阿美港口项目中轨道基础沉降计算及标准的设计应用

赵洪琦，吴宏雷

中国电建集团山东电力建设有限公司，山东 济南 250000

在沿海吹填的软土地基上建设移动式动臂起重机，其轨道梁基础为条形基础，由于其地基土为非天然状态，其下部会存在厚度及分布均不确定的淤泥及软弱土层，导致引起轨道基础的沉降。同时，地基土的沉降变形也会反映到轨道梁的变形上，造成上部移动式动臂起重机存在损坏及运行安全的隐患。因此，为保证设备运行的安全性，相关的沉降量计算应控制在轨道基础沉降的设计标准之内，选取可行的，适用吹填场地的轨道基础沉降计算方法及沉降设计标准，这对于轨道梁基础的设计及项目的经济性均有重要的指导意义。文章以沙特阿美萨拉曼国际综合港务设施项目的移动式动臂起重机下部轨道梁基础的沉降计算为例，对吹填场地沉降量计算公式及轨道梁基础沉降设计标准的选取进行分析论述。

1 工程概况

沙特阿美萨拉曼国际综合港务设施项目是世界级的海上港口项目，该项目建成后，主要提供海上制造、新船建造和维护、船体维修服务，包括超大型油轮的建造。项目地点位于沙特东部波斯湾沿岸(Ras Al-khair港口)，场地南北长约4km，东西长约为2km，项目规划区内有超过200个设施，主要分为原状土及吹填土区域，均为无黏性砂土组成。其中移动式动臂起重机轨道基础主要分布在吹填区域。以结构编号A122-1122-2122-3为例，轨道梁条形基础无伸缩缝段的基础长度为5.25m，宽为2.25m，埋深为1.5m，起重机最大起吊能力为30t，起重机下部共4组移动轮/2条轨道，轨道之间间距为12m，每条轨道2组移动轮，移动轮轴心间距为16m。

该项目中，在对相关区域进行了吹填之后，简单做了一些地基处理，主要处理方式为振冲及夯实，对地基土进行了一定程度的改善，改善后的土体强度最小具备的基本地质条件如下：场地顶高程至0.6m的深度内，土体压实度应达到95%，CBR（加州承载比）指标应达到20%；从场地顶高程以下0.6～6.5m的范围，CPTu(静力触探试验)值应为5～8MPa，呈线性增加。相关的设计基于上述条件进行，设计年限选取为50年，以保证上部设施安全运行。

2 吹填区域地基沉降计算公式的选取

项目轨道梁吹填区域场地的地质详勘调查使用的静力触探试验（CPT），试验间隔为每30m布置一个测试点位，由此可以看出地基土壤的基本分层情况和强度，基于项目情况及现有的试验数据，选取合理的沉降计算公式来计算基础沉降量尤为重要。

2.1 沉降计算公式分析

根据项目场地的实际条件，初步采用了Schmertmann（1978）、Meyerhof（1974）、Aashto-Lrfd（2007）、Bowles（1987）、Burland and Burbidge（1985）、Alpan Approximation、Shultze and Sherif Approximation、Oasys P-Disp等沉降计算方法进行了综合分析对比[1]。在相同条件下对吹填区域轨道梁基础分别经过计算及分析发现，使用Schmertmann（1978）计算出的沉降量值较高，是因为它计算的是地基土层间的累积沉降，而其他计算方法采用的土体弹性模量Es为加权平均值或计算公式中没有包含土体的弹性模量值导致计算的沉降存在差异。

由于吹填区域内土体间的弹性模量Es值不同，且差异较大，如选择土体的加权平均弹性模量值，将间接导致沉降量计算结果偏小，不能反映实际土体的压缩情况，因此，最终采用适用于砂土吹填区域的Schmertmann（1978）沉降计算方法，全面考虑了地基土下部不同土体之间的弹性模量Es值，使最终的沉降值更具有代表性。

2.2 沉降计算公式选择

该项目地基沉降分析采用Schmertmann（1978）理论及其计算方法，用于评估计算无黏性砂土上部的地基沉降量。该方法将地基下可压缩土划分为单独的土层，然后对每一个土层的沉降进行累加，得出最终沉降量。由于项目初期进行过静力触探试验（CPT）验证过实际的场地条件，因此可将静力触探结果中的锥尖阻力值按照Robertson（2015）计算公式换算成Schmertmann（1978）中每层土体的弹性模量。

3 轨道基础沉降设计规范的选取

阿美工程项目的标准种类繁多，源自美标却又自成一体，既包括设计标准文件（SAES）、设计程序文件（SAEP）及材料适用规范（SAMSS），又包括设计标准图纸，各类标准多达1352个，但是关于轨道梁变形及相关沉降标准的要求，却没有具体的要。因此，选取正确且适用项目的相关涉及标准对工程施工及造价成本都至关重要。该项目上部轨道设施在其运行过程中，竖向荷载导致的竖向沉降为轨道变形的影响因素。该项目中的移动式悬臂起重机最大起吊性能为30t（主钩），下部共4组移动轮，满载情况下，每组轮上的轮载分布约为Fz=15kN、Fx=15kN、Fy=500kN。因此，选取符合运行要求的轨道沉降标准至关重要。

3.1 轨道基础沉降差值标准

对于轨道的相对沉降差值要求，经综合分析，英标BS ISO 12488-1：2012及欧标EN 1993-6-2007标准均适用于该项目的设计。但是按照阿美项目标准体系要求，设计标准应选择其中最严格的要求，故项目最终采用英标BS ISO 12488-1：2012标准。按照此标准，首先将轨道设施设备按设计运行总距离及用途划分标准等级，不同等级其相对的沉降差值要求也有差异。考虑该项目的轨道运行设计年限为50年，选取等级1作为标准要求，故两条轨道之间的不均匀沉降值应控制在10mm以下。

3.2 轨道基础总沉降量标准

对于轨道的总沉降值要求，综合分析轨道长度及运行时间要求后，BS EN 1993-6：2007标准适用于该项目的设计，按照此标准，其竖直方向最大沉降量应考虑为最终总沉降值，故轨道总沉降值应控制在25mm以下。将项目轨道梁区域使用Schmertmann（1978）沉降理论计算出的相关沉降值按照选取的沉降标准进行分析，保证均满足上述规范要求，若不满足，则需考虑其他基础形式以控制沉降量。

4 结束语

在沙特阿美萨拉曼国际综合港务设施项目中（MYP），对于吹填区域轨道基础沉降的计算方法，针对项目场地形成特点，选取了合适、精确的Schmetrmann（1978）沉降计算方法，分层累计计算其最大沉降及不均匀沉降量。除此之外，项目选取了目前轨道基础沉降通用的国际标准作为设计依据，以保证项目设计的安全性及规范性。该项目中的设计理论及参考规范适用于大部分轨道基础沉降的设计应用，为其他阿美项目轨道设施基础的设计工作提供了依据及方法指导。