日照港石臼港区某翻车机房围护结构优化设计

陈 羽，赵雁飞，周庆文

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

目前，国内已建成几十座翻车机房，作为煤码头中工期最长的大型单项工程，其工期会对整个工程造成影响。翻车机房作为煤炭出口码头的重要组成部分，因建设周期长，控制整个工程的工期。如何通过优化设计，缩短工期，成为本工程的优化重点。

日照港石臼港区东煤南移工程翻车机房二期工程所在位置靠近外海，位于现有护岸堤心石内。由于与外海连通，施工期基坑外降水是本工程能否实施的关键。另外，地连墙施工圈梁、腰梁、竖肋时常规作法是植筋、预埋钢筋后期焊接等存在施工复杂、工期长等弊端。炸除廊道口范围内圆形地连墙混凝土时，由于地连墙钢筋间距过密、墙厚，较难贯通地连墙，且费时费力，影响工期。

本工程还对施工工序、支撑布置等进行了优化，结构受力更为合理，并大大节省了工期。

1 工程概述

日照港石臼港区东煤南移工程二期工程翻车机房位于日照港石臼港区南作业区三突堤中部、东护岸西侧，由一座翻车机房及一条配套的廊道组成。翻车机房中心到已建东护岸轴线的垂直距离为49.73m。

翻车机房及廊道主体结构的施工条件为干施工。根据类似工程设计，需建翻车机房围护结构，其主体结构由圆形地连墙、廊道地连墙及支撑等组成。由于围护结构位于东护岸抛石区及回填区，基坑外地下水与海水相通，采用常规井点降水的措施，无法降低基坑外地下水位，须在围护结构外围新建翻车机房防渗结构，阻断海水，以确保围护结构外的降水满足设计要求。

为满足平面布置、翻车机房及廊道的工艺、主体结构干施工的设计要求，翻车机房建筑物由翻车机房防渗结构、围护结构、翻车机房结构三部分组成，其结构分述如下：

1.1 翻车机房防渗结构

翻车机房防渗结构建在翻车机房围护结构外围、是由柔性地连墙、高压旋喷桩防渗帷幕、已建一期工程翻车机房及廊道地连墙三部分组成的封闭的防渗结构。其中，柔性地连墙位于已建东护岸抛石堤及后方回填陆域内，高压旋喷桩防渗帷幕位于柔性地连墙两侧（位于已建东护岸后方回填陆域内），其两端与已建翻车机房及廊道地连墙相接，其功能是阻断基坑外地下水与海水相通，确保翻车机房围护结构基坑外降水满足设计要求。

1.2 翻车机房围护结构

根据平面、工艺布置要求和工程所在区域已有构筑物的现状及地质条件，翻车机房围护结构依施工顺序由圆形地连墙及廊道地连墙、翻车机房主体结构地基处理、廊道主体结构地基处理、基坑帷幕灌浆截渗结构（含地连墙帽梁、廊道地连墙第一道支撑）、基坑支撑结构（含基坑开挖、降水、现浇廊道混凝土底板）五部分组成。

圆形地连墙中心设计半径为26.95 m，厚度为1m，基坑开挖最低底高程为-11.3 m；廊道地连墙位于翻车机房北侧，长度为145 m，由两条中心距分别为15.0 m、16.0 m的地连墙及地连墙端墙组成，厚度为1m，基坑开挖最低底高程为-10.5m；为满足翻车机房围护结构的受力要求，加快、保证成槽质量及降低工程造价，基坑外的地下水位须降至-3.0m。

1.3 翻车机房结构

翻车机房建筑物由一座翻车机房及一条配套的廊道组成，其结构由翻车机房主体、廊道主体结构两部分组成；翻车机房廊道出口到翻车机房中心的水平长度为186.151 m，与翻车机房主体结构连接处的廊道底板顶高程为-8.50 m；在翻车机房围护结构内施工，均为现浇钢筋混凝土结构，施工条件为干施工。

2 翻车机房防渗结构优化设计

2.1 主要设计条件

本场地位于日照港石臼港区南作业区，场地东侧紧邻已建成的东护岸，西侧为焦炭泊位和煤炭临时堆场，西北侧紧邻在建的翻车机房一期工程。工程所在区域原位海域，原始泥面高程为-11.0～-12.0 m，经后期吹填及人工回填形成陆域，场地地形较平坦，表层多以人工回填的粗砾砂为主，局部为杂填土与填土(碎石)；本场地在勘察钻孔前已采用强夯法进行了地基处理，①5冲填土(粉质粘土)、②1粘土、②3粉质粘土及③1粉质粘土均为正常固结～超固结土层。

勘察结果表明，本场地岩土层分布较有规律，在勘察深度范围内自上而下主要由填土层、海相沉积层、陆相沉积层、上太古界-下元古界胶南群片麻岩四大土层组成；各岩土层分布特征，分述如下：

杂填土组分复杂，以稍密状为主，分布不均匀；①2填土(粗砾砂)与①4填土(粗砾砂混粘性土)呈松散～稍密状，为可液化土层；①3填土(粘性土混砂)呈可塑状。上述土层厚度不均，层为不稳定，承载力较低，工程地质性质较差；①1填土(粗砾砂)呈中密状，①5填土(粉质粘土)呈可塑～应塑状，上述两层土质不均匀，分布不连续，承载力一般，工程地质性质一般；填土(碎石)仅在部分钻孔揭露，以松散～稍密状主，其密实度及颗粒分布不均，工程地质性质一般；②1粘土呈可塑状，为中～高压缩性土；②2粗砾砂呈稍密～中密状；②3粉质粘土呈可塑～硬塑状，③1粉质粘土呈硬塑状，两者均为中等压缩性土；夹层粉土呈中密状；以上土层分布不连续，承载力一般，工程地质性质一般；③2粗砾砂呈中密～密实状，层位稳定，层厚较大，承载力较高，工程地质性质较好；④1全风化片麻岩平均标贯击数N=44.0 击，其承载力高，但仅在个别钻孔中揭露，遇水易软化崩解，工程地质性质一般；④2强风化片麻岩与④3强风化片麻岩平均标贯击数均>70 击，层位总体较稳定，厚度较大，承载力高，工程地质性质良好，为良好的基础持力层，但应注意④2强风化片麻岩浸水后易软化崩解。

基坑开挖深度范围内的土层主要为填土，层厚15.9～19.2 m，厚度较大，各填土层密实度差异性较大，除①1填土（粗砾砂）主要呈中密状以外，其余填土层主要呈松散～稍密状或可塑状，土质不均匀，虽已使用强夯法进行了地基处理，但其厚度较大，组分及密实度在水平和垂直方向上均存在较大差异，且①2填土（粗砾砂）和①4填土（粗砾砂混粘性土）为可液化土层，场地液化等级以中等～严重液化为主。

基坑开挖深度-11 m 以下，以可塑～硬塑状粘性土、稍密～中密状粗砾砂为主，底部主要为砂状④2强风化片麻岩与碎块状④3强风化片麻岩。

抽水孔（C1～C4）及其水位观测孔（G4～G15）：抽水孔和观测孔的孔深根据地质勘察结果确定，观测孔深度需要满足不同降深时观测水位的要求。抽水试验采用三次降深，第三次应降至-13.0 m 以下。每次抽水结束后，量测各孔恢复至稳定水位的时间。

由于地下水与海水连通性好，地层透水性强，抽水试验应在防渗结构施工完成后进行，测定各土层渗透系数，记录抽水水量，并提供降水井间距、降水井抽水泵功率选择建议值。

压水试验结果表明：④2强风化岩层透水率为16.00～28.78 Lu 不等，渗透性等级为中等透水，P～Q 曲线类型总体为D（冲蚀）型。

2.2 地连墙防渗结构在本工程中存在的问题

由于本工程翻车机房围护结构位于东护岸抛石区及回填区，基坑外地下水与海水相通，采用常规井点降水的措施无法降低基坑外地下水水位，须在围护结构外围新建翻车机房防渗结构，以确保围护结构外的降水满足设计要求。

2.3 防渗结构优化设计

目前，工程界采用的防渗结构类型一般为水泥搅拌桩、高压旋喷桩、高压帷幕灌浆、止水土工膜、柔性地连墙等。

水泥搅拌桩适合深度较浅、标贯击数较低的土层，止水土工膜适合大开挖方案。根据本工所在区域的场地情况及地质资料不适合采用上述两种防渗结构方案。高压帷幕灌浆适用于岩基，通过改进施工工艺，可适用于各种地基土。

根据现场情况，翻车机房防渗结构在圆形地连墙东侧部分区域，位于已建东护岸抛石堤范围内，根据国内类似工程经验，在翻车机房工程中第一次在抛石堤内采用柔性地连墙防渗结构方案；对于东护岸抛石堤以外的工程区域可采用高压旋喷桩防渗帷幕结构方案。

图1 防渗结构断面图

3 翻车机房围护结构优化设计

目前，我国已建成了几十座翻车机房，有非常成熟的设计、施工经验。根据以往工程实例，围护结构多存在下列弊端，地连墙在圈梁、腰梁、竖肋处多采用植筋方式，植筋工作量较大且施工复杂，圆形地连墙廊道口范围埋炸药爆破施工困难等，本工程对围护结构进行了多项优化设计。

地连墙围护结构断面优化：

1）优化1

在目前已建成的翻车机房工程中，廊道第一墙第一道水平支撑均布置在帽梁以下。本工程第一次将第一道水平支撑布置在帽梁平面上，由此可节省该道支撑在开挖基坑内凿出埋筋或植筋、施工腰梁的工序及相应费用。另外，第一道水平支撑布置在帽梁平面上，除施工简单、易行外，首次将其水平布置贯穿整个支撑系统，减少了廊道内支撑施工的工程量；

2）优化2

已建翻车机房廊道地连墙底板支墩均和底板底平齐，本工程充分利用廊道底板厚度，适当提高廊道两侧现浇混凝土支撑高度，以减少水平支撑跨度，从而减小廊道地连墙内力；

3）优化3

在以往翻车机房工程中，廊道顶板和底板之间的水平支撑与廊道底板的净高只有1 m 左右，对于绑扎底板钢筋、浇筑底板混凝土、浇筑底板支墩、绑扎廊道侧墙隔墙钢筋、浇筑廊道侧墙隔墙混凝土等施工环节造成工作空间较小、施工不便等影响。本工程将廊道顶、底板之间水平支撑与廊道底板的净高抬高到2m 左右，以便于施工人员行走、材料运输、绑扎钢筋及浇筑混凝土作业；

4）优化4

已建翻车机房廊道口范围内支撑系统均为曲腰梁，其在支护模板及绑扎钢筋时较为复杂。本工程将第一道水平支撑布置在地连墙帽梁，由此节省了一道曲腰梁，将第二道、第三道曲腰梁改为对撑，省去了曲面模板支护的不便，并进一步将第三道曲腰梁与圆形地连墙脱离，改为普通对撑，以避免在廊道底板支撑形成前，因炸除廊道口范围内圆形地连墙混凝土及该曲腰梁后，失去其支撑功能；

5）优化5

炸除廊道口范围内圆形地连墙混凝土时，由于地连墙钢筋间距较密、墙厚度较厚，较难贯通地连墙，且费时费力、影响工期。本次设计采用预埋贯通套管的设计，可根据炸药埋点预埋套管，能很方便地预埋套管，特别适合小药量、多爆破的施工方案，以尽量避免因爆破对主体结构造成影响，并通过对施工工序的调整，减少廊道口范围内圆形地连墙受力及配筋，以此减少炸除地连墙的难度；

6）优化6

以往工程中，地连墙在圈梁、腰梁、竖肋处采用的预埋钢筋、植筋两种施工方案，前者焊接工作量大、后者钻孔植筋工作量大，都存在施工复杂、工期长的弊端，本工程埋筋优化设计首次采用普通钢筋机械接头，机械接头的一端与预埋钢筋相接，另一端用水煤气管的外丝堵头进行封堵，待地连墙施工后，凿除地连墙混凝土保护层内局部混凝土，露出机械接头后，拧掉外丝堵头换为带丝扣的外伸钢筋，除避免过多对地连墙混凝土造成影响外，也可忽略以往工程中外伸钢筋施工对工期的影响；

7）优化7

在圆形地连墙圈梁设计中，在廊道口炸除圈梁处，增加斜支撑圈梁，以增强圆形基坑的结构整体性。

4 结语

本工程在翻车机房围护结构防渗结构中第一次在抛石棱体中采用柔性地连墙与高压帷幕灌浆相结合的防渗结构。另外，本工程在设计中不照搬以往类似工程的设计，对圆形地连墙圈梁、竖肋，廊道地连墙水平支撑、曲腰梁等进行了优化设计，缩短了工期，降低了工程造价，产生了可观的经济效益，对今后的类似工程具有借鉴性。