福州港福清市壁头村5吨位集装箱码头沉箱结构设计

福州港福清市壁头村5吨位集装箱码头沉箱结构设计

1.港区陆域规模福州港福清江阴开发区5级集装箱码头位于福清市江阴市壁头村。该码头位于五年货物码头之一。年设计通过能力箱18万吨、货物15万吨的采购。泊位总长375米,为重力式沉箱结构,港区陆域纵深1500m,宽320m。其中前方陆域由码头前沿岸壁和东西驳岸围成,陆域回填砂,东西驳岸为抛石堤结构。2.(1)施工水位、水位设计高水位:7.45m、设计低水位:0.69m、极端高水位:8.58m、极端低水位:-0.51m,施工水位:2.65m。(高程基准为理论深度基准面)(2)h3.5米在设计高水位时,港区五十年一遇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)持力层c根据地质钻探所揭示的本工程的东西驳岸地基土层自上而下分为5层:①淤泥:厚度3～12米,含水量为55.8～81.1%、C=1.2～2.4Kpa、Φ=0.7～3.6°、允许承载力48Kpa,为驳岸地基主要软弱土层。②淤泥混砂:厚度1～8.2米,以上两层属驳岸地基加固的对象和难点。③中砂混淤泥:厚度0.4～10米,土层埋深较深,经计算分析,设计确定本层作为驳岸抛石体的持力层。④中砂及粘性土层:其物理力学性能较好,埋深较深,不需处理。⑤风化岩。3.爆后抛石堤本码头港区前方陆域由码头岸壁及东西驳岸围成后吹填中粗砂形成。东西驳岸根据地质情况,经多方案论证比较后,确定采用爆破挤淤法形成抛石堤,抛石堤座底至中砂混淤泥层。东侧驳岸长450米,抛石堤顶宽8米,驳岸护面上部为丁砌条石及扭王块,下部采用大块石护面。西侧驳岸长475米,抛石堤顶宽5米,驳岸护面采用大块石。驳岸设计标准横断面详见附图。爆破挤淤法的基本原理是在抛石体外缘一定距离和深度的淤泥中埋设群药包,通过控制爆破的手段,起爆瞬间产生强动载荷,其中包括冲击波和爆炸产物膨胀引起的压力将淤泥排开。石体在自重作用下随即坍塌充填排开淤泥所形成的空腔,形成达到下卧硬土层面的“石舌”,起到置换淤泥的效果。由于“石舌”厚度不大,其上虽有不同程度的回淤,但是这种经过扰动的淤泥,含水量大(含水量可达到100～200%),强度很低,继续在爆后堤头抛石将“石舌”上部爆后回淤的浮泥挤走形成新的堤头,再进行下循环装药放炮,经过多次抛石和爆破循环,形成完整的落底抛填体,可达到最终置换的要求。在抛石堤设计过程中为保证堤身稳定及控制整体沉降量,设计参数的选定至关重要。通过对爆后抛石堤堤身及以下的地质状况分析可分为:抛石层、泥石混合层、残留淤泥层及持力层。爆后抛石层状况又可分为:泥上石层、泥下不含泥石层、泥下含泥石层,在设计过程中考虑含泥石层占泥下石层厚度的30%,其中含泥量约为爆炸总排泥量的10%。泥石混合层中,混合层厚度占自然淤泥厚度的20%,其含泥量占爆炸总排泥量的15%左右。残留淤泥层在施工中应尽量避免存在,设计中考虑厚度取值为自然泥厚的10%。根据现有水工设计规范中规定的堤身整体稳定性验算方法,通过对地质状况的分析确定的主要设计参数是:①爆后抛石体底部深度(H为使爆炸排淤后石堤落底石体宽度和高程及断面尺寸达到设计要求,施工步骤是:第一步,堤头爆炸处理。药包布置在堤头泥下,根据“爆炸法处理水下地基和基础技术规程”规定爆破挤淤排石一次推进距离及填石厚度、淤泥重度、覆盖水深等条件确定爆炸药量。经堤头爆炸-抛填-爆炸循环进尺后,形成稳定的施工堤身。在实际施工工艺中采取每向前推进7米进行爆填处理后,再向前推进。采用陆上布药机布药,一般为水上联线,遇上大风浪则采用岸上联线方法。陆上布药机为经过改装的钩机配一个布药筒装置。为达到陆上布药的方便,布药前堤头作适当降标高处理,布药后再堆高。爆破设计参数见下表:爆填工艺流程:第二步,侧向爆炸处理。当堤身进尺到一定长度后(超过100米),在堤两侧的泥下布药,进行侧向爆填处理。一次处理长度40～60米,经侧向处理后达到设计要求的断面宽度。第三步,理坡及堤顶加高到设计高程。江阴码头东驳岸施工于2000年7月31日开始,2000年12月29日完成,历时5个月,西驳岸施工于2000年11月24日开始,2001年5月9日完成,也历时5个月。经物探和钻孔检验,施工后的断面达到设计断面要求。目前驳岸整体稳定,堤上搁置了数个码头岸壁的预制沉箱(重达500吨/个),且经历了2001年2号台风“飞燕”的考验,施工期未出现滑移,基本达到设计要求。4.爆后抛石堤结构测量目前,交通部“港口工程质量检验评定标准(JTJ221-98)”和“爆炸法处理水下地基和基础技术规程(JTJ/T258-98)”对爆炸排淤填石分项工程的划分和质量检验评定标准没有明确规定。抗滑稳定性与允许沉降量是基础工程质量的两项根本要求,采用爆炸挤淤法同样也必须遵照这两项要求进行检测与验收。爆炸法处理水下软基是一种多循环处理方法,因此对前循环的工程质量进行施工期检测,根据验测结果及时调整爆炸参数,使施工方案满足设计要求,这些对于保证工程质量是必要的。施工期工程质量检测的主要方法和内容为:(1)对堤头石料质量、级配、含泥是否符合设计要求进行实时监控。(2)对爆前堤心顶面高程、宽度、每炮进尺、埋药进入淤泥层深度、间距,单药包重量,每炮用药量等爆炸参数进行监控。施工中对爆填各项参数允许偏差具体规定为:①线药量、单药包量(Q)<±5%;②药包平面位置<±0.3米;③药包埋深<±0.3米;④循环长度<±1.0米。(3)设置观测点,进行位移、沉降监测。从堤根到堤头每隔100米设沉降、位移观测点。要求在施工过程中石堤不得出现滑移,后期沉降量不超过100毫米。(4)当堤头爆炸进尺达到一定长度后及两侧爆填后堤身形成全断面和有效宽度后及时对横断面尺寸进行测量,要求爆炸填石置换后断面平均轮廓线不小于设计断面。对达不到设计要求的断面及时处理,补抛,为保证堤身稳定,尤其要对断面两侧平台宽度进行控制。目前对爆后抛石体的落底检测,及对整个抛石挤淤置换淤泥的效果的总体评价可采取以下三种方法:(5)体积平衡法:由于在整个爆填过程中驳岸不同地段淤泥厚度不同,设计断面大小不一,因此必须分段采用体积平衡法控制施工质量即抛石施工期间,地磅建立前采用计车数、地磅建立后称量,得出每一段抛石堤范围内的抛石量,然后现场进行该段的断面测量(顶、边),采用体积平衡法推算出抛石堤的落底标高,再与设计断面的落底标高进行比较,根据实抛方量及设计断面计算方量应基本平衡来进行参数调整,在实际施工过程中,东驳岸选择二次、西驳岸选择三次进行体积平衡法落底检测,检测长度选取二个爆炸挤淤循环长度,逐段计算爆炸进尺量与测算置换范围及抛石底部深度。(6)钻孔取样法:通过对地身钻孔取样检验可获得如下数据:①抛石层底部高程;②抛石层下,泥、石混合体的厚度,容重、含水量以及泥、石比例;③混合体与持力层间是否夹有淤泥层以及取样作淤泥土力学指标试验;④爆后持力层高程及土力学指标;⑤利用钻孔作十字板、静压Ps值等参数检测。在抛石体上钻孔,并取得下界面的准确数据,其难度是比较大的。钻孔检验中必须做到:在达到预计抛石层底面2-3米前,只能采用回转钻进;在接近预计抛石底面1米左右时,要求每十分钟记录一次钻进压力、时间、钻进量以及手感、声响等,并及时作出判断。钻孔检测的位置可选在原驳岸地质钻孔位置,使其具有可比性。(7)物探检测法(又称浅层地震反射波法):由于抛填石层与持力层的接触界面存在明显的密度与波阻抗的差异,这些物理差异性给物探检测提供了物理依据和物质基础。利用物探手段可以基本摸清驳岸的横断面和纵断面堤心石落底情况,了解堤心石界面宽度和堤纵向堤心石落底的起伏变化情况。体积平衡法、钻孔取样法和物探检测法相结合是检验堤身工程质量的主要手段。体积平衡法简单明了,可从宏观上及时控制置换总量,随时加以调整抛石量和爆炸参数;钻孔取样法可准确检测出爆炸挤淤的落底高程但由于检测费用较高,不能反映落底宽度情况,因此可用作抽查手段并与物探检测法结合进行,经过物探和钻探的结合基本可以客观反映爆炸挤淤填石置换淤泥界面的工程质量情况,对整个工程效果加以评价。为保证施工质量,在本工程施工过程中,确定了30米长的试验段,其每炮的循环长度严格控制在7±0.5米内,并进行每炮爆前爆后的检测,通过体积平衡法进行参数调整,试验段的线药量为45kg/m,在此后的各段施工中结合地质情况确定各项参数。还要求将所处理段的地质情况绘制纵剖面,并进行分析,确定一定范围内的爆破参数,以指导施工,并对每一炮的施工进行详细记录,能够反映出每一炮的布药量、药包间距、药包埋深、起爆水位、覆盖水深等数据。验收标准中对泥面以上驳岸断面尺寸可按“港口工程质量检验评定标准”进行验收。泥面以下置换软基的空间范围及置换的平面范围和深度是评定爆炸挤淤施工质量的最主要指标,应以设计为准,一般情况下不允许出现负偏差。同时对混合层的厚度也应加以控制。5.爆破时震动效应(1)爆炸挤淤对环境的影响:由于爆炸挤淤使用的炸药主要为硝铵类炸药,其主要成分为硝酸铵。爆炸的生成物主要为CO(2)爆炸法处理水下软基的震动效应:如同控制爆破和矿山爆破等土岩介质中爆炸效应一样,水下软基爆炸处理,也将引起爆炸地震波。掌握爆炸震动的规律,判断震动强度,对于保证构筑物的安全,避免震害以及改进水下软基爆炸的设计施工是非常重要的。爆炸法处理水下软基的爆破震动效应不同于土岩介质中爆破震动效应,首先,爆炸处理,爆源是在水下或淤泥中,爆炸产生的地震波是在基岩、亚粘土、堆石散体、淤泥和水等这些不同性质和密度的多层介质中传播,传播情况复杂。再者,爆炸法处理软基爆破时要考虑其震动影响的往往是在距爆源较近的陆域。爆破时震动效应,其传播规律可用如下经验公式的形式表示:其中:V为震动最大速度(厘米/秒)Q为一次爆炸时的总药量R为爆源与观测点的距离(米)K、α为与爆炸形式和不同的环境条件得到的经验公式的系数。见下表:基于爆炸挤淤时震动效应的特殊性,加强对其的监测,根据监测结果调整爆炸设计参数,确保周围重要设施和民房的安全。在实际施工过程中采取离岸边40米范围内的线药量控制为20kg/m,循环长度控制在4～5米,减小爆破对岸边设施影响。省地震局对施工过程进行了监测,其震动效应在国家规定允许范围内。(3)本工程前方陆域系由东西驳岸和正面码头岸壁共同围成,驳岸和码头基床存在合拢段,设计中考虑先挖基槽,堤头爆填后,需对基槽进行二次挖泥,将堤头挤向基槽的淤泥挖除,避免存在薄弱段。(4)对于存在软弱土夹层的地质情况,受中间或表面存在的硬质土影响,爆炸挤淤难以达到置换效果,本工程东驳岸根部在淤泥层上存在中粗砂混淤泥层,设计中要求抛石前应将其挖除,然后再进行爆破挤淤法施工。同时对于淤泥厚度超过18米的情况,置换深度较深,结构横断面庞大,爆炸挤淤后存在的残留淤泥层加厚,应与其他地基处理方法进行技术经济比较后择优选用。6.施工技术及施工设备通过爆炸挤淤法在江阴码头的驳岸上设计施工上的应用分析,在海上筑堤工程中,爆炸处理法与现行软基处理法相比有如下优点:(1)断面设计宽度为常规软基处理方法的1/3左右。(2)由于爆炸振动的密实作用以及侧向淤泥的反压,改善了堤身稳定性。(3)与全清淤法相比,