王躍全

（上海市交通建設工程安全質量監(jiān)督站，上海市 200120）

0 引言

上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程岸線全長2 350 m，建設7個5～7萬t泊位（水工結構按靠泊15萬t級集裝箱船設計），后方陸域總面積223.16萬m2，設計年通過能力630萬標準箱。工程定位于全自動化集裝箱碼頭，堆場按垂直于碼頭前沿線布置，共61列箱區(qū)，全自動化工藝解決方案采用“雙小車岸橋+AGV+ARMG”，堆場內(nèi)使用31 m跨距的自動化軌道式龍門起重機ARMG自動裝卸作業(yè)，自動導引車AGV在碼頭堆場之間實現(xiàn)岸橋與ARMG間的自動化作業(yè)交接，港外集卡則在堆場外側與ARMG進行集裝箱交接。

洋山四期工程建設用地為外海島嶼吹填造陸形成，東西兩端分別是顆珠山島、大烏龜島，2004年完成東海大橋顆珠山海堤形成港區(qū)北邊界，南側邊界為四期工程碼頭接岸結構的擋土墻。港區(qū)陸域包括了3種完全不同的地質類型（見圖1），近90%為吹填形成，其中A區(qū)為開山爆破區(qū)；B區(qū)、C區(qū)均是開山炸石回填的硬質地基和吹砂形成的軟土地基，主要作為集裝箱堆場使用；下臥層分布著海相沉積的深厚軟土，強度低、變形大，給工程的設計與施工帶來許多困難。

圖1 洋山四期港區(qū)陸域分區(qū)示意圖

1 沉降控制思路

1.1 地基情況

洋山四期工程陸域部分主要為深厚軟土層的吹填土地基，地質條件復雜。下臥軟土層深厚，一般厚20～40 m，局部最厚處達62 m，軟土層底板標高深－50～－60 m左右，多個分層均屬高含水量、高壓縮性靈敏軟土，物理力學性質較差，是引起變形的主要不良土層。上覆吹填土為長江口砂，回填標高為+7.0 m左右，回填層平均厚度約17 m，最大回填厚度達30 m?；靥顚映跗诔休d力僅為80～120 kPa，當受到循環(huán)剪應力的作用時，易產(chǎn)生液化現(xiàn)象，從而導致地基破壞。

在軟弱地基基礎上建設全自動化碼頭，并做到工期可控、經(jīng)濟合理，滿足集裝箱堆場運行的嚴苛要求，地基基礎沉降是首先需要面對和處理的難題。按照自動化堆場裝卸工藝，設計要求地基承載力[R]≥150 kPa。經(jīng)計算，在陸域地基未加固情況下，受回填層自重荷載和使用荷載的疊加作用，堆場將產(chǎn)生0.87～5.04 m的沉降量，全區(qū)平均沉降量3.14 m。其中回填層造成的沉降占90%以上，而后期堆箱使用荷載引起的沉降量占10%左右。洋山四期工程天然地基采用了插塑料排水結合堆載預壓的加固方案，以加快天然地基排水加固?；靥顚拥鼗鶆t主要采用強夯、振沖的加固方案，以此實現(xiàn)提高地基承載力，防止回填層地基液化，減小地基工后沉降，提高路基密實度的目標。

1.2 控制思路

經(jīng)多方論證，洋山四期陸域的沉降控制提出以下思路：

（1）考慮到地基下臥層軟弱，且區(qū)域內(nèi)吹填區(qū)與開山區(qū)交錯，吹填層厚薄不一，有部分吹填層由于超深未實施插打塑排加固。將盡量減小工后沉降、控制不均勻沉降作為主要目標，即工后不均勻沉降梯度≤0.5%。

（2）吹填土地基的沉降客觀存在，地基加固后仍有殘余沉降，并且時間效應較長，沉降控制方案應綜合考慮效果、投資和工期，施工期沉降采取二次施工方式解決。

（3）分施工期、調(diào)試使用期兩個階段實施沉降觀測，定期調(diào)整堆場軌道吊軌道位置和標高，保證運行要求。

2 地基加固效果

為檢驗加固效果，選擇B區(qū)設置觀測點，埋設磁環(huán)進行分層沉降觀測。分層沉降標采用鉆孔埋設，鉆孔垂直偏差率不大于1.5%，分層沉降測點間距為4 m，底層2 m。埋設后磁環(huán)實測原始標高見表1。陸域分層沉降點沉降曲線見圖2。

表1 沉降觀測磁環(huán)原始標高 m

圖2 陸域分層沉降點沉降曲線圖

沉降觀測自陸域形成完成后實施，自2012年7月5日設點開始至2014年11月22日。圖2曲線顯示，初始階段（包括地基加固施工階段）沉降較快，施工后絕大部分陸域的沉降速率已基本穩(wěn)定,曲線呈收斂狀態(tài)，后期所有測點連續(xù)5個月沉降均小于20 mm，沉降絕對值及梯度滿足要求。數(shù)據(jù)表明洋山四期工程的地基加固方法取得了預期效果，主要沉降已完成，場地具備施工條件。

3 軌道基礎結構選型

自動化集裝箱堆場主要由堆場與ARMG軌道（含基礎）組成。堆場采用“箱條基+三渣層”基礎，此結構為上海地區(qū)港口堆場的常用結構，在外高橋港區(qū)、洋山一期～三期等工程中應用廣泛，已具有成熟的設計和施工經(jīng)驗。自動化堆場內(nèi)實施堆箱作業(yè)的ARMG，根據(jù)裝卸作業(yè)效率需求，最快運行速度達240 m/min，對軌道的安裝精度和平整度、順直度要求很高[1]?？紤]堆場仍存在殘余沉降和不均勻沉降的實際情況，軌道基礎的選型必須適應沉降影響，這是實現(xiàn)自動化堆場功能和控制運營維護費用的關鍵所在。

3.1 軌道基礎結構主要形式

目前國內(nèi)能較好解決不均勻沉降問題的ARMG基礎形式主要有以下3種：

（1）樁基軌道梁基礎（剛性基礎），通過設置樁基達到消除沉降和不均勻沉降的目的。

（2）軌枕道碴基礎（柔性基礎），通過調(diào)整道碴厚度解決使用期產(chǎn)生的整體沉降和不均勻沉降問題。

（3）可調(diào)節(jié)彈性地基梁基礎，通過調(diào)節(jié)基礎與鋼軌間的上、下層鋼板達到協(xié)調(diào)不均勻沉降的目的。

3.2 軌道基礎設計方案

設計提出軌道基礎0.5%沉降梯度的控制標準，經(jīng)測算陸域大部分區(qū)域經(jīng)加固后，殘余沉降基本不影響ARMG正常運行，故上述3種方案均具可行性。

樁基軌道梁方案在運營期的使用效果比較理想，但投資高、工期長，開山區(qū)、塊石回填區(qū)和吹填區(qū)圍堤部位施工難度大，并且與軌道周邊箱區(qū)沉降差大等，存在諸多不利因素，不是最適合洋山自動化堆場的最佳方案。兩種可調(diào)整的軌道基礎型式，經(jīng)過初期調(diào)整均可滿足運營期的正常使用要求，在投資、工期等方面更有優(yōu)勢。軌枕道渣方案和可調(diào)式軌道梁方案在調(diào)整不均勻沉降能力方面各有千秋，前者對于調(diào)整較大的不均勻沉降作用明顯，而后者則適用于需進行微調(diào)、精度較高的場合。

綜合考慮陸域地基實際和自動化軌道控制指標要求，結合兩種可調(diào)方案的優(yōu)點，組合形成“帶槽（U型槽）軌枕道砟+可調(diào)基座”方案[2]（見圖3），軌枕道砟基礎上部為32 cm厚預制軌枕，通過壓件與鋼軌連接，下設650 mm厚的道碴基層。該方案能很好適應洋山四期的地基特點，同時經(jīng)濟指標好，相對樁基方案投資節(jié)約明顯。

圖3 雙重可調(diào)式軌道基礎示意圖

4 沉降控制效果

4.1 施工期

施工期沉降觀測每條軌道布設3處，分別位于南北兩側車檔預埋鋼板和中間錨定預埋鋼板上，平均每個月測量1次，表2為施工期典型箱區(qū)測點沉降數(shù)據(jù)。軌道槽（包含聯(lián)合基礎）實行二次施工，第2次澆筑前，通過沉降觀測數(shù)據(jù)預留沉降量，適當調(diào)整并確定各箱區(qū)軌道預埋板的施工安裝標高，由此最終形成各箱區(qū)軌道安裝及精調(diào)標高[3]。

表2 施工期典型箱區(qū)測點沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)，施工期情況分析如下：

（1）自動化箱區(qū)大部分區(qū)域的施工期沉降量基本在50 mm以內(nèi)，且不均勻沉降坡比控制在0.1%～0.4%范圍內(nèi)，總體沉降情況與預計基本一致。最后箱區(qū)平均沉降量控制在5 mm/月以內(nèi)，施工期沉降趨于穩(wěn)定。

（2）軌道基礎施工期間發(fā)生的沉降量通過軌道槽（聯(lián)合基礎）二次施工等手段已基本消除，僅少數(shù)拋石區(qū)無法進行插打塑排進行深層加固的區(qū)域沉降尚未穩(wěn)定。軌道基礎最后完工標高與設計標高基本相符，保證了軌道安裝精度。

4.2 調(diào)試使用期

按計劃自動化碼頭調(diào)試期1年左右，軌道吊將分別進行空載、重載調(diào)試運行，在部分箱區(qū)進行了集裝箱堆存作業(yè)。為全面客觀掌握工后沉降情況，并監(jiān)控工程營運期道路堆場和軌道等設施設備安全，保證自動化碼頭的可靠運行和后續(xù)調(diào)整工作實施，需要繼續(xù)開展使用期沉降位移觀測工作，同時可以掌握軌道槽與鋼軌的沉降差值，并由此驗證道砟密實情況。

調(diào)試箱區(qū)每條鋼軌頂部每間隔20 m左右布設1處，同時在鋼軌對應的軌道槽墻身頂部也布設1處，掌握調(diào)試期間沉降變化情況。所有軌道沉降觀測點全部進行初測，并記錄現(xiàn)有標高情況。后續(xù)穩(wěn)定以后，每根軌道南北兩側車檔和中間錨定基礎位置設永久觀測點銅釘。觀測結合維護工作實施，沉降尚未穩(wěn)定、差異沉降比較明顯需重點關注的箱區(qū)初期安排1個月測量一次，對于沉降相對穩(wěn)定的箱區(qū)可適當延長觀測間隔時間，最長不超過2個月。后續(xù)觀測頻率及具體結束觀測沉降時間根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析后確定。表3、表4分別為調(diào)試使用期中43#箱區(qū)及其余箱區(qū)測點沉降數(shù)據(jù)。

表3 43#箱區(qū)設備調(diào)試期（2016-08～2016-12）沉降數(shù)據(jù)表

從觀測數(shù)據(jù)進行分析：

（1）40#～44#箱區(qū)為首批ARMG進場調(diào)試的箱區(qū)，軌道與軌道槽的沉降趨勢一致，每條軌道連續(xù)5個月累計沉降量均在30 mm以內(nèi)。

（2）前期月均沉降量大于5 mm，經(jīng)過一段時間后月均沉降量逐漸減小，最后各箱區(qū)平均沉降量控制在5 mm/月以內(nèi)，沉降趨于穩(wěn)定。同箱區(qū)東、西軌同截面高差基本在10 mm以內(nèi)，調(diào)試期間運行情況基本正常，未出現(xiàn)跳車、啃軌等影響行車的現(xiàn)象。

表4 調(diào)試使用期典型箱區(qū)測點沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

（3）調(diào)試使用期沉降主要是以場地沉降為主，道砟引起的沉降量很小，驗證了道砟回填與碾壓的施工質量。施工的陸域標高設計時已考慮了一部分沉降量，調(diào)試使用期的場地標高可以滿足自動化堆場使用要求。

5 結語

（1）綜合施工和調(diào)試使用兩個階段的沉降觀測數(shù)據(jù)，說明在復雜軟弱地基條件下建設全自動化堆場時，采用洋山四期的沉降控制思路和方法是可行的，沉降控制結果基本與預計值接近。

（2）地基的前期加固處理、施工期沉降和調(diào)試使用期，堆場沉降量前期大后期小，逐漸趨于穩(wěn)定。整個堆場以箱區(qū)為單元來控制，箱區(qū)的沉降變形可控，能滿足設備的運行要求。

（3）針對洋山四期工程客觀情況所提出的新型非樁基軌道基礎結構型式——“帶槽（U型槽）軌枕道砟+可調(diào)基座”，將常規(guī)的軌枕結構優(yōu)化為帶可調(diào)支座的新型軌枕結構，具有良好的適應地基沉降變形能力，也便于后期軌道調(diào)整，道砟與基座雙可調(diào)機制能適應殘余沉降量較大的地基。

（4）由于測點數(shù)量較多，目前的人工方式工效低且會影響港區(qū)運營，需要盡快研究自動化測量方案，提高沉降變形觀測的效率與精度，發(fā)生超限能及時報警處置，保障自動化堆場作業(yè)正常運行。

參考文獻：

[1]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程堆場軌道基礎專題研究報告[R].上海：中交第三航務工程勘察設計院有限公司，2014.

[2]韓時捷，王施恩，周亞平.雙重可調(diào)式軌道基礎研究與設計[J].水運工程，2016（9）：126-129.

[3]中建港務建設有限公司.洋山四期道堆工程交工施工總結[R].上海：中建港務建設有限公司，2017.