、坡洪积相、残积相沉积物，厚度较大。从港区 内钻探资料揭露，离码头前沿线1 0 0 m 范围内天然泥面标高在1 3 3 - - , - 2 2 9 m , 平均为 7 上海海事大学硕士学位论文 振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 1 6 6 m 。表层存在灰黄一灰色粉砂夹粉质粘土( 1 1 2 ) ，含水率为3 1 2 ，承载力为8 0 k p a , 厚度为2 0 9 2 m ；下层为灰黄一灰色淤泥质粉质粘土( 1 1 1 2 ) ，含水率为4 2 4 ，承载 力为6 5 k p a ，厚度为2 0 1 0 0 m ；港区东部局部区域存在灰黄一灰色淤泥质粘土， 厚度为5 1 1 2 0 m 。后方区域天然泥面标高存在1 8 1 7 8 m 厚的灰黄一灰色淤泥质粘 土( 1 1 1 1 - 2 ) 和灰黄一灰色淤泥质粉质粘土( i 2 ) ，互相交替，厚度为2 0 - 9 o m ，再下为灰绿一 灰黄色粉质粘土0 v t 1 ) ，含水率为2 6 铴，承载力为1 8 0 1 9 0 k p a ；厚度为7 o m 左右，可作 为良好持力层。 土层的物理力学性能指标详见表2 1 ： 表2 - 1 土的物理力学性质指标 t a b l e2 - 1 ：c l a y sp h y s i c sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e st a r g e t 土的物理力学性质指标 工程地质 地基土层名称 天然含天然重度天然孔压缩模 单元体 水率 k n m 3 隙比量m a i灰黄色淤泥5 8 51 6 41 6 2 51 7 1灰黄色粉质粘土夹粉砂3 5 91 8 30 9 9 83 4 灰黄一灰色粉砂夹粉质粘 2 3 3 5 1 8 50 9 0 95 5 土 3 灰黄一灰色粉细砂 3 3 11 8 70 8 8 97 o 1 1灰黄灰色淤泥5 8 21 6 71 5 8 91 7 i 1 _ 2灰黄灰色淤泥质粘土4 6 6 1 7 31 2 8 71 7 n 1 2灰黄灰色淤泥质粉粘土4 0 61 8 o1 1 5 2 3 o 1 3灰黄一灰色粉细砂3 3 o1 8 80 8 8 27 3 1 1 灰绿一灰黄色粉质粘土 2 7 71 9 70 7 7 97 4 1 2 褐黄一灰色粉质粘土 3 2 51 8 90 9 0 85 8 2 灰一灰绿色粘土 3 2 21 9 00 8 8 07 3 4灰灰黄色粉细砂3 0 21 9 o0 8 8 07 3 r 、，t 杂色中粗砂 2 0 o1 9 90 6 0 91 1 2 v l杂色粘土2 6 71 9 80 7 6 21 1 5 v 2杂色粉质粘土2 2 72 0 20 6 4 91 0 6 灰绿一褐黄色粘性土混砂 v 32 0 o 2 0 1 o 6 l l1 1 9 砾 v 3 t杂色砂砾混粘性土 1 7 82 0 o0 5 7 31 1 0 8 上海海事大学硕士学位论文 振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 土的固结系数见表2 - 2 、表2 - 3 ： 表2 - 2 土的周结系数表( 垂直向) t a b l e2 - 2 - c l a y ss o l i d i f y i n gc o e f f i c i e n tt a b l e ( v e r t i c a la p p r o a c h e s ) 工程地质地基土层 固结系数( c m 2 s ) ( 1 0 。) 单元体名称 5 0 k p a 1 0 0 i ( p a2 0 0 k p a 3 0 0 k p a4 0 0 k p a 灰黄一灰 m 1 1 1 1 50 9 4o 8 5o 6 90 6 4 色淤泥 灰黄灰 m 1 - 2色淤泥质 4 5 74 6 84 2 13 5 03 0 2 粘土 表2 - 3 土的固结系数表( 水平向) 工程地质地基土层 固结系数( c m 2 s ) ( l o 。) 单元体名称 5 0 k p a1 0 0 k p a2 0 0 k p a3 0 0 k p a4 0 0 k p a 灰黄一灰 m 1 11 2 4 1 4 01 0 80 8 90 8 4 色淤泥 灰黄一灰 m 1 2 色淤泥质 6 3 65 7 65 2 65 1 14 1 7 粘土 2 2 港区陆域特征与技术要求 2 2 1 吹填后的陆域特征 根据洋山深水港区一期工程陆域工程地质勘察资料，以及对现场施工情况的实地 踏勘，经过认真分析、研究，总结出吹填后的陆域具有如下特征： ( 1 ) 回填粉细砂层厚度大而且变化也大，最大厚度大于4 0 米，最小厚度在5 米左右，平均厚度约2 0 米。 ( 2 ) 回填砂土的砂质为粉细砂土，局部为粉砂，直径大于0 0 7 5 珊n 颗粒含量大 于8 5 的砂样占总抽检砂样数的7 5 7 1 ，其中大于0 0 7 5 m 的颗粒中绝大部分颗粒直 径介于0 1 0 o 0 7 5 m m 之间，粉粒和颗粒含量高。 9 上海海事大学硕士学位论文振冲技术在洋山港区地基处理工程中试验与应用 ( 3 ) 由于场地的原始标高不一、回填结束后砂层固结的时间长短不一，造成地 下水位分布不均，为地表下0 5 3 0 米左右。既存在上部硬壳层，振冲时需大量加 水的区域；又存在水位较高、砂层含水比较饱和、机械设备难以行走，振冲时需大量 排水的区域。 ( 4 ) 出砂管口周边的砂质随出砂管口向外距离的增加而导致管口周边砂土具有明 显的分选性和不均匀性，且局部区域和深度有夹泥现象，不同深度夹泥现象不一样， 夹泥位置、厚