[工作精品论文]沙特RSGT码头项目吹填珊瑚礁砂地基处理与研究智.pdf

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 沙特沙特 RSGT 码头项目吹填珊瑚礁砂地基处理与研究码头项目吹填珊瑚礁砂地基处理与研究 王伟智1 陈辉2 周爱军 3 贺迎喜4（1,2,3 中交四航局第二工程公司沙特 RSGT 项目部，广州，510300； 4 中交四航工程研究院有限公司，广州，510230） 摘摘 要要：结合沙特吉达 RSGT 码头项目，针对珊瑚礁的矿物成分、基本物理力学特性，分析了采用珊瑚礁砂（砾）作码头吹填地基填料的可行性，对比分析两类地基处理方法振冲与强夯处治前后地基 SPT 与 CPT 检测结果，表明该珊瑚礁材料属于较好的一类新型填料，地基处理后效果较好，且经济，环保，在珊瑚礁大量分布的沿海地区尤其适合港口建设项目的造陆工程 关键词：关键词：珊瑚礁砂 填料 地基处理 振冲 强夯 SPT CPT 沙特阿拉伯吉达市毗邻红海， 其附近水域分布大量珊瑚暗礁与岛屿， 该类珊瑚礁石大多是由海洋微生物经过漫长地质年代进化形成，属于生物化学沉积岩 为适应大型集装箱码头建设需要， 在航道区域开挖珊瑚礁形成港池， 然后将珊瑚礁材料经吹填形成码头陆域。

利用海中港池开挖珊瑚礁砂作为地基回填材料，就地取材，大大降低了工程造价，缩短了工期，为沿海地区码头工程建设的造陆工程提供一条新路 国内有关珊瑚礁工程地质性质的研究始于 20 世纪 80 年代后期， 主要对象为南沙、 西沙的珊瑚礁岛，涉及国外珊瑚礁者多为环境影响研究，与工程相关的试验研究甚少目前国内有关勘察，地基设计规范中，尚未列出珊瑚礁类岩土因此，进行珊瑚礁岩土工程方面的研究是十分必要和有益的[2] 1 珊瑚礁的矿物成分和基本物理力学及化学特性 1.1 矿物成份 珊瑚礁岩土类型从工程地质角度可分为珊瑚礁岩和珊瑚碎屑土两大类， 珊瑚礁岩如按成因又可分为原生礁岩和次生礁岩两种， 它们都属于碳酸岩中的一种生物礁灰岩 珊瑚礁岩的矿物成分主要是文石和高镁方解石摩氏硬度为 3～5，其化学成份主要为CaCO3 ，其含量高达 90～97%，在岩土类别中统属碳酸类土或钙质土[7] 1.2 基本物理力学与化学特性 RSGT 码头附近水域的珊瑚礁石大多是由微生物经过漫长地质年代进化而生成， 属于生物化学沉积岩，根据风化程度不同可分为两类：珊瑚礁石和珊瑚礁砂珊瑚礁石颜色呈洁白或灰白，其物性：比重=γ2.40~2.60，天然密度=0γ1050~1720，孔隙率为 41％～57％，抗压强度：5.21～11.72MPa，饱和礁灰岩弹性模量为 8.1～11.6 GPa，泊松比为 0.21～0.26；干燥礁灰岩弹性模量为 9.33～20.6 GPa，泊松比为 0.20～0.25,化学性能：含量为 90~97％，含量为 0.05~0.16%。

3/mkg3CaCONaCl珊瑚礁砂颜色呈洁白或灰白， 物性： 比重=γ2.15~2.47， 天然密度=0γ983~1628kg/m3，细度模数1.42~1.68， ,吸水率=xM=M2.1~3.3%， 化学性能：含量为 92~96％, 3CaCONaCl作者简介作者简介：王伟智（1977－9 ），男，湖南长沙，工程师，从事港口工程施工管理工作 - 402 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 含量为 0.03~0.63% 疏浚开挖珊瑚礁砂的颗粒分布情况及级配见图 1 图 1 珊瑚礁砂颗粒分析试验曲线 2 瑚礁砂用作地基填料可行性分析 针对疏浚开挖后的珊瑚礁砂 （砾） 材料开展颗粒分析试验PSD、 击实试验、 室内CBR试验、常规直剪试验等（见表 1），试验结果表明该类材料属于含砾石类砂土或含砂类砾石土，细粒含量（小于 0.075mm）低于 10%，土粒比重较大，最大干密度随砾石含量而波动较大，大约为 1.850~2.260 g/cm3，室内CBR强度较高，达到 65～97％，内摩擦角为 33o～42o，粘聚力较差，综合分析该类土各类物理力学指标，可知珊瑚礁砂材料可作为地基填料，并经过适当的地基处理，如振冲或强夯，能达到设计要求的地基土抗液化要求、沉降控制和承载能力要求。

3 场地工程地质条件 码头造陆区上部覆盖吹填珊瑚礁砂，厚度为 6～15m经过疏浚后，吹填珊瑚礁砂下部的海相地层土为珊瑚礁形成物，主要是粉土、砂，砾石，并夹杂贝克物，部分独立区域层位存在海相淤泥，各类土的物理力学指标见表 1 4 加填料振冲法 （VIBROFLOTATION） 加填料振冲挤密， 就是一方面利用振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化， 砂土颗粒重新排列，孔隙减小，有效挤密后形成中、密砂，另一方面依靠振冲器的水平振动力，在加填料的情况下通过填料使砂层挤压密实[1] 本工程围堰至码头外侧回填区域设计采用振冲法加固地基，采用设计的振冲施工参数和工艺进行了振冲施工，并通过静力触探试验CPT检验振冲后地基的加固效果 - 403 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 表 1 地基土物理力学指标 The physical and mechanical index of foundation soils 土类 土性描述 天然 含水率 (%) 天然 干密度 () 3/cmg最佳 含水率 (%) 最大 干密度 (3) /cmg粘聚 力)(kPac内摩擦角 ϕ（degree）室内 CBR （％） 无侧限抗压 强度 (MPa)uq吹填珊瑚礁砂 （砾） 疏浚开挖 珊瑚礁形 成的珊瑚 礁砂、粉 土、砾石混 合物 12～38 1.57~1.827.0~8.01.850~2.2600 33~42 65～ 97% / 珊瑚礁地层（1） （Coronus material） 珊瑚礁强 风化物，为 珊瑚礁砂、 粉土、砾石 混合物 12～35 1.62~1.9110.4~11.9 1.921~2.0050 36~40 / “软 岩” 15～30 1.78~2.13/ / / / 2.96~11.92珊瑚礁地层 （2）(Reef formation) “硬 粘 土” 珊瑚礁微 风化物，强 度性能上 相当于“硬 粘土”或 “软岩” 25～40 1.380~1.628/ / 5 28～36 / 海相淤泥 （Marine Deposit） 主要由软 粘土组成， 夹杂松散 粉细砂 24～68 1.00~1.20/ / 2~522～27 / 4.1 施工概况 本工程围堰至码头外侧回填区域采用珊瑚礁砂进行回填， 区域回填后的主要土层为珊瑚礁砂与砾石、少量淤泥夹层。

结合现场地质条件及回填料性质，采用振冲法对此回填区地基进行加固处理 4.2 加固目标 振冲常规区域加固深度采用 16m，土工布铺设区域根据断面形式从码头前沿方向开始逐渐递增至 16m地基加固要求：（1）沉降控制要求见表 2；（2）地基抗液化设计要求，见图 2，3 中 CPT 设计验收曲线 表 2 地基验收标准－沉降控制 时间 沉降控制指标 5 年 25mm 25 年 75mm 50 年 150mm 4.3 振冲区施工技术参数和工艺 - 404 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 经过技术方案论证和试验区试验后，振冲施工技术参数和工艺如下： （1）采用 132kW 大型振冲器 （2）振冲孔间距采用等边三角形布置，轨道梁左右各 3m 范围内振冲间距采用 3.0，其他区域采用 3.5m 间距 （3）成桩： 1）慢速振冲下沉至于地面以下设计深度处，留振 120s； 2）慢速振冲上拔 0.5~1.0m，留振 25～20s，密实电流控制在 11～130A（其中轨道梁范围要求达到 130～150A）； 3）重复 2)步骤，振冲器贯入速度控制为 1～2m/min，直至孔口，再留振 60s，成桩结束，关闭振冲器和水泵，移至下一个桩位。

4.4 振冲效果分析 4.4.1 振冲加固效果检验 由于振冲和检测点位较多， 在振冲一般区域和轨道梁区域各选取具有代表性的一个点位（CPT-1 和 CPT-2）进行振冲前后静力触探 CPT 检测，其中两个检测点位均位于振冲三角桩中心位置，检测桩间土的处理质量，CPT-1 检测是设计深度为 20m，CPT-2 检测设计深度为 12.3m 4.4.2 试验结果分析 从图2和图3可以看出振冲一般区域和轨道梁区域振冲后地基质量较加固前都有较大提高振冲前天然吹填珊瑚礁砂土层较为松散，深度 10m 范围内砂层接近抗液化合格曲线，甚至部分层位低于设计值，承载能力差，工后沉降大，经过振冲处理后，一般区域在深度10m～11m 范围内的土层，CPT 端阻平均值由原来不足 3MPa，提高到 15MPa，部分土层处治后端阻达到 25MPa 以上，这是由于珊瑚礁填料含有不少砾石颗粒，有利于振冲密实，并能形成砾石桩；而在轨道梁区域，深度 7～9m 范围内的土层，CPT 端阻由原来基本达不到抗液化要求， 平均值提高到18 MPa， 深度9~12m范围内的土层， CPT端阻平均值达到12MPa由于轨道梁位置 6m 范围以内土层有特殊承载力要求，可以看出采用 132kW 大型振冲器，振冲间距为 3m， 这种振冲施工工艺能有效加固 12m 范围珊瑚礁砂地基， 并且再说深度 12～14m 范围内的砂层土体强度也有一定程度提高， 达到设计要求。

同时加固后的回填珊瑚礁砂已达到中密至密实状态，振冲加固效果显著，充分说明加填料振冲法在处理珊瑚礁砂、砾地基的适用性和可行性 振冲结束后虽然珊瑚礁填料砂层的超孔隙水压力消散很快，一般数小时即可消散 95％以上，但其地基强度的提高却较慢根据以往施工经验，在振后的 7～12d 内，其强度在固结完成后仍有较大幅度的增长 随后， 其增长的幅度逐渐变缓， 在 20 d 后， 虽然在地面下 5～8m 土体的强度仍有一定的增长，但增长幅度明显变小因此，对于吹填珊瑚礁砂的振冲加固效果检验，最好是在振后的 14～20d 内进行 - 405 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 4 8 12 16 20 24 28 CPT设计值振冲顶面(A)地下水位(B)振冲底面(C)振冲前qc振冲后qcABC端阻qc（MPa）深度h（m）振冲前振冲后图 2 振冲前后静力触探 CPT 试验结果对比（一般区域 CPT-1 点位） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 4 8 12 16 20 24 CPT设计值轨道梁底面(A)地下水位(B)土工布位置(C)振冲前qc振冲后qcAB端阻qc（MPa）深度h（m）振冲前振冲后C图 3 振冲前后静力触探 CPT 试验结果对比（轨道梁区域 CPT-2 点位） 5 强夯(DANAMIC COMPACTION) 强夯法在国内外大量工程实践中被证实是一种经济性好且处理质量良好的地基处理方法，但到目前为止，还没有一套成熟的理论和计算方法。

关于强夯加固技术处理软弱或松散地基土层的机理， 文献[3]认为可概括为 3 种： 动力密实机理， 动力固结机理和动力置换机理 406 - 中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集 这与文献[5]的观点相同 场地的地基土表层主要为吹填珊瑚礁砂层， 其中砾石含量达到 25～46％，且主要在地下水位以下，强夯加固的机理应是动力密实而在吹填范围内部分区域存在淤泥和淤泥质黏土夹层或混层，其加固机理是动力固结，其核心是强夯过程中，由夯击能引起的超孔隙水压力的消散问题因此，需要采取措施为超孔压消散提供排水通道，使超孔压得以及时消散应该是强夯处理饱和软黏性土夹层地基成败的关键 5.1 施工概况 本工程围堰至陆域回填区域采用珊瑚礁砂进行回填， 回填后的主要土层为珊。