重力式码头岸桥后轨道基础结构方案及使用效果探讨

刘少銮

摘 要：本文通过工程实例，分析了重力式码头装卸桥后轨道基础型式的特点及使用情况，提出在地质条件及码头建设规模适宜的情况下，后轨道采用浅基础型式，结合强夯处理地基方式，能满足装卸桥使用中对地基残余沉降量的要求，并能加快速度、节省投资。

关键词：重力式码头 后轨道 浅基础 强夯 沉降量

1.工程概况

汕头港广澳港区一期工程建设规模为435m5万吨级集装箱码头，码头采用重力式沉箱结构，码头前沿65m范围设计水深为-15.0m，码头面设计标高为4.5m（当地理论深度基准面）。码头岸边装卸作业采用51t-51m集装箱装卸桥2台，装卸桥轨距24.383m。

1.1工程地质情况

根据工程地质钻探资料显示：

码头区地层从上到下依次为：上部为淤泥、亚粘土、亚砂土和细砂，中部主要为细砂、中砂和粗砂，下部为亚粘土混砂、强风化岩和中风化岩。钻探结果显示：一般-13.0m以上软土层分布较厚，-13.0～-15.0m间主要分布中、粗砂，强风化岩面由东向西倾斜，但高低不一，无明显规律，标高一般在-15.0～-20.0m不等，该层为重力式码头的良好持力层。根据工程的码头设计，其基槽开挖底标高应在-16.0m以下，由钻探结果可知，-16m以下主要分布有中、粗砂，亚粘土混砂及强风化岩等，故对于码头结构而言不存在砂土液化问题。

陆域部分主要由残坡积土和风化岩组成。残坡积土包括亚粘土混砂和砂混粘性土两种，受岩石风化特性的影响，该层厚度变化较大，钻孔显示最大厚度为7.1m，标贯击数均大于50击。

1.2码头结构形式

码头结构采用钢筋砼沉箱结构，沉箱设计底标高为-15m，沉箱顶面安放卸荷板，胸墙采用现浇钢筋砼。沉箱单个重883t，外型尺寸为：长11.26m×宽10.5m×高14.3m。从码头前沿往后40m范围为抛石棱体、倒滤层及回填开山石，40m～100m为陆上回填海砂，100m以后陆域采用挖掘机现场高挖低填进行整平。码头结构断面见图1。1.3装卸桥后轨道基础方案比选

由于本工程所处区域地质条件良好，码头区内虽然分布有一定厚度的淤泥质软土，但埋藏较浅，在码头水工结构施工时软土层将被整体开挖（沉箱抛石基床底标高-18.0m，往后方按1：2放坡），随后回填棱体石料，软土层将被置换成块石层。根据地质情况，本工程的码头及后方地基处理适合采用强夯处理方法。

从工程结构安全、工程经济以及投产使用后的维护等方面考虑，后轨道基础型式提出了以下几种方案：

（1）采用？1000钢管桩，间距6m，施工工艺为打桩船水上打设钢管桩，再抛填10～100kg块石进行稳桩。

（2）采用？1000灌注桩，间距3m，施工顺序为先回填石料→地基处理→灌注桩施工。

（3）采用条形浅基础。即在地基强夯处理后，直接施工后轨道梁（倒T型）。

后轨道采用三种不同基础型式时，码头工程费用估算情况见表1。

从表1可知，如果后轨道采用浅基础结构形式，码头工程造价可比采用钢管桩和灌注桩的结构型式分别节省703万和810万的建设投资，节省的幅度比较大；另外，采用浅基础时，后轨道梁地基处理可与后方陆域地基处理整体施工，既节省时间，又节省费用。

在方案的可行性方面，则可参考与新建集装箱码头相邻的广澳港区起步工程。该工程于1995年建成投产，建设1个2万吨级多用途泊位（结构预留3.5万吨级），岸线长240m，码头岸边装卸作业采用40t门机，起步工程地质情况与新建一期工程地质情况相似。基于工程良好的地质条件，并从节省工程投资和加快施工进度出发，起步工程门机后轨道在区域内首尝采用条形浅基础，地基处理采用强夯技术。从码头投产使用后7年多时间来看，门机使用正常，后轨道共进行了两次高程调整，第一次调整是在1998年，钢轨最大沉降值为12.5cm，相邻测点最大沉降差为4.7cm；第二次调整是在2001年，钢轨最大沉降值为7.8cm，相邻测点最大沉降差为2.2cm。两次调整钢轨高程的总费用为50多万元，相比于建设期节省的300多万元的投资和缩短工期来说，具有实际意义。

有鉴于此，考虑到本工程良好的地质条件，且相邻有2万吨级多用途码头较为成功的经验，设计与工程管理人员经过方案的综合比选后，最终确定新建码头岸桥后轨道采用钢筋砼条形浅基础方案。

2.后轨道基础方案实施情况

2.1减少后轨道基础残余沉降的设计措施

为减轻后轨道梁地基残余沉降对岸桥使用的影响，设计着重考虑以下几个方面，并采取必要的预防措施：

（1）合理确定地基土的容许承载力。设计通过已有的地质钻探和测试资料、有关的设计规范以及相邻工程的设计经验，经严密的计算确定地基的容许承载力。按承载能力极限状态计算地基承载力时，采用荷载效应的基本组合，另外，根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），工程所在地的地震基本烈度为8度，结构计算中计入地震效应组合。（2）沉降计算按正常使用极限状态进行计算，采用荷载的长期效应组合。（3）通过结构措施加强轨道梁的整体刚度和强度，适当加大基础底宽，减小基底应力，从而减少沉降量，并增强适应不均匀沉降的能力。（4）轨道梁不设沉降缝，梁段与梁段之间的温度伸缩缝设置防止不均匀沉降的传力杆。（5）为延缓投产使用后地基的残余沉降对岸桥使用的影响，适当抬高后轨道梁地基设计高程。地基抬高高度的确定需适宜，过小效果不明显，但若抬高高度过大，岸桥前后轨高差大，将影响岸桥的使用。经征求岸桥生产厂家的意见，以约2‰的前后轨高差考虑，按轨距24.383m计，后轨基础抬高高度确定为5cm。（6）码头面层采用联锁块铺面的结构型式，以适应地基的不均匀沉降，同时方便轨道调整时接顺。

2.2后轨道地基强夯对码头水工结构影响分析

强夯法特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土，强夯处理地基具有加固效果显著、设备简单、施工期短和施工费用低等优点。不过，强夯施工时产生的振动影响的安全距离的确定，历来是强夯施工中的难题。本工程中装卸桥后轨距码头前沿线为27m多，由于距离较近，后轨道梁地基强夯处理对码头水工结构安全稳定的影响必须充分重视，为减少其影响，设计和施工中做了周密细致的考虑：

（1）设计参数的确定。设计依据地基土类别、地基承载能力设计值、要求处理的地基深度等数据，并参照已建码头的施工经验，初步提出强夯夯击能值。（2）为进一步验证夯击能量是否适宜，在后轨道位置选择面积为200平方米区域作为典型施工区，通过典型施工验证最初的夯击能量和施工方法能否满足设计要求。（3）典型施工时，在码头沉箱和后轨道之间的中间地带设置隔振沟，沟宽1.5m，深2.5m；并在距离最近的码头面上设置三个沉降位移观测点。施工过程中，全程对观测点进行观测，从观测的数据看，未发现观测点出现位移和沉降异常情况。（4）施工完毕一周后，对施工区域进行载荷板试验，检测施工效果能否达到设计要求。经测试，各项指标均满足设计要求。

2.3后轨道地基强夯施工方法

设计要求：强夯点夯单击夯击能为2000KN·m，满夯单击夯击能为600KN·m，点夯2遍，满夯2遍，其中点夯满足每点击数不少于10击且最后两击平均沉降量不大于50mm。处理后要求碎石基床的压实度≥93%，地基承载力特征值为150KPa。

施工中选用夯锤锤重15.58t，直径2.3m，落距13.5m，夯击能为2100KN·m，夯点采用梅花形布置，间距5m。具体施工方法如下：

（1）清理并平整施工场地。（2）起重机就位，夯锤置于夯点位置，测量夯前锤顶高程。（3）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时用碎石将坑底整平。按设计规定的夯击次数和沉降量控制，完成一个夯点的夯击。（4）换夯点，重复步骤（2）至（3），完成第一遍全部夯点的夯击。（5）用装载机将夯坑填平，并测量场地高程，进行第二遍点夯。（6）两遍点夯完成后，进行两遍低夯能（600KN·m）的满夯，锤击相互搭1/2锤底面积，将场地表层片石夯实，并测量夯后场地高程。（7）满夯结束后，再用震动力200KN以上的震动压路机碾压4～6遍，直到无明显轮迹为止。（8）待施工完毕一周后，对施工区进行荷载板试验。载荷试验结果显示地基承载力特征值为168.75KPa，满足设计要求的150KPa。另外，基床压实度经检测达97.6%，符合设计要求。

2.4后轨道梁施工

后轨道梁分6个型号共20段，总长403.75m，砼强度等级为C30。轨道梁基础底标高为+2.5m，上铺碎石垫层厚40cm，基础顶层为C10素砼垫层厚10cm。轨道顶面标高为+4.5m。

后轨道梁施工工艺流程如下：施工准备→测量放线→轨道梁基础碎石垫层铺设→碎石垫层碾压→C10素砼浇筑→轨道梁钢筋绑扎→模板安装→浇筑C30砼→钢垫板安装→浇筑胶泥→压板总成安装→钢轨安装→竣工验收。

3.后轨道使用情况及沉降处理方法

3.1后轨道投产使用情况

本项目于2007年建成投产，投产后使用单位定期组织对码头前后轨道进行沉降位移难测。从各期的观测数据来看，后轨道的沉降呈现初期相对明显后期相对稳定的特点。经过几年的沉降积累，到2010年6月，观测结果反映：后轨道最大沉降量达10.2cm，最小沉降量为3.4cm。由于累积的沉降已使钢轨局部出现明显的变形，为避免变形进一步发展，影响岸桥使用，使用单位决定对后轨道高程进行调整。

3.2后轨道高程调整方法

后轨道钢轨型号为QU100，地角螺栓为M24×350。调整方案采用原地角螺栓接长，并加垫钢板的做法。原螺栓接长采用套接螺母（即套筒），套筒的加工长度取现场实测调高的最大值，套筒下部3cm拱内牙，3cm以上部分车外牙，并配螺帽直接锁定钢垫板。调轨示意见图2。

3.3调整后使用情况

2011年初后轨道高程调整完成，使用至今。从调整后历次的沉降观测情况来看，轨道沉降基本趋于稳定，2014年下半年观测显示：最大累计沉降量为4.6cm，最小为2.8cm。

4.结语

码头门机或集装箱装卸桥的前轨和后轨常作用在不同基础上，这必然使前、后轨在使用过程中出现沉降不同步的特点：前轨作用在码头水工结构上，沉降量通常较小；而后轨沉降量主要取决于轨道基础结构型式。通过本文分析表明，对于设计规模不大于5万吨级的重力式（其他结构型式可参考论证）码头工程，如果地质情况良好，码头受力深度范围内不存在软弱土层或软弱土层埋置深度较浅，经地基处理后预计基础残余沉降量较小的，后轨道可采用浅基础型式。浅基础方案最大优点是施工速度快、造价较低，不足之处是后期沉降量相对较大，使用过程需进行轨道高程调整。但轨道调整工艺较为简单，通过调整，完全可以达到门机或装卸桥的使用要求。