[工作精品论文]沙特rsgt码头项目振冲珊瑚礁地基沉降分析与研究

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集沙特RSGT码头项目振冲珊瑚礁地基沉降分析与研究王伟智1，周爱军2，贺迎喜3（1中交四航局二公司RSGT项目部广州510300；2中交四航工程研究院有限公司广州510230）摘要通过对红海沿岸典型珊瑚礁的矿物化学成分及基本物理力学特性进行分析，结合现场检测和室内试验开展珊瑚礁类礁灰岩的相关土性分析及参数研究，采用极限平衡法（EQUILIBRIUMMETHOD）对振冲前后加固珊瑚礁地基进行沉降计算与分析，结果表明，振冲加固形成的碎石桩复合地基处治效果较好，地基总沉降满足项目技术规格书要求。关键词珊瑚礁砂（砾），压实，振动碾压，强夯，CBR1引言沙特阿拉伯吉达市毗邻红海，附近水域分布大量珊瑚暗礁与岛屿，该类珊瑚礁石大多由海洋微生物经过漫长地质年代进化形成，属于生物化学沉积岩。RSGT集装箱码头项目位于红海沿岸的吉达市，码头后方需新吹填及原有陆域的地基处理面积达41万平方米。为兴建该大型码头，决定在航道区域开挖珊瑚礁形成港池，将珊瑚礁材料经吹填形成码头堆场陆域。利用海中港池开挖珊瑚礁作为回填地基材料，就地取材，可降低工程造价，缩短工期，为沿海地区的造陆工程建设开辟一条新路。国内外采用振冲法处治吹填珊瑚礁地基的工程实例还未见报道，同时该类地基加固后的沉降变形特性及理论、经验计算方法也未有研究，为此结合珊瑚礁的矿物成分及其基本物理力学性质，针对振冲加固处治后吹填珊瑚礁砂（砾）地基沉降开展计算与探讨，以期对振冲珊瑚礁地基的质量评估和验收提供技术参考。2珊瑚礁的矿物成分和基本物理力学及化学特性珊瑚在岩石学上统称为礁灰岩，多出现于北纬30。和南纬30。之间，分布在热带或亚热带气候的大陆架和海岸线一带，在我国南海诸岛、红海、澳大利亚西部大陆架和巴斯海峡等地都有分布，其主要矿物成分为碳酸钙，长期处于饱和碳酸钙溶液中，是一种经物理、生物化学及化学作用过程而形成的一种与陆相沉积有很大差异的碳酸盐沉积物。珊瑚死后仍留在海底原地，丛生的珊瑚群体死后其遗骸构成的岩体，堆积在死前原生长地称为原生礁；珊瑚被波浪破坏后其残肢和各种附礁生物贝类及藻类的遗骸堆积胶结在一起构成次生礁。原生礁和次生礁构成了水中珊瑚礁灰岩地质体2。礁灰岩是构成珊瑚礁的主体，其力学性质决定了珊瑚礁的稳定性。为研究礁体的稳定性，需了解作为珊瑚礁主体的礁灰岩的工程力学性质。珊瑚属于腔肠动物，其种类繁多，形状和结构干差万别，死亡后经过漫长的历史时期，在海洋生物的充填、胶结作用和其他的海洋动力作用下成岩，又由于海平面的升降，其中被雨水淋滤过后发生溶蚀形成孔洞，因此礁灰岩的岩体结构较为复杂。珊瑚礁岩土类型从工程地质角度可分为珊瑚礁岩和珊瑚碎屑土两大类，它们都属于碳酸岩中的一种生物礁灰岩。珊瑚礁岩的矿物成分主要是文石和高镁方解石。摩氏硬度为35，其化学成份主要为CACO3，其含量高达9097，在岩土类别中统属碳酸类土或钙质土5。RSGT码头附近水域的珊瑚礁石大多是由微生物经过漫长地质年代进化而生成，属于生物化学沉积岩，根据风化程度不同可分为两类珊瑚礁石和珊瑚礁砂（见图1、2）。珊瑚礁石颜色呈洁白或灰白，其物性比重240260，天然密度010501720，孔隙率为4157，抗压强度3/MKG作者简介王伟智（19779），男，湖南长沙，工程师，从事港口工程施工管理工作。434中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集5211172MPA，饱和礁灰岩弹性模量为81116GPA，泊松比为021026；干燥礁灰岩弹性模量为933206GPA，泊松比为020025,化学性能含量为9097，NACL含量为005016。3CACO珊瑚礁砂颜色呈洁白或灰白，物性比重215247，天然密度09831628KG/M3，细度模数142168，,吸水率XMM2133，化学性能含量为9296,含量为003063。3CACONACL图1典型珊瑚礁石（礁灰岩）图2典型珊瑚礁砂3工程概况沙特RSGT集装箱码头项目位于沙特阿拉伯吉达市，码头后方新吹填和原有陆域的地基处理面积达41万平方，其中临时围堰至码头外侧回填区域采用振冲法加固，围堰至陆域回填区域采用高能强夯对地基进行深层加固，局部淤泥包区域采用振冲碎石桩加固处理。4沉降计算方法与理论（极限平衡法EQUILIBRIUMMETHOD）ABOSHI等人提出针对振冲法加固地基，可采用极限平衡法（EQUILIBRIUMMETHOD）估算地基沉降435中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集ABOSHIETAL1979,BARKSDALE1981,BARKSDALEGOUGHNOURN60为修正后的标贯值。5振冲地基沉降计算实例51场地工程地质条件振冲加固区位于吹填珊瑚礁造陆区，原海床面以上吹填珊瑚礁砂（砾），海床面以下局部区域首先揭露14M厚的海相淤泥，其下部均为珊瑚礁地层，属于珊瑚礁强风化和微风化物，厚度未完全揭露，各类土的物理力学指标见表2。438中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表2地基土物理力学指标THEPHYSICALANDMECHANICALINDEXOFFOUNDATIONSOILS土类土性描述天然含水率天然干密度3/CMG最佳含水率最大干密度3G/CMKPAC粘聚力内摩擦角（DEGREE）室内CBR（）无侧限抗压强度UQMPA吹填珊瑚礁砂（砾）疏浚开挖珊瑚礁形成的珊瑚礁砂、粉土、砾石混合物1238157182708018502260033426597/珊瑚礁地层（1）（CORONUSMATERIAL）珊瑚礁强风化物，为珊瑚礁砂、粉土、砾石混合物12351621911041191921200503640/“软岩”1530178213/2961192珊瑚礁地层（2）REEFFORMATION“硬粘土”珊瑚礁微风化物，强度性能上相当于“硬粘土”或“软岩”254013801628/52836/海相淤泥（MARINEDEPOSIT）主要由软粘土组成，夹杂松散粉细砂2468100120/252227/52沉降计算（极限平衡法）为验证沉降计算方法的合理性和正确性，并为地基质量检测验收提供参考，在淤泥包地基振冲区域选取典型的CPT检测点位C1，进行沉降计算分析，C1点位CPT检测结果如图5所示。439中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集0123456789101112131415161718192004812162024283236端阻QC设计曲线地下水位深度（M）端阻力QC（MPA）图5C1检测点位CPT结果图检测点位C1所在淤泥包地基振冲区，振冲桩长16M，振冲碎石桩直径D1M,桩距S18M,则置换率0280，由式（2）计算得到应力修正系数SASOIL0472，因此采用极限平衡法计算的振冲范围内地基压缩变形为未振冲地基总沉降的472。由CPT试验曲线可知，125157M为淤泥土层，其余均为粗粒土层（珊瑚礁砂、砾石），粗粒土层的压缩变形计算结果见表3，细粒土层（海相淤泥土）压缩变形计算结果见表4。表3粗粒土层压缩变形量计算结果表深度范围层厚H约束模量M端阻CQUNTREATEDSTREATEDS附加应力V加固前加固后MMMPAMPAKPAMM0220673802369045000000100012420849803249045000000100004620410041050245000000200016820430181150945000000200018102045123125624500000020001101242420480512045000000500021571603297877447450000001000116182025732643345000000300031820201788444714500000050005合计00230016440中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表4细粒土层（淤泥土层）压缩变形量计算结果表深度范围层厚初始有效应力附加应力V系数约束模量M端阻CUNTREATEDTREATEDQ加固前S加固后SMMKPAKPAMPAKPAMM125144190137194532108070004100191441571301535145325550850023001100640030根据C1检测点位的CPT检测结果计算出C1所控制的局部范围地基总沉降为MMSSSTREATEDTREATEDTREATED46该吹填地基未加固前地基总沉降为87MM，超过项目技术规格书中25年不超过75MM的设计要求，加固后地基总沉降仅为46MM，比未加固地基总沉降减少47，且加固后形成振冲碎石桩复合地基，该类地基承载力得到较大幅度的提高。结合以往的工程实践经验，该类地基经过振冲加固处治后，地基后期永久沉降将大大减少，承载力也相应的提高，并且将开展后期地基沉降监测，用以验证通过理论计算获得的沉降结果的准确性。6小结结合沙特RSGT港口工程项目地基处理工程，针对振冲加固处治吹填珊瑚礁砂（砾）地基的沉降展开计算与分析，得出以下结论61结合珊瑚礁砂（砾）材料的矿物成分及独特物理力学特性，针对采用振冲法对该类地基进行加固处理，利用极限平衡法计算地基总沉降，结算结果表明，振冲地基质量完全满足项目技术规格书要求，且振冲后地基总沉降比振冲前减少一般左右，浅层地基碎石桩置换率较高，地基承载力较振冲前得到较大幅度提高。62采用极限平衡法（EQUILIBRIUMMETHOD）计算振冲复合珊瑚礁地基的沉降，需要较为准确确定应力修正系数SOIL，然而SOIL是较难合理确定的，因为该系数与桩土应力比、桩土相对刚度、荷载水平、荷载作用时间、置换率等都有关系，因此为获得较为准确、合理的沉降计算参数，需要通过复合地基静载试验确定桩土应力比，采用静力触探试验成果计算各层土的约束模量等，并结合后期地基沉降观测验证该方法用于珊瑚礁复合地基沉降计算的可行性和准确性。63由于国内外将珊瑚礁材料用作土木建筑填料的工程实践与科学研究较少，特别是缺乏对振冲珊瑚礁地基相关土性参数的获取和研究，缺乏相关的技术经验总结，因此，为了准确合理评价珊瑚礁地基的沉降特性，需深入开展珊瑚礁的试验研究及现场工程实践，这对珊瑚礁吹填地基加固处治很好的指导意义。441中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集【参考文献】1地基处理手册编写委员会地基处理手册第二版M北京中国建筑工业出版社，20002赵焕庭南沙群岛自然地理M北京科学出版社，1996ZHAOHUANFINGPHYSICALGEOGRAPHYOFNANSHAISLANDSMBEIJINGSCIENCEPRESS，1996INCHINESE3严与平,柯有青浅谈珊瑚礁工程地质特性及地基处理J资源与环境工程,2008,1247494陈希哲土力学地基基础M北京清华大学出版社，19953964015孙宗勋，詹文欢等南沙群岛珊瑚礁岩体结构特征及工程地质分带J热带海洋学报,2004，36汪稔，宋朝景，赵焕庭等南沙群岛珊瑚礁工程地质M北京科学出版社，1997WANGREN，SONGCHAOJING，ZHAOHUANTING，ETALCORALREEFENGINEERINGGEOLOGYOFNANSHAISLANDSMBEIJINGSCIENCEPRESS，1997INCHINESE7VERDUGOR，ISHIHARAKTHESTEADYSTATEOFSANDYSOILSJSOILSANDFOUNDATIONS,1996,36281918邓筱鹏，吴庆飞，周健，等大面积粉细砂吹填成陆地基加固技术应用J水运工程，2005，54247DENGYOUPENG，WUQINGFEI，ZHOUJIAN，ETALIMPROVEMENTTECHNOLOGYOFLARGEAREASILTYSANDRECLAIMEDFOUNDATIONJPORTANDWATERWAYENGINEERING，2005,542479王康臣填石路堤在高速公路中的应用研究J广东公路交通,1999,4601722（WANGKANGCHENRESEARCHONROCKFILLEMBANKMENTAPPLICATIONINHIGHWAYJGUANGDONGTRANSPORTATIONANDHIGHWAY1999,4601722）10马松林，王龙，王哲人土石混合料的室内振动压特性J公路,2000,556770（MASONGLIN,WANGLONG,WANGZHERENTHEINDOORVIBRATIONCOMPACTIONCHARACTERISTICONTHESOILSTONEMIXEDMATERIALSJHIGHWAY,2000,556770）11王钊，胡海英，邹维列路堤压实的影响因素和压实度要求J路基20048,NO8919612颜斌，徐张建低能级强夯前后路基黄土湿陷性研究J长安大学学报（自然科学版）20097,VOL29,NO4252913徐光辉，高辉，王哲人路基压实质量连续动态监控技术J中国公路学报20075,VOL20,NO3172214赵明华，曾广冼，刘江波填石料的振动压实变形特性及压实机理试验研究J铁道科学和工程学报20068,VOL3,NO4414515韩丁，黄晓明，高英振动压路机不同参数对土基压实效果的研究J公路交通科技20098,VOL26,NO81516邓露，李向东路基土的CBR强度和压实度关系的试验研究J华中科技大学学报（城市科学版）20055,VOL2210911517ASTMD15572STANDARDTESTMETHODSFORLABORATORYCOMPACTIONCHARACTERISTICSOFSOILUSINGMODIFIEDEFFORT56,000FTLBF/FT32,700KNM/M318ASTMD69800STANDARDTESTMETHODSFORLABORATORYCOMPACTIONCHARACTERISTICSOFSOILUSINGSTANDARDEFFORT12,400FTLBF/FT3600KNM/M319ASTMD471887R07PRACTICEFORCORRECTIONOFUNITWEIGHTANDWATERCONTENTFORSOILSCONTAININGOVERSIZEPARTICLES20BS1377PART9199043DETERMINATIONOFTHEINSITUCALIFORNIABEARINGRATIOCBR21REFERENCE22KULHAWYFH,MAYNEPW,1990MANUALONESTIMATINGSOILPROPERTIESFORFOUNDATIONDESIGNEPRIREPORTEL6800,ELECTRONICPOWERRESEARCHINSTITUTE,PALOALTO,USA23BARKSDALEBACHUS,1983DESIGNANDCONSTRUCTIONOFSTONECOLUMNSFHWAREPORTRD83/026,FEDERALHIGHWAYADMINISTRATION,WASHINGTON,DC,USA24ABOSHIH,ICHIMOTOE,ENOKIM,HARADAKTHECOMPOSERAMETHODTOIMPROVECHARACTERISTICSOFSOFTCLAYSBYINCLUSIONOFLARGEDIAMETERSANDCOLUMNSPROCINTCONFSOILREINFORCEMENTREINFORCEDEARTHANDOTHERTECHNIQUES,VOL1,PARIS,197922121625BARKSDALERD,1981SITEIMPROVEMENTINJAPANUSINGSANDCOMPACTIONPILESGEORGIAINSTATUTEOFTECHNOLOGY,ATALANTA26GOUGHNOURRRBAYUKAA,1979AFIELDSTUDYOFLONGTERMSETTLEMENTSOFLOADSSUPPORTEDBYSTONECOLUMNSINSOFTGROUNDPROCINTCONFSOILREINFORCEMENTREINFORCEDEARTHANDOTHERTECHNIQUES,PARIS,VOL127928627SANGLERATG,1972THEPENETROMETERANDSOILEXPLORATIONELSEVIER,AMSTERDAM28MITCHELLJK,GARDNERWS,1975INSITUMEASUREMENTOFVOLUMECHANGECHARACTERIST