基坑降水對砂性地基板樁碼頭的影響

馬永平 黃海云

        (中船第九設計研究院工程有限公司)

摘 要:在砂性場地中建造船塢時,船塢基玩降水施工對臨近的板椎碼頭的值移有較大的影響,甚至會出!酸被墻的拉移向岸側移動的現象。結合新加波某新建船廠工程，對船璃基流降水施工進程中板推住移的際監測成果進行分析與研究，并應用 PLAXIS 有限元程序進行數值模擬分析。其計算結來進一步驗證了監測結果位移趨勢的正確性。

關鍵詞:稻雞 板樹碼頭 降水 位移

The impact on sheet-pile wharf in sandy foundation due to foundation pit dewatering

MA Yong-ping HUANG Hai-yun

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co.,Lid.,)

Abstract:During dry dock construction in sandy site,the dewatering of dock foundation pit affects the displacemen of sheet-pile wharf nearby. It can even appear the phenomenon that the sheet pile wall moves to the shore side. Based on a new shipyard project in Singaporethis paper presents the analysis and rescarch for the results of the sheet pile wall displacement monitoring during the dewatering work, and also presents numerical simulation by the application of finite element program PLAXIS.The result of numerical simulation further verified the correctness of the results of displacement monitoring.

Key words: Dry dock, sheet-pile wharf, dewatering, displacement

在通常情況下，拉錨式板樁碼頭在墻前開挖過程及開挖完成后，板樁墻的位移值應該是向水域方向移動的，根據經驗一般在拉錨點以下開挖面以上出現向水域方向的位移最大值。但是,在純砂性地基且板樁墻后附近有大面積降水的情況下，位移值就會明顯減小,甚至位移不向水城發展,反而向陸域方向發展。這主要是由于板樁墻后的降水及砂的強透水性，使板樁墻后的水位低于墻前水位,產生向內的

水壓力,在墻后回填不是很高的狀態下,向內的水壓力就可能會超過墻后土壓力，最終使板樁墻向岸側位移。本文所引用的實例就發生了板樁墻向岸側位移的現象。通過應用 PLAXIS 對實例工程的數值模擬分析,計算結果與實測板樁墻位移趨勢一致。

 1 工程實例

     1.1 工程概況 

本文引用實例工程為新加坡某新建船廠項目，工程包括4個新建船塢和沿岸順岸碼頭及突堤碼頭,工程平面布置見圖 1。由于船塢施工的需要,需對施工區城進行大面積開挖，開挖深度約14-16. 5m,開挖面標高-9.5~-12.1m,分2個基坑開挖。1#順岸碼頭和 2#順岸碼頭分別位于2個基坑兩側。并且順岸碼頭前沿距基坑開挖頂邊線均約 57m。

1.2 地質條件

本工程場地均為吹填砂，原始海床面標高在-20.0~-30.0m,海床面以上均為吹填的中粗砂。吹填砂表層2~12m為松散的中粗砂,以下為中密或密實的中粗砂。原始海床面以下主要為砂質粉土,粉質砂土,粉質粘土,局部有粘土夾層。吹填砂的滲透系數約為(3~9)x10cm/s,砂質粉土及粉質砂土的滲透系數約為(2~4)x10-cm/s。可見,上層吹填砂的滲透系數大,透水性強,原狀土的滲透系數較小,透水性較弱。表1為整個場地的地質資料中選出的2個典型的鉆孔資料。

1.3基坑及順岸碼頭施工情況

本工程船塢施工采用的是大開挖施工方案,由于上層吹填砂透水性強，故在基坑開挖后方增設一道臨時止水鋼板樁帷幕。鋼板樁采用的是 FSP-IV 型鋼板樁,鎖口之間的縫隙較大,再加上局部區域可能存在鋼板樁未打到相對不透水層的標高等原因,這道臨時止水帷幕未完全發揮作用。由于基坑內開挖降水，鋼板樁帷幕后的地下水位比正常情況下的地下水位要低的多,根據現場實測,基坑開挖到底后，帷幕后地下水位約-1.00m左右,原始場地的地下水位約為+1.50m。在基坑開挖施工的同時，順岸碼頭也在施工過程中，并且順岸碼頭鋼板樁施工完成早于基坑開挖到底的工況。碼頭鋼板樁深度雖未到不透水層,但是由于碼頭鋼板樁采用的是Arcelor的熱軋 AZ型鋼板樁,鎖口比較緊密,碼頭鋼板樁墻后的地下水位也比原始地下水位低,約為+0.00m,而且基本不受鋼板樁外海水水位變化的影響。碼頭及基坑開挖剖面圖見圖 2.

2 PLAXIS 模擬計算

2.1計算模型及模型參數

本文分別計算考慮基坑降水和不考慮基坑降水2個模型進行比較。考慮基坑降水的計算模型如圖3所示,采用PLAXIS程序進行數值模擬計算,計算模型中材料模型采用排水條件下的摩爾-庫倫模型。將基坑開挖、板樁碼頭施工及開挖等各工況進行模擬計算。土層參數及地下水位選擇見表2及表3。不考慮基坑降水模型也采用排水條件下的摩爾-庫倫模型,土層參數同表2,板樁碼頭的剩余水位,按英標 BS6349M中的規定取 1.3m,計算模型見圖4。表2

2.2 計算結果

分析 PLAXIS 有限元計算結果可知，考慮基坑降水的模型，當計算工況為碼頭及基坑均開挖至設計標高,水位為表3中各標高時,計算的板樁墻的最大位移位于板樁墻頂,并且位移為向岸側移動,向海側的位移僅發生在開挖面以上一段區域，此模型的位移結果圖見圖 5。而不考慮基坑降水的模型,計算工況為碼頭開挖至設計標高，剩余水位為 1.3m，此工況計算的位移結果為正常情況下的位移趨勢，最大位移發生在開挖面與拉桿中間部位，模型的位移結果圖見圖 6。

在考慮基坑降水的模型計算時，增加計算了碼頭開挖至設計標高、塢墻回填、地下水位恢復為正常地下水位(剩余水位為 1.3m)時的工況，此工況的計算板樁墻位移與不考慮基坑降水模型計算的板樁墻位移基本相同。此工況的計算位移結果圖見圖7。各計算模型的位移結果匯總見表4。

3 位移實測成果分析

本工程在施工工程中，實施了大量的監測項目，本文主要采用監測數據比較完整的 2# 順岸碼頭的測斜監測結果進行分析。

3.1 碼頭測斜監測點布置

2#順岸碼頭共布置4個測斜監測點I1-I4，見圖8 

 3.2 碼頭測斜監測成果

根據監測成果，板樁墻的位移可分為二個階段:第一階段為基坑開挖至設計標高，并已降水至坑底下，碼頭剛開挖至設計標高:第二階段為碼頭開挖至設計標高、基坑回填并停止降水。第一階段板樁墻的整體位移都是往岸側方向移動的，最大位移值為35mm。第二階段板樁墻的位移都往海側方向,最大位移值為-32mm。各監測點位移累計值成果圖見圖9和圖 10.

3.3監測成果分析與研究

2#順岸碼頭共4個監測點，這4個測點的位 移趨勢,在二個階段與理論計算的位移趨勢一致。 第一階段除了14測點外,其它3個測點位移趨勢比較接近,均向岸側位移,最大值在I3測點,位移值為35mm。I1~I3監測點的位移均為頂部較大，底部較小,且基本呈線性分布,僅頂部回填范圍可能受土體擾動的原因，實測位移值偏離線性分布較大。實測的板樁墻位移趨勢與模型計算的結果基本相同,但是數值略有差別。這可能由以下2個原因造成:

1) 測斜監測點由于碼頭的混凝土胸墻的原因無法緊貼鋼板樁設置測斜孔,實際測斜孔位位于鋼板樁后側約1.5m處。因此，監測出來的測斜成果僅為鋼板樁后側1.5m處土體的位移，并非鋼板樁的實際位移。并且，從理論上分析,該土體的位移一般會小于鋼板樁的位移,這也與實測位移相符。

2)另一個重要的原因是測斜監測孔的設置時間滯后的因素。由于施工條件的限制,測斜孔是在碼頭混凝土胸墻、拉桿等都施工完成后才設置的，因此，在安裝之前產生的位移并沒有計入測量成果中。 

第二階段除了14測點外，其它3個測點位移趨勢比較接近,均向海側位移,最大值在14測點，位移值為-32mm。11~13監測點的位移均為在拉桿及開挖面之間達到位移最大值,位移趨勢與模型計算的結果一致。 

4 結論

本文結合新加坡某新建船廠工程，對板樁位移的實際監測成果進行分析與研究，并應用PLAXIS有限元程序進行數值模擬計算，得到如下結論:

(1) 在強透水性的砂性地基中,板樁碼頭后方如有大面積基坑降水情況，在降水過程中碼頭的位移會有明顯減小，甚至會出現板樁墻的位移整體向岸側移動的現象

(2)PLAXIS有限元模擬計算的碼頭位移趨勢 與實測結果的位移趨勢完全一致，可以說明，有限元計算模型的選取，工況、設計參數的設置與實際情況較相符合，可以為以后相似直立式駁岸工程計算提供較可靠的依據。

(3)板樁碼頭后方大面積基坑降水可作為施工期控制碼頭位移的措施，并提高施工期的安全系數。 

參考文獻

[1]BS6349 Marine structures -Part 1:Code of  practice for general criteria.[S]

    [2]BS6349 Marine structures -Part 2:Design of quay walls, jetties and dolphins. [S]  

作者簡介:黃海云(1979-),男,本科,工程師,主要從事水工及特種工程、巖土工程等領域的工程設計工作。