关于闽江马尾对台综合客运码头工程陆域地基处理设计方案的探讨

■唐 晖

(福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004)

1 工程概况

琅岐岛位于闽江入海口，三面环江、东面临海，具备优良岸线资源条件、 日益完善的集疏运体系以及优越的对台地理位置优势。其定位为“生态旅游度假、健康养生、智慧创意、 休闲宜居等综合服务为主体的国际生态旅游岛”，拟建设高标准、国际化、综合性的客运码头。

图1 本项目地理位置图

为增强两马航线竞争能力和发展潜力， 深度对接马祖特色旅游项目开发，促进琅岐国际生态旅游岛建设，政府决定将现有两马航线搬迁前移， 启动建设闽江马尾对台综合客运码头。

闽江马尾对台综合客运码头位于琅岐岛西北部，共建设3 个码头及相应的配套设施， 其中：1# 泊位为5000吨级客货泊位(水工结构按靠泊2 万GT 客货滚装船设计)，设计年货运通过能力25.2 万吨，年旅客通过能力3.3万人次；2#、3# 泊位为2 个500GT 客运泊位，设计年旅客通过能力53.1 万人次。

2 设计条件

2.1 工程地质

码头陆域场地位于在建闽江防洪堤内侧， 现状主要为池塘、滩地和田埂，场地标高大约为+2.7m～+7.4m。根据钻探揭示，场地内分布的地层从上至下主要有：素填土、淤泥、淤泥夹粉砂、中细砂、卵石、强风化花岗岩等。 其中淤泥厚度大约3.30～11.80m，实测标准贯入试验击数一般为＜1～1 击，十字板剪切试验强度平均值为16.0kPa；淤泥夹粉砂层厚度可达6.90～40.20m，实测标准贯入试验击数一般为3～9 击，平均值为6 击。

图2 陆域地质剖面图

2.2 设计荷载

本工程陆域形成面积15.95 公顷(含预留港口用地)，主要分为货运功能区和客运功能区，平面布置图如图3 所示。各场地的设计荷载取值如表2：

表1 土的物理力学性质指标表

图3 陆域区平面布置图

表2 陆域设计荷载取值表

2.3 设计标准

根据使用要求，陆域经地基处理后应达到以下要求：

(1)表层地基承载力特征值≥180kPa；

(2)工后(20 年)残余沉降≤30cm；

(3)压实度：铺面底面以下0～0.8m 的压实度≥93%，

0.8m 以下的压实度≥90%；

(4)土基回弹模量≥20MPa；

(5)回填砂标贯击数N＞15 击。

3 设计要点

(1)地基处理方案应尽可能在施工期消除场地软基和回填层的沉降，以确保港区使用期内的建(构)筑物沉降满足使用要求。

(2)本工程陆域主要分为客运功能区、货运功能区及预留区。 地基处理方案应结合不同区域的场地条件及使用要求，进行差异化设计。

(3)本工程的港池疏浚量较大，为满足环境保护要求，考虑将疏浚土作为陆域回填料进行综合利用。 吹填疏浚土区主要集中在陆域两侧的预留用地， 局部落于口岸查验设施、机修车间及工具材料库等本期建设用地。由于吹填疏浚料的指标较差，需采取额外的地基处理措施。

4 设计方案

4.1 方案比选

目前水运工程中常用的地基处理方法有：换填法、爆破法、加筋垫层法、排水固结法、强夯法和强夯置换法、降水强夯法、振冲法、砂桩和挤密砂桩法、碎石桩法、水泥搅拌桩法、高压喷射注浆法等[1]。

结合设计条件及工程投资， 适合本项目的地基处理方法主要有以下几种：

(1)排水固结法

排水固结法是先在软弱地基中设置排水板、 砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身的重量逐渐分级加载，或在建造建筑物之前对场地进行加载预压， 使土体中的空隙水排除，逐渐固结，地基发生沉降，同时地基强度逐渐提高的地基加固处治方法。

通过排水法对地基进行处理， 使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成， 地基在使用期间不至于产生不利的沉降和沉降差；同时可以加速地基的强度增长，提高地基的承载力和稳定性，减小工后沉降。排水固结法中常用的有堆载预压法、真空预压法。

(2)复合地基法

在地基软土中添加竖向增强体， 使部分土体被增强或被置换，进而形成共同承担荷载的人工地基。常用的竖向增强体有砂石桩、水泥粉煤灰碎石桩、夯实水泥土桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、灰土桩等。 砂石桩复合地基法采用沉管法或其他方法在地基中设置砂桩、碎石桩，在成桩过程中对桩间土进行挤密， 挤密桩间土和砂石桩形成复合地基，提高地基承载力和减少沉降。 在荷载的作用下，砂石桩也有排水固结的作用。

(3)动力固结法

动力固结方法主要包括夯实和挤密。 夯实法即强夯法，采用夯锤从高处自由落下，地基土在强夯的冲击力和振动力作用下密实，可提高承载力，减少沉降；挤密地基主要方法为振冲密实法：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列孔隙减小，另一方面依靠振冲器的水平振动力，加回填料使砂层挤密，从而达到提高地基承载力、减小沉降，并提高地基土体抗液化能力。

近几年来， 地基处理发展的一个趋势就是在既有的地基处理方法基础上，不断发展新的地基处理方法，特别是将多种地基处理方法进行综合使用[2]。结合相关工程经验，选取如下几种方案进行比较(见表3)。

表3 不同地基处理方案优缺点

4.2 地基处理设计

根据以上分析，结合本工程地层分布、回填料厚度和回填料性质，陆域货运功能区、客运功能区拟采用不同的地基处理方式[3]。

(1)货运功能区

由于该区域地面起伏较大， 拟先回填砂至+4.0m，再铺设排水砂垫层，施打塑料排水板，然后进行回填及不同区域的堆载预压。 预压完成后卸载至设计高程， 并进行2000kN·m 强夯加固或振冲密实。

(2)客运功能区

客运功能区急需建成并投入使用，故采用施工时间较短的沉管砂桩方案，通过置换提高地基强度，避免长时间堆载预压。根据软土厚度、工后沉降及地基承载力要求，不同区域采用不同的置换率。 最终经强夯或振冲密实加固。

(3)吹填疏浚土区

陆域两侧的预留港口用地及口岸查验设施、机修车间及工具材料库等本期用地均为吹填疏浚土区域。除预留港口用地近期不做处理外，其余场地应在晾晒落淤后进行地基处理。

由于工期紧，为满足后续开展深层地基处理等施工使用需要， 先对疏浚土进行浅层真空预压加固形成硬壳层。浅层真空预压完成后， 再施打塑料排水板穿透天然软土层，对深层软土进行加固处理。 然后根据不同使用荷载要求进行堆载预压，并进行强夯加固。

4.3 监测数据分析

利用本工程施工场地内埋设的面层沉降板、 孔隙水压力计等设备，现场观测得到各分区的沉降、孔隙水压力变化等有关信息如图4～图7 所示。

表4 不同区域的地基沉降量理论计算值

图4 各沉降点观测值(货运功能区）

图5 各沉降点观测值(客运功能区)

图6 孔压消散-时间过程线(货运功能区)

图7 孔压消散-时间过程线(客运功能区)

根据现场观测数据， 货运功能区最大累计沉降量为1528.20mm，平均日沉降量为0.81mm/d；客运功能区最大累计沉降量为563.00mm， 平均日沉降量为0.72mm/d，各测点推算固结度均大于90%。 处于加载间歇期的孔压变化幅度在-5.47kPa～-0.52kPa 之间，各组超孔隙水压力值与附加荷载值之比∑ΔU/ΔP≤50%。

通过分析观测成果， 可以认为本工程地基处理方案实施后，各点的沉降观测数据接近理论计算值，沉降速率及施工期固结度满足设计要求，地基加固效果良好。

5 结语

随着理论研究与技术应用水平的不断提高， 地基处理不再拘泥于单一手段， 多种地基处理方法的综合应用是地基处理技术的发展趋势。 重视多种地基处理方法的综合应用可以取得较好的社会经济效益。

本文结合工程实例，根据场地的地质条件、建设项目的使用要求、施工工期以及环保要求等因素，对可采用的地基处理方法进行了分析， 并分区进行加固方案的差异化设计，可为今后类似工程提供参考。