加纳TEMA码头地基处理技术与质量管理

云刚

（中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350000）

码头结构因为有运输车辆、吊机和货物等，承受的面荷载较大，荷载通过结构传递到地基，地基必须要有一定的承载力才能满足码头面荷载的要求，沉箱码头作为一种比较常用的结构形式，码头结构耐久性好，后期维修保养方便，承受地面的荷载能力也较强，但是沉箱结构需要地基有一定的承载能力要求，因此，需要对软土地基进行处理之后，才能发挥出沉箱码头的优势。

1 工程概况

加纳TEMA 项目位于非洲西部，码头是加纳最大的集装箱码头，共设计有12 个深水泊位，根据码头的设计总平面图，码头后方陆域回填共计约126.55 公顷，从码头后方陆域回填起点位置往陆域方向按0.54%的坡度进行放坡回填，回填陆域标高从+3.0m 至约+7m，加上1m 的堆载后，陆域回填标高从+4.0m（CD）至+8m（CD）。码头项目建设过程中，业主要求的时间节点严格，并且要求若采用预压堆载工艺，要求为交工一年内沉降不大于50mm。

2 工艺选择

在施工过程中，我们常常采用换土垫层法、深层密实法、排水固结法、化学加固法、加筋法、热学法等作为地基处理的办法。其中深层密实法处理中最常见的方法就是强夯法。基于业主的工期要求和沉降质量要求，结合回填材料的选型，码头后方陆域回填材料为中粗砂层，中粗砂细颗粒含量要求小于15%，不同的回填厚度及强夯对周边建筑物的影响情况，不同区域采取不同的地基处理施工工艺，工艺的选择见表1。

表1 地基处理方式及工程量

所有区域的地基处理均包含了1m 的超高吹填，以此作为压载。具体的区域划分见图1.

图1 地基处理区域划分平面图

本论文结合项目实际的情况，对强夯法和振冲法两种工艺在施工过程中进行研究，对其不同的施工工艺进行描述和分析。强夯法处理的是在上个世纪60年代在法国率先使用的，这种方法是将10-40 吨的锤体结构从高处自由落地，对地基进行冲击和振动，提高土体的强度和压缩性能，改善土体的承载能力，并且还能提高土层的均匀程度，工艺随着时间的发展，从早期的适用于砾石地基，到现在适应各种地质，甚至于是黏土层也是可以采用的，这种工艺具有加固效果好，设备简单操作方便，施工组织简单快捷，经济效益较好的特点。而振冲法是采用一种长螺旋的振冲设备，以一定的频率进行振动，同时彭水，改变地基的结构，出现瞬时的结构破坏，然后降低抗剪强度，地基的突然颗粒，受到振动作用后进行重新排列，增加了地基土的相对密度，从而达到提高地基强度、降低沉降、防止土体液化的加固目的，振冲施工的时候都需要根据砂的颗粒组成、建筑物抗震等级、地下水位和振冲处理深度不同，进行试验和过程控制。

3 施工技术

3.1 强夯法

整个陆域地区，项目从岸边往海边进行填筑并加厚，最终回填的区域最大的为11m。回填区域在6-7m 范围内的，采用3000KN.M 的点夯，然后再加上1000KN.M的普夯；回填区域在7-11m 范围内的，采用4000KN.M的点夯，然后再加上1000KN.M 的普夯，最终夯实的能力确定，需要通过实验进行计算，夯机能量为3000kN.m 的点位，根据设计采用梅花形布置，夯实点位的间距为4.25m，夯机能量为4000kN.m 的点位间距6M 一个，单个夯实点位要进行12 次夯击，分两次进行，强夯施工工艺流程图见图2。

图2 强夯施工工艺流程图

3．1．1 试夯

地基强夯处理全面实施前，先选取两块（3000KN.m 和4000KNm 各一个）50m×50m 区域作为强夯试验区，试验之后可以通过施工记录获取相关的参数，用于实际大面积的施工依据，施工过程中应该详细地记录以下数据：夯锤重量、跌落高度、单点夯击能量、夯击次数、单次夯沉量、夯点间距和夯实遍数等。

夯击时具体的提升高度计算如下：

（1）对于夯击能为3000kN.m，使用30t夯锤需要提升的高度为10m，锤的重量为30000kg，提升高度为10m，那么锤的夯击能为：E=mgh=30000×10×10=3000000N.m=3000kN.m（3000kJ）.

（2）对于夯击能为4000kN.m，使用35t 夯锤需要提升的高度为11.5m，锤的重量为35000kg，提升高度为11.5m，那么锤的夯击能为：E=mgh=35000×10×11.5=4000000N.m=4000kN.m（4000kJ）.

（3）对于夯击能为1000kN.m，使用10t夯锤需要提升的高度为10m，锤的重量为10000kg，提升高度为10m，那么锤的夯击能为：E=mgh=10000×10×10=1000000N.m=1000kN.m（1000 kJ）.

（4）若试验后需要增加夯能，考虑采用20+10+10组合形成40t 夯锤.

3．1．2 强夯施工

项目部根据实际情况决定，投入1 套30 吨的夯锤，用于3000KN.M 的点位夯击，投入1 套35 吨的夯锤，进行4000KN.M 的点位夯击；而普通的夯实区域采用10吨的夯锤进行施工，夯锤锤底在接近地面的时候，满足25～80Kpa 的压力值，并对称布置相应的通气孔。详细的施工步骤为：

（1）强夯施工前，先采用推土机对回填场地凹凸不平区域进行推平，满足场地回填标高及强夯机行驶要求后，方开展强夯施工。

（2）根据永久测量基准点，对已整平的场地进行标高测量。按照夯点布置间隔距离，测量放出夯击点，并做好标识。

（3）强夯机移至指定的夯击点位置并下降及固定夯锤。

（4）在第一次夯击前，测量夯锤的顶部高程。

（5）提起夯锤至设计标高，让它自由落地，夯锤稳定后，测量其顶部高程，再移除夯锤。如果夯锤砸地后，砸出一个倾斜的深坑，在下一次锤击前需先把倾斜的深坑填平再进行锤击。

（6）重复上述第5 个步骤直至第一个夯点夯实完成，夯实的次数根据试夯获得咨工认可的次数进行夯击。

（7）将强夯机移至下一个夯点，重复上述提到的从第3 至第6 个操作步骤，直至第一遍所有夯点全部夯实完成。

（8）当第一遍夯实完成后，采用推土机将夯击过程中出现的坑洼区域回填，并对推平的场地进行测量，以获得第一遍夯实平均沉降量。

（9）第二遍夯实过程与第一遍夯实过程及方法完全一致。

（10）所有点夯实完成后，采用低能量的夯击能对整个场地的表层松散回填砂层进行满夯处理。待普夯施工完成及验收合格后，联合咨工对整个场地进行最终标高的测量及碎石面层铺设前的CPT 试验检测工作。重复上述工序，直到全部满足要求进入下一步工序施工。

3.2 振冲法

夯锤施工容易造成防波堤、护岸和码头后方的结构物损坏，因此在靠近防波堤、护岸内侧边线40m 范围及距离码头前沿65m范围均采用振冲进行地基处理，断面1 根据设计看，振冲面积为27722m。本项目采用80t 履带吊配100kw 振冲器作为振冲设备进行地基处理。振冲碎石桩的施工原理是通过振冲工艺，采用碎石置换一部分软土，碎石和原地基一起形成复合地基，并且加速地基软土的排水固结程度，以达到提高地基承载力的目的。振冲的原理见图3。填料的碎石粒径不大于50mm，填料河床卵石，石场的碎石或者矿渣等硬质材料。

图3 振冲施工的原理

3．2．1 振冲

施工场地整理达到设计标高后的，做好振冲点位的标识；合理编排振冲的施工顺序，做好施工计划，投入合理的设备资源，振冲设备施工前进行验机，保证设备的各项性能满足施工要求；在钻孔过程中，根据不同的地质情况进行水压的调整；采用履带吊将振冲器插入到回填砂中，插入前要复核点位，根据不同的设计深度调整振冲的速度以满足质量要求；振冲设备在施工中，钻杆要保持垂直的状态；先要打入到预定的设计深度，然后才开始射水，射水的出口位置在振冲设备的底部，射水后使周边的土体陷落到回填的空位，达到密实的状态。

3．2．2 密实

钻杆探头达到振底设计规定标高时，改变钻杆喷水方向，辅助钻杆周围引入的土回填振孔，增加原土的相对压实度；施工时达到设备规定的电流，以及时间控制点之后，根据要求间断性的提高振冲设备，一次只能0.3-0.5m 的程度进行提升，不断重复这个操作过程，直到振冲钻杆提升到地面以上。振冲过程中根据设备的数据采集系统，及时跟踪振动锤施工的信息，可以了解桩基已经装填的体积量和尚需完成的喂料量。设备检测数据示意见图4。

图4 振冲设备施工数据监测

3．2．3 回填

振冲施工完成后，振冲设备周边不可避免地会出现沉降现象，等到振冲设备的射水停止后，利用现场的材料进行回填整平；

3．2．4 检测试验

振冲施工完成后，根据设计要求进行CPT 的检测，并且进行场地表面测量，测量的主要内容就是改良后的软土地基荷载承受能力变化，本项目荷载试验分为单桩和复合地基2种，1m的方形钢板用于单桩荷载测试，1.5m的方形混凝土块用于复合地基的荷载测试；共进行5 组测试，试验结果见表2。

表2 承载力测试试验结果

4 注意事项

（1）计算落锤的距离，根据计算结果调整落锤的钢丝绳长度；

（2）夯锤施工过程中，跑气孔要保持畅通，气孔堵塞的话要及时清理，避免设备故障；

（3）对夯沉量异常、夯锤反弹、地表隆起要加强监测，及时分析研究解决办法，做好过程控制；

（4）夯锤起吊高度不小于试验确定的高度，点夯的不同捶击指向一点。

（5）振冲时点孔口宜安排工人用铁铲向孔内塌陷回填砂，以提高振冲质量。振冲设备吊杆上面，采用油漆喷设标识线，注明标高，控制振冲设备的施工频率，振冲头的速度、距离等。

（6）施工中必须保证充分的水压和水量，控制好留振时间和电流。

5 结束语

加纳TEMA 项目已经建成，没有发现地基不均匀沉降，并且地面标高变化满足业主要求的数值，荷载测试结果显示符合设计要求，表明选用的施工工艺切实有效可行，场地使用情况良好，地基处理的组合工艺在码头项目施工过程中是成功的。强夯法和振冲法在地基处理的过程中，按照工艺流程和质量管控要点进行，既可以保证工程建设质量，也可以加快施工进度，减少材料的消耗，创造经济价值，不同组合的地基处理施工工艺在类似项目中可以借鉴应用。