黃晉申，李守龍

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

1 工程概況

上海液化天然氣（LNG）接收站位于上海國際航運(yùn)中心，洋山深水港區(qū)東港區(qū)的中門堂島和西門堂島，陸域形成工程是整個LNG接收站項目的前期工程。

接收站主體陸域形成總面積為42萬m2，包括西門堂島面積約12萬m2，中門堂島面積約3萬m2，周邊海域面積27萬m2[1]。陸域形成工程共分4部分：海堤（分南堤、西內(nèi)堤、北內(nèi)堤及聯(lián)絡(luò)堤）、島嶼開山、陸域形成及地基處理。南堤位于西門堂島南側(cè)，前方即為洋山港進(jìn)港航道，東側(cè)連接中門堂島，長782 m；西內(nèi)堤及北內(nèi)堤環(huán)繞西門堂島連接?xùn)|側(cè)中門堂島，總長1 470 m；聯(lián)絡(luò)堤連接LNG接收站與后方洋山深水港區(qū)的大指頭島，長1 358 m。接收站陸域形成總體平面布置見圖1。

2 自然條件

2.1 地質(zhì)條件

2.1.1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，工程海域各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.1.2 陸域形成地質(zhì)條件分析

本陸域形成工程范圍較大，工程區(qū)域地質(zhì)條件也比較復(fù)雜。根據(jù)各分部工程位置，結(jié)合土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，陸域形成地質(zhì)情況概況如下：

1） 各條海堤位置水域地形變化較大，泥面標(biāo)高為-0.56～-21.78 m，I淤泥、III1-1淤泥及III1-2淤泥質(zhì)黏土層廣泛發(fā)育，具有高含水量，高壓縮性，低強(qiáng)度等特征，屬典型的海域軟土地基。II層各砂質(zhì)粉土及III3粉細(xì)砂條件相對較好，Ⅱ3粉細(xì)砂在靠近大指頭島區(qū)域較發(fā)育，厚度約1.0～7.0 m。深層為IV層及Ⅴ層，均為低壓縮性土層，工程地質(zhì)條件良好。

2） 接收站主體擬陸域形成區(qū)地形變化同樣較大，靠近島側(cè)區(qū)域泥面標(biāo)高為+0.08～-5.91 m。遠(yuǎn)離島側(cè)區(qū)域泥面標(biāo)高為-10.10～-17.08 m。Ⅰ淤泥、Ⅱ1粉質(zhì)黏土夾粉砂、Ⅲ1-1淤泥、Ⅲ1-2淤泥質(zhì)黏土及Ⅲ2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為不良地基土層，且廣泛發(fā)育，厚度較大。

2.2 水文條件

2.2.1 基準(zhǔn)面

工程潮位以及設(shè)計高程系統(tǒng)均以小洋山理論最低潮面為零點(diǎn)，各基準(zhǔn)面間的關(guān)系見圖2。

圖2 各基準(zhǔn)面相互關(guān)系

2.2.2 設(shè)計水位

平均海平面：2.56 m（小洋山理論最低潮面，下同）；

潮峰累積頻率10%設(shè)計高水位：4.51 m；

潮谷累積頻率90%設(shè)計低水位：0.53 m；

重現(xiàn)期100 a一遇極端高水位：5.83 m；

重現(xiàn)期50 a一遇極端高水位：5.71 m；

重現(xiàn)期50 a一遇極端低水位：-0.47 m。

2.3 波浪條件

工程區(qū)域南堤主要受S向波浪的作用，50 a一遇波浪在設(shè)計高水位時，H1%=4.07 m，L=63.1 m，T=6.61 s。聯(lián)絡(luò)堤主要受NE向波浪的作用，50 a一遇波浪在設(shè)計高水位時，H1%=4.29 m，L=54.1 m，T=6.93 s。

施工海域風(fēng)大，浪較高，寒流、臺風(fēng)每年都有發(fā)生，受島礁地形影響，施工區(qū)域流態(tài)復(fù)雜。

3 工程主要難點(diǎn)

3.1 較復(fù)雜的外海島嶼條件

工程地位于洋山深水港東側(cè)的中、西門堂島，建設(shè)時尚為外海孤島，無相關(guān)配套設(shè)施。場址區(qū)域工程地質(zhì)、水文條件等均較復(fù)雜。西門堂島山體面積狹小，四周無可用場地，開山土方需立即用于便道施工，石方用于各條永久海堤施工，施工工藝互有交叉，施工組織難度較大。

3.2 LNG接收站的重要性

LNG是危險化工品，又緊鄰洋山集裝箱深水港區(qū)，因而安全性異常重要。南堤靠近洋山港進(jìn)港航道，直接受外海波浪作用，是保證LNG場站安全的最重要屏障。根據(jù)JTJ304—2003《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》[2]及JTJ298—1998《防波堤設(shè)計與施工規(guī)范》[3]，確定南堤結(jié)構(gòu)為I級水工建筑物，擋浪墻設(shè)計需滿足100 a一遇水位+50 a一遇波浪作用下基本不越浪，以保證接收站安全。其它西、北內(nèi)堤及聯(lián)絡(luò)堤設(shè)計結(jié)構(gòu)為II級水工建筑物，擋浪墻設(shè)計需滿足50 a一遇水位+50 a一遇波浪作用下基本不越浪,保證接收站與洋山深水港區(qū)唯一聯(lián)絡(luò)通道的結(jié)構(gòu)安全。

3.3 LNG接收站的較高使用要求

根據(jù)總體設(shè)計初始交工要求，陸域形成地基處理后場地殘余沉降需小于10 cm。在場地地基有較深厚軟土地基、回填荷載較大的情況下，需大面積采用復(fù)合地基基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，地基處理工程費(fèi)用昂貴，后經(jīng)協(xié)商，地基處理標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為：1） 工后殘余沉降小于30 cm；2） 表層6 m范圍地基承載力達(dá)到150 kPa。調(diào)整后場地大部分區(qū)域均能滿足使用要求，少數(shù)重要建筑物基礎(chǔ)需后期進(jìn)行二次處理，大大降低了工程造價。

3.4 工期緊且工程量大

陸域形成工程合同總工期為2 a，工程量較大，開山實方量約330萬m3，累計海堤總長度超過3.6 km，海域吹填方量105萬m3，站址海域軟基地基處理27萬m2等。另外工程區(qū)域范圍廣，分部分項工程多，開山、多條海堤、吹填及場地地基處理需同步交叉進(jìn)行，以滿足總工期要求及解決施工場地小、開山石料難以大量堆存等矛盾。

4 陸域形成設(shè)計方案及其特點(diǎn)

4.1 設(shè)計原則

本工程不同于一般的圍海陸域形成造地，它包含多項分部工程：開山、海堤、接收站陸域形成及地基處理。工程地位于外海孤島，故土石方的來源、既有材料的合理利用就顯得尤為重要。如大量的材料需要從外界海運(yùn)調(diào)入，則工程總體造價就不在可控范圍內(nèi)，設(shè)計也難言成功，故本工程最重要的設(shè)計原則就是土石方總體平衡。

4.2 土石方平衡設(shè)計方案

首先計算島嶼既有石料量，按以下步驟進(jìn)行：1） 接收站范圍內(nèi)的西門堂島、中門堂島開山實方量按等高線進(jìn)行準(zhǔn)確計算；2） 根據(jù)西門堂島山體地質(zhì)勘察資料，估算山體可用的中、微風(fēng)化石料比例約70%（按實際開山情況動態(tài)調(diào)整，最后統(tǒng)計出石率約74%）；3）最后考慮開山巖石松散系數(shù)（設(shè)計取1.3）后得到最終的可用石料量。

以計算松方量為基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)各分部工程設(shè)計，將中、微風(fēng)化石料優(yōu)先用于3.6 km海堤結(jié)構(gòu)，滿足石方平衡；確定合理的場站范圍海域吹填砂設(shè)計標(biāo)高，既要便于后續(xù)場地地基處理，又要將剩余的開山山皮土及強(qiáng)風(fēng)化巖用于陸域上層回填及地基處理補(bǔ)填料，最終達(dá)到工程總體土石方基本平衡，棄方最小，造價最省的目的。

4.3 海堤設(shè)計

4.3.1 南堤及西、北內(nèi)堤

南堤及西、北內(nèi)堤均采用對地基較為適應(yīng)，消波性能良好，易于修復(fù)的斜坡堤結(jié)構(gòu)形式。可供選擇的圍堤地基處理方式很多，如清淤法、插塑料排水板+分層拋填法、復(fù)合地基法及爆破擠淤法等。本工程泥面深度及軟土厚度適中，西門堂島又可提供充足的開山石料，考慮土石方平衡，島周圍海堤采用可靠、進(jìn)度快的爆破擠淤地基處理方案。通過爆除堤下軟土層，使堤身坐落于地質(zhì)條件好的黏土及強(qiáng)風(fēng)化巖等持力層上，爆破擠淤平均處理深度約13 m。

南堤按基本不越浪標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)規(guī)范[3]計算堤頂標(biāo)高取+8.0 m，擋浪墻頂標(biāo)高考慮沉降因素取+10.3 m，擋浪墻外平臺高+9.5 m。結(jié)構(gòu)外坡頂面坡度1∶1.5，按前述設(shè)計波浪計算后采用扭王字塊體護(hù)面，安放1層，單體重量4.5 t，護(hù)面層下設(shè)置250～450 kg塊石墊層，厚度為1.1 m；下部坡度1∶2，護(hù)面采用600～800 kg塊石；坡底棱體為 300～800 kg拋理塊石，坡度1∶3；外坡護(hù)底采用10～100 kg塊石。圍堤內(nèi)坡設(shè)倒濾結(jié)構(gòu)及反濾土工布，防止吹填砂流失，坡度1∶2。南堤典型設(shè)計斷面見圖3。

西、北內(nèi)堤臨海側(cè)為擬建港池，所受波浪較小，故堤頂標(biāo)高可降至+7.5 m，漿砌塊石擋浪墻頂標(biāo)高+8.0 m。外坡護(hù)面1∶1.5，根據(jù)設(shè)計波浪情況不同，西堤同南堤相接圓弧段采用南堤斷面形式；其余西內(nèi)堤外坡采用柵欄板護(hù)面，厚0.45～0.55 m，下設(shè)150～250 kg塊石墊層0.8 m；北內(nèi)堤采用300～500 kg塊石護(hù)面，厚1.1 m，下設(shè)50～100 kg塊石墊層0.6 m；下部為300～500 kg拋石棱體，外坡1∶3。內(nèi)坡結(jié)構(gòu)同南堤。

4.3.2 聯(lián)絡(luò)堤

根據(jù)聯(lián)絡(luò)堤具體地質(zhì)情況，其南段及北段分別采用爆破擠淤法及拋石擠淤法進(jìn)行地基處理。聯(lián)絡(luò)堤中段約500 m海域表層普遍分布有1.5～7 m厚的II3粉細(xì)砂層，若同樣采用爆破擠淤，一方面由于砂層較硬，爆破埋藥將比較困難，另外還需大量的石方置換該層?？紤]整個工程的開山石方已不足，且淺層較好的砂層爆除也非?？上?，最終采用插設(shè)塑料排水板+分級拋填堤身設(shè)計方案。

施工時水上施打塑料排水板，板長16.5～26.5 m，穿透III1-2淤泥質(zhì)黏土層底并進(jìn)入下部土層1 m。堤身施工時分級拋填，每一級拋填應(yīng)有一定的時間間隔（包括加載期約3～4個月），以保證堤身下軟土充分排水固結(jié)，強(qiáng)度得到增長以滿足施工期的穩(wěn)定要求[4]。聯(lián)絡(luò)堤上部斷面結(jié)構(gòu)同南堤類似，由于西北側(cè)波浪較大且聯(lián)絡(luò)堤是唯一同洋山港區(qū)連通的陸路及公用管線通道，故堤頂標(biāo)高經(jīng)計算后偏安全取+8.5 m。東北側(cè)擋浪墻頂標(biāo)高+10 m，外坡護(hù)面采用6 t扭王塊；西北側(cè)以后為港池，外坡采用300～500 kg大塊石護(hù)面，頂設(shè)0.3 m高護(hù)輪坎，兩側(cè)坡度均為1∶1.5～1∶3，設(shè)反壓寬平臺滿足圍堤整體穩(wěn)定要求。聯(lián)絡(luò)堤塑料排水板處理段典型斷面見圖4。

4.3.3 海堤整體穩(wěn)定分析

根據(jù)JTJ 250—98《港口工程地基規(guī)范》[5]進(jìn)行圍堤整體穩(wěn)定分析，圍堤施工期及使用期的內(nèi)、外坡穩(wěn)定性均采用費(fèi)倫紐斯條分法進(jìn)行計算。

整體穩(wěn)定計算土層指標(biāo)的選用原則：原土的強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告選用，各主要土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)在施工期采用三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度，使用期采用直剪固快指標(biāo)，堤下爆填塊石層指標(biāo)按水下塊石指標(biāo)取值，塑料排水板加固海堤考慮地基強(qiáng)度增長。荷載選?。?）施工期堤頂荷載按均布荷載20 kN/m2考慮，后方陸域地基處理堆載預(yù)壓荷載（堆載至+11.0 m）；2）使用期堤頂荷載堤頂?shù)缆钒?0 kN/m2考慮；3）荷載持久組合：按極端低水位計算整體穩(wěn)定性。各條海堤整體穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

表2 海堤整體穩(wěn)定計算結(jié)果

各條海堤計算斷面內(nèi)、外坡在施工期抗力分項系數(shù)均大于1.1，外坡使用期均大于1.2，滿足規(guī)范要求。

4.3.4 海堤沉降分析

海堤沉降采用分層總和法并考慮經(jīng)驗修正系數(shù)計算，計算位置為海堤堤頂中心。爆破擠淤處理圍堤，按一維固結(jié)理論計算海堤下土層固結(jié)度；塑料排水板加固海堤考慮地基固結(jié)及堤身分級施工對沉降影響。各條海堤沉降計算結(jié)果見表3。

表3 海堤沉降計算結(jié)果

根據(jù)表3計算，爆破擠淤處理海堤中心殘余沉降為0.22～0.29 m，塑料排水板處理段聯(lián)絡(luò)堤中心殘余沉降稍大，為0.35～0.41 m，可通過堤頂結(jié)構(gòu)層后期施工及預(yù)留部分沉降等措施予以解決。

4.3.5 海堤主要設(shè)計特點(diǎn)

1） 工程區(qū)域位于洋山深水港，爆破擠淤處理圍堤累計長度逾3 km，如此長的爆破擠淤處理圍堤設(shè)計在上海范圍內(nèi)大規(guī)模采用尚屬首次。爆破擠淤圍堤施工進(jìn)度快，圍堤穩(wěn)定性好，只要開山石方足夠，可同時多個作業(yè)面施工，從而有效保證了接收站陸域形成施工的進(jìn)度要求。

2） 聯(lián)絡(luò)堤設(shè)計根據(jù)地質(zhì)情況不同，考慮節(jié)約造價及施工可行性，聯(lián)絡(luò)堤兩端分段采用爆破擠淤處理，中間表層砂層較厚段采用了水上插板+堤身分級拋填方案。兩種不同堤身處理方式的過渡段是本圍堤設(shè)計的一個難點(diǎn)，通過插板拋填堤身出水，修筑子堤連接、子堤兩側(cè)再多次爆破擠淤的重復(fù)地基處理方式，圓滿地完成了兩個過渡段的設(shè)計及施工。

3） 采用爆破擠淤處理圍堤設(shè)計，成功使用了大量西門堂島開山石，達(dá)到了工程土石方總體平衡的目的，節(jié)約了工程造價。

4.4 陸域形成及地基處理設(shè)計

接收站最終地坪設(shè)計標(biāo)高為+7.5 m，考慮約0.7 m厚面層結(jié)構(gòu)厚度，確定地基處理后交工面標(biāo)高為+6.8 m。

4.4.1 陸域形成設(shè)計

根據(jù)后續(xù)的地基處理方案及土石方總體平衡，陸域形成采用吹填砂+回填山皮土方案。按接收站平面布置及西門堂島山體地形，站址周圍海域分為4個分區(qū)形成。陸域回填材料考慮便于后續(xù)處理，底部采用吹填粉細(xì)砂，吹填標(biāo)高為+4.5 m，上層采用開山山皮土回填。

4.4.2 地基處理設(shè)計

接收站靠近山體，地質(zhì)變化較復(fù)雜，局部海域有15 m厚的淤泥質(zhì)軟土層；而且場站陸域形成標(biāo)準(zhǔn)較高，故地基處理需加大力度以滿足交工標(biāo)準(zhǔn)。

地基處理采用插設(shè)塑料排水板+堆載預(yù)壓+卸載后強(qiáng)夯方案。主要思路是在施工期通過塑料排水板及堆載預(yù)壓使下臥軟土層充分排水固結(jié)，完成絕大部分深層軟土沉降；再通過卸載后強(qiáng)夯密實消除大部分回填層的沉降量，同時表層形成5～6 m厚的硬殼層提高地基承載力。

塑料排水板吹填后陸上打設(shè)，平均長15 m，正方形布置，間距1.1 m。堆載預(yù)壓采用山皮土石，堆載頂標(biāo)高+12 m，分區(qū)滿載靜壓4.5個月后卸載至+7.1 m。采用180 t·m強(qiáng)夯法加固回填層，采用兩遍跳檔夯，夯點(diǎn)間距6 m，單點(diǎn)夯擊不小于10擊，最后100 t·m搭接普夯及振動碾壓后達(dá)到地基加固交工面標(biāo)高+6.8 m。

陸域地基插板處理后，插板范圍內(nèi)軟土在吹填及預(yù)壓附加荷載作用下4.5個月固結(jié)度即可達(dá)到90%左右；軟土下未加固土層固結(jié)度按一維固結(jié)理論計算，施工期結(jié)束時下部未加固土層固結(jié)度一般可達(dá)0.3～0.6，使用期殘余沉降計算按使用荷載30 kPa考慮。各區(qū)施工期沉降及使用期殘余沉降見表4。

表4 各區(qū)地基施工期沉降及使用期殘余沉降m

4.4.3 陸域形成及地基處理主要設(shè)計特點(diǎn)

1） 以土方平衡為原則，根據(jù)剩余開山石土方量，確定合適的吹填砂標(biāo)高，使之既有一定厚度滿足排水及陸上插板施工條件，又將剩余土石方用于回填和地基處理補(bǔ)料，減少了吹填砂量和最終棄方量。

2）針對LNG接收站大部分區(qū)域位于海域，軟土較厚且不均勻，又有較高的陸域形成交工要求，通過塑料排水板加固深層軟土，結(jié)合堆載預(yù)壓在施工期消除大部分沉降量，上部回填層通過卸載后強(qiáng)夯予以密實消除沉降量。從工程主體施工完成到半年后的沉降監(jiān)測情況看，陸域沉降趨于收斂穩(wěn)定，加固效果理想。最終接收站場地形成及地基處理造價約215元/m2，同類似陸域形成工程相比造價是比較低的。

5 結(jié)語

上海LNG接收站項目陸域形成工程位于洋山深水港區(qū)，屬典型的外海孤島作業(yè)，區(qū)域地質(zhì)條件比較復(fù)雜，分項工程多，海堤累計長度大，陸域形成要求較高，設(shè)計上存在一定的難度。總體陸域形成設(shè)計要兼顧開山、海堤、填海及海域場地處理，在孤島條件下最主要設(shè)計原則是工程土石方總體平衡。采用進(jìn)度快、穩(wěn)定性高的爆破擠淤法置換大部分海堤下的軟土地基，使用了全部西門堂島嶼開山石，既滿足了施工進(jìn)度要求，又降低了海堤工程造價。

LNG接收站場地的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要合理。所有場地統(tǒng)一高標(biāo)準(zhǔn)不僅會大幅增加造價，而且還會影響工期。在滿足大部分區(qū)域使用要求基礎(chǔ)上，通過對重要建筑物后期進(jìn)行二次處理，可大大降低工程費(fèi)用，且滿足工程要求。

[1] 中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院.上海液化天然氣（LNG）接收站和海底輸氣干線項目陸域形成工程初步設(shè)計、施工圖設(shè)計[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2005.

[2]JTJ304—2003，液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTJ298—1998，防波堤設(shè)計與施工規(guī)范[S].

[4] 地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[5] JTJ250—98，港口工程地基規(guī)范[S].