某石化码头干法施工围堰稳定性分析及数值模拟

张德恩

摘要：结合某石化码头围堰工程项目，对工程场地土层地质条件、围堰处理方式的选取及断面稳定性--进行分析，经过施工证明，采用三轴搅拌桩的处理方式可满足工程要求。

关键词：石化码头；干法施工；围堰；稳定性；数值模拟

中图分类号：TU751 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）07-0041-02

1 工程概况

某项目主要内容为围堰工程，项目拟建码头为重力式码头，为年产150万吨沥青项目的配套液体化工码头，码头基础构件形式为扶壁式，围堰按临时结构考虑，总长约1300m。根据设计要求，该围堰工程主要-是保护码头主体建筑物和护岸建筑物的施工。码头工程由码头主体建筑物和护岸建筑物组成，码头主体建筑物底部开挖高程为15.5m，港池底部高程为15.2m。

2 工程场地土层地质条件

码头工程场地位于钦州盆地西翼、江平盆地东翼，属于滨海沉积地貌，上覆土层为第四系全新统陆海交互沉积层所覆盖，下部岩体为侏罗系上统砂质泥岩，泥质粉砂岩等。自盆地中心向边缘往外依次分布有第三系、白垩系、侏罗系、志留系地层。上述地层分布于组合，构成轴向西南至东北的向斜构造盆地。场地下伏侏罗系泥岩、泥质砂岩产状较平缓，无深大断裂构造通过，区域地质构造相对较稳定。

根据勘察钻探揭露的地层情况，钻孔深度范围内主要由第四系人工填土层（Q4m1）素填土、海相沉积层（Q4m）中砂、淤泥质土、粘土、淤泥质粘土、细中砂、粘土、圆砾及下伏侏罗纪上统东兴组（J3dx）泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩等地层组成。根据可研阶段勘察报告中建议的各土层物理力学指标如表1所示。

3 选取围堰处理方式

围堰的处理加固方式有多种，目前经常采用的地下连续墙和钻孔灌注桩等施工方法。传统的深层搅拌桩工法是采用传统的双轴搅拌钻机，施工时水泥浆注入充填在原土间隙中，而新型三轴搅拌钻机则在充填水泥浆时加入高压空气，同时钻机对水泥土进行充分搅拌，并换出大量原状土。

本项目采用的是三轴搅拌桩的处理方式。三轴搅拌桩止水帷幕是利用三轴搅拌桩机就地切削土体，使土体与水泥浆液充分搅拌混合形成止水性较好的水泥土柱列式挡墙；水泥土的搭接采用套接一孔施工，实现了相邻桩体完全无缝衔接；三轴搅拌桩施工无泥浆处理问题，能适用于填土、淤泥质粘土、黏性土、砂性土、粉砂等各种土层，适用范围非常广。除单独作为围护结构的止水帷幕外，还可用于地基土体加固，基坑内被动区土体加固等。

由于采用的设备不同，新型的三轴钻机成桩体强度及桩身均匀性明显优于传统的双轴钻机，桩体的垂直性、桩与桩的平行性和搭接型程度都十分良好，保证了优良可靠的防水性能，同时也有利于H型钢的插入和回收，具有占地面积小，开挖深度大，施工进度快，可靠性强等许多优点。与目前经常采用的地下连续墙和钻孔灌注桩等施工方法相比主要有以下特性：①挡水性强；②对周围地基影响小；③多用途（能适应各种地层）；④工期短；⑤造价低。⑥废土外运量远比其他工法要少。

4 围堰稳定性分析

由于围堰是本项目码头主体结构干法施工的屏障，对工程的成败起关键的控制作用，确保围堰在施工的过程中的安全稳定以及防渗墙止水是决定整个工程的关键周堰稳定验算应综合分析，确保围堰稳定。

4.1 计算工况设置

工况一：一级围堰已建成、施工防渗墙、围堰内外高水位+5.54m；

工况二：一级围堰已建成、施工防渗墙、围堰内外低水位+0.30m；

工况三：二级围堰已建成、围堰外水位+4.64m；

工况四：二级围堰已建成、围堰外水位+5.69m（极端情况）；工况四外坡稳定计算时按水位下降至低水位时考虑。

4.2 计算结果

根据可研阶段各土层指标参数（见表1），采用直剪指标，应用Geo-studio系列软件Slope模块对不同工况进行计算分析，计算结果如表2所示，典型工况计算图如图2-图5所示。

4.3 结论

根据围堰稳定性计算结果可知，一级围堰在施工防渗墙之前整体围堰暂不能合拢，为安全起见，防渗墙应分段施工，先施工东围堰北段W3-W4段，再进行其它围堰段防渗墙施工。陆域范围基坑开挖，开挖坡度应考虑陆域范围的稳定问题。建议项目施工过程中，特别是在一级围堰基本施工完毕后应进行补充勘察，并结合围堰监测情况布设孔位，相关勘察资料报告应及时提交设计单位，以便根据最新的地质资料进行稳定性分析核算。

三轴水泥土搅拌桩施工前应确保围堰承载力能力满足桩机平衡行走的要求。三轴水泥搅拌桩采用套打一孔（单侧挤压方式）成桩方法，每次成桩三根。完成后移机进行下三根施工，套打的孔不再喷浆，其余两根仍按两搅两喷施工工艺进行成桩。如此重复，直至完成。

为满足围堰稳定性要求，三轴搅拌桩防渗墙设计标准如下：①三轴水泥土搅拌桩28d龄期无侧限抗压强度不小于0.5MPa；②三轴水泥土搅拌桩桩长按实际地层控制：桩底进入强风化岩层1m；③渗透系数不大于1×10-7cm/s，满足基坑防渗需要。

5 结语

根据本项目的特点，结合相关规范规定，通过对围堰（包括陆域部分）在施工过程中及主体基坑开挖时的沉降、孔隙水压力、深层土体侧向位移、地下水位等项目进行监测，结果表明，稳定性完全符合设计要求。总体来说，使用这种处理方式经施工检验满足围堰稳定性要求。