1、11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8某散货码头堆场承载能力评估研究 任晓亮 广东省航运规划设计院有限公司 摘 要：本文以粤西沿海某散货堆场为例，依据地质勘察资料，简化边界条件，采用不同的堆料高度进行稳定性计算分析，对该散货堆场承载能力进行评估，同时计算评估堆场未来达到各级荷载的加载时间以及沉降量。对类似项目评估具有较好的借鉴意义。关键词：散货堆场；稳定性计算；评估随着我国经济快速发展,码头的吞吐量快速增长,码头后方堆场资源宝贵1-2,通过对堆场现状承载能力进行评估论证,充分挖掘发挥堆场的堆存能力,具有良好的经济和社会效益。本文以粤西沿海某
2、散货堆场为例,依据地质勘察资料,简化计算边界条件,采用不同的堆料高度进行稳定性计算分析,对该散货堆场承载能力进行评估,同时计算评估堆场未来达到各级荷载的加载时间以及沉降量。对类似项目评估具有较好的借鉴意义。1.工程概况粤西沿海某散货堆场,长度为1330m,宽度为96m。堆场南北侧为斗轮机轨道梁基础,采用水泥搅拌桩复合地基加固,南北侧边界有加固体约束作用,堆矿宽度约86m。堆场区域原由疏浚土吹填后经地基处理形成陆域,堆场目前处于运营状态。根据勘察检测结果对该堆场能力提升进行核算、评估及论证。2.计算依据勘察断面沿堆场长度方向200m间距布置,每个勘察断面布置一个静力触探孔和一个原状土孔（钻孔编号
3、ZK21ZK27）和两个十字板剪切孔。2.1地质条件序号土层名称重度（kN/m3）粘聚力（kPa）内摩擦角（）十字板（kPa）备注1素填土18.0（19.0）02921淤泥质粉质粘土/1-1淤泥质粉质粘土混砂17.6（17.6）55.665.5十字板32粉细砂17.5（17.9）32544粉质黏土 19.5（19.5）31.47.7直剪快剪51黏土17.7（17.8）31.97.7直剪快剪62黏土17.3（17.5）30.912.8直剪快剪73中粗砂2中粗砂18.0（19.0）030图1堆场平面示意图图2堆场典型断面图 备注：括号内为土的饱和容重。表1土体抗剪强度指标表珠江水运 2023 03
4、81DOI:10.14125/ki.zjsy.2023.03.01311mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8方向,暂不考虑横向方向的影响。1）不考虑塑料排水板作用,按土层竖向单向排水计算。从9m堆高至满足12m堆高,采用反压护道的方式（反压护道平台宽度16m,高度9m,稳定安全系数1.137）,地基固结度达到96.8%时,十字板强度增长10.7kPa,十字板强度为76.2kPa,对应粉质粘土固结度51.5%,抗剪强度增长6.5kPa；此时安全系数大于1.1,采用固结理论4计算,12m堆高满载结合反压护道所需有效堆存时间约4000天。从12m堆
5、高至满足14m堆高,采用反压护道的方式,淤泥质粉质粘土固结度达到97.5%,十字板强度为87.1kPa；粉质粘土固结度64.7%,抗剪强度增长16.3kPa；1粘土固结度27.7%,抗剪强度增长6.6kPa；此时安全系数大于1.1,采用固结理论4计算,14m堆高满载结合反压护根据本项目地质勘察资料,土层自上而下主要为素填土,1淤质粉质粘土,1-1淤泥质粉质粘土混砂,2粉细砂,3中粗砂,2中粗砂,4粉质黏土,1黏土,2黏土,其中软土层厚度在56m。2.2边界简化条件地基稳定性计算时,按平面问题考虑。进行现状承载能力分析时,沿纵向方向不考虑边界加固体约束作用,均按地基原状土层考虑；进行运营期分级堆
6、高方案分析时,以沿堆场纵向进行详细分析。2.3地基土强度增长理论4对于正常固结的黏性土,地基土强度增量的标准值可按下式计算:式中：cuk 地基或土层的强度增量的标准值(kPa);Urz 地基或土层的平均应力固结度;zk地基或土层垂直附加应力平均值标准值(kPa);cq 地基或土层的固结快剪内摩擦角标准值(),可取均值。淤泥质粉质黏土增长后抗剪强度采用原位十字板强度加上抗剪强度增量值。粉质黏土及黏土采用直剪快剪指标,将抗剪强度增量近似作为粘聚力增长,摩擦角不变。2.4稳定计算指标地基土采用十字板强度指标时,地基稳定安全系数要求达到1.11.3以上3。结合本项目特点,对堆场地基稳定计算安全系数要求
7、：不小于1.1。3.论证评估3.1稳定安全系数分析采用边坡稳定分析软件slide进行堆场地基稳定二维计算分析,采用瑞典简单条分法进行地基稳定性计算,淤泥质粉质黏土采用十字板强度指标,其余土层采用直剪快剪指标。通过对堆场对应勘察检测断面（钻孔ZK21ZK27）进行地基稳定性计算,根据稳定安全系数综合评判堆场现状堆载能力。堆场地基稳定性安全系数如图3。由上述理论计算结果可知,堆场现状所有区域可满足堆高9m（荷载225kPa）的承载能力,部分区域满足堆高10m（荷载250kPa）的承载能力。个别钻孔计算结果显示堆载能力较大,考虑到地质不均匀,该勘察检测断面不具完全代表性,局部区域承载能力较高时按相邻
8、区域相对较低承载能力确定。3.2分级堆载分析采用代表性钻孔进行分级堆载分析,假定表层素填土仍具有良好排水功能,堆场现状分级加载采用每23m为一个荷载级别结合反压护道的方式实施,以下计算滑动方向沿堆场纵向图3 不同堆载高度的稳定系数图图4 现状堆高12m时反压护道尺度示意图（平台宽度 16m）82学术ACADEMIC11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8道所需有效堆存时间3500天。因此,当不考虑塑料排水板作用时,堆场区域现状继续采用运营期分级逐步堆高方案,满足14m高矿石荷载（350kPa）的承载能力要求,理想状态下需要7500天以上,且需
9、采用设置反压护道的方式进行堆高。2）考虑塑料排水板正常使用。从10m堆高至满足12m堆高,采用反压护道的方式（反压护道平台宽度13m,高度10m,稳定安全系数1.108）,淤泥质粉质粘土固结度需达到96.8%,十字板强度为76.2kPa；粉质粘土固结度51.4%,抗剪强度增长6.5kPa；安全系数大于1.1,采用固结理论4计算,10m堆高满载结合反压护道所需有效堆存时间约120天。从12m堆高至满足14m堆高,采用反压护道的方式,淤泥质粉质粘土固结度达到99.7%,十字板强度为87.6kPa；粉质粘土固结度70%,抗剪强度增长17.7kPa；1粘土固结度5%,抗剪强度增长1.2kPa；此时安全
10、系数大于1.1,采用固结理论4计算,14m堆高满载结合反压护道所需有效堆存时间180天。因此,当考虑塑料排水板正常使用时,堆场区域现状继续采用运营期分级逐步堆高方案,满足14m高矿石荷载（350kPa）的承载能力要求,理想状态下需要300天以上（考虑分级连续加载,中途不卸载,暂不考虑堆载时沉降速率过快的限制）,且需采用设置反压护道的方式进行堆高。3）根据对代表性钻孔分级堆高计算,在现状承载能力基础上进行分级堆高,基本需要20年左右（有效堆存时间,即满载压载时间）,地基土强度增长缓慢；如果现状地基排水系统良好,排水固结所需时间相对较短,基本需要1年左右（有效堆存时间,即满载压载时间）。根据堆场频
11、繁加卸载的使用特点,有效堆存时间难以准确计量,同时存在空载期和欠载期,实际需要的时间将更长。3.3 满足14m高矿石荷载（350kPa）的承载能力堆场沉降量4堆场使用荷载较大,地基沉降计算主要对象为淤泥质粉质粘土、粉质粘土和1 黏土,2 黏土为硬塑状态,对沉降影响小,忽略不计。由于堆场宽度和纵向长度较大,不考虑上部使用荷载沿深度折减。采用e-lgp 曲线（压缩指数CC）计算主固结沉降量。经计算,在增加的附加应力作用下,主要的地基土层固结度和主固结沉降量如下：1 淤 泥 质 粉质 粘 土 固 结 度 97.5%,主固结沉降量 0.112m；4 粉质粘土固结度 64.7%,主固结沉降量 0.027
12、m；1 粘土固结度 27.7%,主固结沉降量 0.019m；加载至 35t/m2 荷载承载能力时总沉降量为（1）+（2）+（3）=0.157m。地基永久总沉降量为0.23m。由于沉降计算属于理论计算值,计算结果与实际发生可能存在一定偏差,以实测沉降值为准。可见,按现状继续堆高,使用期堆场还将发生沉降,需结合堆场现状沉降情况和作业需要,必要时进行修复。4.结语（1）通过稳定性计算分析,13#堆场现状所有区域可满足堆高9m（荷载225kPa）的承载能力,部分区域满足堆高10m（荷载250kPa）的承载能力。（2）根据对代表性钻孔分级堆高计算,堆场在现状承载能力基础上进行分级堆高,满足14m高矿石荷
13、载（350kPa）的承载能力,基本需要20年左右（有效堆存时间,即满载压载时间）,地基土强度增长缓慢；如果现状地基排水系统良好,排水固结所需时间相对较短,基本需要1年左右（有效堆存时间,即满载压载时间）。（3）由计算分析可知,软土地基打设塑料排水板,能够有效减少土体的固结时间。（4）按现状继续堆高,使用期堆场还将发生沉降,地基永久总沉降量0.23m,需结合堆场现状沉降情况和作业需要,必要时进行修复。参考文献：1戴志峰.改扩建码头工程设计特点简介J.中国水运(下半月),2016,16(01):249-250+254.2赵鲁华,李海波,李涛.港口岸线资源集约利用措施J.水运管理,2021,43(08):16-18.3中交天津港湾工程研究院有限公司.水运工程地基设计规范:JTS 147-2017S.北京:人民交通出版社股份有限公司,2018.4中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范:JGJ79-2012S.北京:中国建筑工业出版社,2012.珠江水运 2023 0383