廣西重力式碼頭漏砂及檢(監(jiān))測(cè)分析

李 金，劉姝麟， 賈春陽(yáng)，戚謝軍

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；2.欽州市交通運(yùn)輸局，廣西 欽州 535099)

0 引言

重力式碼頭由于其施工工藝簡(jiǎn)單且施工技術(shù)較成熟，能夠承受較大的船舶荷載、地面集中荷載和活荷載，后期維修費(fèi)用較低，在廣西沿海地區(qū)應(yīng)用比較廣泛。廣西沿海重力式泊位占廣西沿海碼頭泊位總數(shù)的95%以上[1]。碼頭運(yùn)營(yíng)時(shí)期，在現(xiàn)場(chǎng)高負(fù)荷、復(fù)雜的工作環(huán)境下，重力式碼頭容易出現(xiàn)裂縫、變形、漏砂、基床淘空等病害，其中漏砂是重力式碼頭常見(jiàn)病害之一，危害也較大。漏砂病害主要表現(xiàn)為重力式碼頭面層及后方堆場(chǎng)因漏砂而局部塌陷，該病害的發(fā)展如果得不到有效的控制，將嚴(yán)重影響碼頭安全運(yùn)營(yíng)，縮短碼頭使用壽命。

本文針對(duì)重力式碼頭漏砂問(wèn)題，分析了漏砂產(chǎn)生的原因，提出可采取多種檢(監(jiān))測(cè)手段進(jìn)行預(yù)控，為病害預(yù)警、防控提供依據(jù)。

1 重力式碼頭漏砂產(chǎn)生的原因分析

廣西地區(qū)重力式碼頭基礎(chǔ)大多數(shù)采用大體積的墻身結(jié)構(gòu)。大體積墻身結(jié)構(gòu)具有施工方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但相鄰墻身結(jié)構(gòu)接縫處也較易發(fā)生漏砂。重力式碼頭漏砂產(chǎn)生的原因主要有：

(1)墻身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降和位移，形成縫隙而出現(xiàn)漏砂[2]。施工過(guò)程中，拋石基床、基床清淤和塊石大小沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工處理，造成拋石基床壓縮不密實(shí)；施工的工序不當(dāng)，各環(huán)節(jié)銜接不合理，基床整平、夯實(shí)施工質(zhì)量不高，在安裝墻身結(jié)構(gòu)時(shí)相鄰結(jié)構(gòu)不均勻下沉產(chǎn)生相對(duì)位移，造成結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)縫隙，導(dǎo)致反濾料從縫隙中流失，最終導(dǎo)致碼頭出現(xiàn)漏砂。

(2)反濾結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)沒(méi)有隨著墻身結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和大型化而相應(yīng)做出調(diào)整[3]。反濾結(jié)構(gòu)極易在發(fā)生不均勻沉降和位移之后被破壞，且不易修復(fù)；反濾結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間小，施工難度較大，質(zhì)量難以得到控制，導(dǎo)致反濾結(jié)構(gòu)質(zhì)量參差不齊，極易被破壞。

(3)排水箱涵與墻身結(jié)構(gòu)間接縫過(guò)大導(dǎo)致砂從排水涵之間及排水涵與墻身結(jié)構(gòu)之間的接縫漏出[4]。

(4)施工期墻身結(jié)構(gòu)縫處土工布布置不到位，致使結(jié)構(gòu)縫處出現(xiàn)縫隙造成漏砂。土工布布置不到位容易被海水托起脫離墻身結(jié)構(gòu)，使接縫縫隙沒(méi)法堵上，而潮流的沖擊會(huì)淘出墻身結(jié)構(gòu)后的回填砂體，造成碼頭后方漏砂。

2 檢(監(jiān))測(cè)手段

針對(duì)重力式碼頭漏砂問(wèn)題，在施工期、運(yùn)營(yíng)期可采取多種手段進(jìn)行檢(監(jiān))測(cè)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出合理可行的解決辦法、措施，以便運(yùn)營(yíng)管理方及時(shí)采取工程措施進(jìn)行處理，使碼頭后期運(yùn)營(yíng)更加安全。

2.1 施工期埋設(shè)分層沉降儀監(jiān)測(cè)

分層沉降環(huán)觀測(cè)用于測(cè)量墻身結(jié)構(gòu)內(nèi)部回填砂的沉降變形。分層沉降量的測(cè)量是通過(guò)在回填砂吹填完成并振沖密實(shí)后埋設(shè)沉降管，再把沉降環(huán)套在沉降管上，觀測(cè)沉降數(shù)據(jù)時(shí)，從沉降管中放下探頭測(cè)量磁環(huán)的位置，通過(guò)外觀測(cè)量觀測(cè)沉降管口高程并計(jì)算出磁環(huán)觀測(cè)時(shí)的高程，用初始高程減去觀測(cè)時(shí)的高程，得到回填砂的沉降量[5]。分層沉降儀埋設(shè)如圖1所示。

圖1 鉆孔埋設(shè)分層沉降儀示意圖

欽州港某碼頭水工工程在修建后，因前沿安裝的沉箱之間存在構(gòu)件拼接縫，后期受浪潮、水流等影響，在碼頭水工工程沉箱后側(cè)所回填的中粗砂通過(guò)構(gòu)件拼接縫緩慢流失，甚至被掏空，導(dǎo)致碼頭的承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也受到了一定的影響。為了消除安全隱患，施工方?jīng)Q定鑿除上部結(jié)構(gòu)以及處理構(gòu)件拼接縫后重新回填中粗砂，并進(jìn)行密實(shí)處理，同時(shí)開(kāi)展周期性的沉降監(jiān)測(cè)，其目的是監(jiān)測(cè)回填砂的變化情況。其監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖2所示。在每?jī)蓚€(gè)墻身結(jié)構(gòu)拼接縫間的軸線上布置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，其中前點(diǎn)靠近墻身結(jié)構(gòu)，后點(diǎn)靠近后方陸域。設(shè)備安裝后，在施工期每點(diǎn)每5 d觀測(cè)一次。

通過(guò)整理、收集觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析日沉降量變化曲線及累計(jì)分層沉降量變化曲線，確定測(cè)點(diǎn)各深度沉降范圍值，了解施工期回填材料是否流失，確保工程結(jié)構(gòu)安全。測(cè)點(diǎn)典型沉降變化曲線見(jiàn)圖3和圖4。

圖2 某碼頭監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖(m)

圖3 日沉降量檢測(cè)成果曲線圖

圖4 累積沉降量監(jiān)測(cè)成果曲線圖

通過(guò)在施工期埋設(shè)分層沉降環(huán)，及時(shí)掌握墻后回填砂的沉降變化和回填砂有無(wú)流失情況，確保了碼頭上部結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定。

2.2 運(yùn)營(yíng)期地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)是采用電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布和對(duì)不可見(jiàn)目標(biāo)體或地下界面進(jìn)行掃描，以確定其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)或位置的電磁技術(shù)。其工作原理為：地質(zhì)雷達(dá)法[6]工作時(shí)，雷達(dá)主機(jī)發(fā)射電磁波信號(hào)到地下，當(dāng)電磁波在地下傳播遇到不同的波阻抗界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)。主機(jī)在接收反射信號(hào)后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理，可用來(lái)確定地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)狀態(tài)，判斷目標(biāo)介質(zhì)的離地距離、大小等特性。電磁波以寬頻帶脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)體反射或透射，被接收天線所接收。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理如圖5所示。

圖5 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理示意圖

地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掃描快速查明缺陷規(guī)模及位置時(shí)，關(guān)鍵是要根據(jù)所測(cè)量目標(biāo)介質(zhì)的類型、規(guī)模、位置等信息，合理安排布置雷達(dá)測(cè)線。

經(jīng)調(diào)研，廣西沿海某碼頭在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，在惡劣、復(fù)雜的環(huán)境下，部分碼頭出現(xiàn)漏砂等病害。為了查清病害的原因和病害程度，運(yùn)營(yíng)管理方?jīng)Q定采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)碼頭面層下部地質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)，目的是排查回填面層下部是否存在空洞、不密實(shí)及面板脫空等病害。其典型空洞地質(zhì)雷達(dá)掃描圖像如圖6所示。

在運(yùn)營(yíng)期通過(guò)對(duì)碼頭進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)回填面層下部局部存在漏砂引起的空洞、不密實(shí)及面板脫空病害。

圖6 某碼頭地質(zhì)雷達(dá)空洞、不密實(shí)區(qū)掃描圖像示例圖

2.3 運(yùn)營(yíng)期潛水探摸檢測(cè)基礎(chǔ)

針對(duì)基床淘砂、墻身結(jié)構(gòu)接縫處漏砂等病害，可通水探摸、攝影的方式檢查基床和基礎(chǔ)的沖刷、淘空情況，如墻身結(jié)構(gòu)下部基床是否存在明顯或嚴(yán)重掏空等；基床塊石粒徑及空隙狀況，應(yīng)輔以照相或攝影、探測(cè)獲取相關(guān)資料；檢查墻身結(jié)構(gòu)頂部與蓋板底面間縫隙寬度、縫隙漏砂情況以及相鄰接縫處的漏砂情況；通過(guò)潛水探摸排查出相鄰沉箱墻身接縫處、沉箱前趾與基礎(chǔ)連接處有無(wú)漏砂。

2.4 運(yùn)營(yíng)期地表沉降觀測(cè)

地表沉降位移觀測(cè)分為垂直位移觀測(cè)和水平位移觀測(cè)[7]。垂直位移觀測(cè)和水平位移觀測(cè)應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的沉降情況，對(duì)可能受到影響的建筑物及不同結(jié)構(gòu)分界處、沉降縫、基礎(chǔ)或斷面發(fā)生變化地方布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度和適用范圍見(jiàn)表1。

表1 沉降觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度和適用范圍對(duì)照表

欽州港某碼頭墩臺(tái)聯(lián)鎖塊面層及工作平臺(tái)混凝土板塊面層均有不同程度的不均勻沉降，特別是工作平臺(tái)混凝土板塊面層存在明顯沉陷，輸油管支架脫空，其中裝卸設(shè)備基礎(chǔ)存在明顯的傾斜現(xiàn)象，影響碼頭正常運(yùn)營(yíng)。為了消除安全隱患，運(yùn)營(yíng)管理方?jīng)Q定對(duì)墩臺(tái)回填面層地表沉降位移進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)成果見(jiàn)圖7～9。根據(jù)碼頭地表沉降位移數(shù)據(jù)，分析位移變化趨勢(shì)，判斷整體穩(wěn)定情況，以預(yù)防不均勻沉降的繼續(xù)發(fā)展。

通過(guò)碼頭面層定期的沉降觀測(cè)，了解碼頭運(yùn)營(yíng)過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，可以為碼頭的高效運(yùn)營(yíng)、維修養(yǎng)護(hù)及后續(xù)決策提供可靠依據(jù)。

圖7 地表沉降觀測(cè)成果(1)曲線圖

圖8 地表沉降觀測(cè)成果(2)曲線圖

圖9 地表沉降觀測(cè)成果(3)曲線圖

3 預(yù)防措施分析

3.1 施工期

為了預(yù)防沉降、變形位移等問(wèn)題而導(dǎo)致墻身結(jié)構(gòu)接縫處出現(xiàn)漏砂，在施工期可通過(guò)以下措施降低損失：

(1)對(duì)地基開(kāi)槽的施工質(zhì)量進(jìn)行控制。在施工過(guò)程通過(guò)指定專員對(duì)土體的質(zhì)量和開(kāi)挖斷面的大小進(jìn)行驗(yàn)證，確保符合設(shè)計(jì)要求。如不符合設(shè)計(jì)要求，及時(shí)進(jìn)行處理后，方可進(jìn)行下一步施工。

(2)對(duì)基床拋石、夯實(shí)質(zhì)量進(jìn)行控制。按設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格把控拋石的大小和質(zhì)量；在夯實(shí)過(guò)程中，嚴(yán)格按照試夯的參數(shù)和遍數(shù)進(jìn)行操作，并在確保塊石不被擊碎的前提下，適當(dāng)提高夯擊能，增加基床的密實(shí)度。

(3)對(duì)基床整平工作進(jìn)行控制，尤其是極細(xì)平工序要做好。

(4)對(duì)墻身回填料和反濾料等材料進(jìn)行控制?；靥盍虾头礊V料的材料需經(jīng)驗(yàn)收后方可使用，分層回填施工合理有序，夯實(shí)質(zhì)量符合質(zhì)量要求。

(5)加強(qiáng)墻身結(jié)構(gòu)的沉降位移觀測(cè)。制定已安裝墻身結(jié)構(gòu)和胸墻沉降觀測(cè)的方案，及時(shí)提供沉降位移數(shù)據(jù)，分析沉降變化情況，以便指導(dǎo)下一步施工。

(6)在回填砂吹填完成并振沖密實(shí)后埋設(shè)分層沉降環(huán)監(jiān)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握回填砂的變化和發(fā)現(xiàn)回填砂有無(wú)流失情況，確保碼頭上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)其安全性進(jìn)行預(yù)控。

3.2 運(yùn)營(yíng)期

碼頭運(yùn)營(yíng)期，在現(xiàn)場(chǎng)高負(fù)荷、復(fù)雜的工作環(huán)境下，碼頭會(huì)出現(xiàn)漏砂等病害，可通過(guò)以下措施進(jìn)行預(yù)防，以便更早發(fā)現(xiàn)碼頭的病害和結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，對(duì)安全進(jìn)行預(yù)控。

(1)對(duì)碼頭地表沉降位移進(jìn)行觀測(cè)。運(yùn)營(yíng)管理方在碼頭運(yùn)營(yíng)后應(yīng)定期對(duì)碼頭進(jìn)行沉降位移觀測(cè)，分析沉降位移數(shù)據(jù)，以便對(duì)碼頭作業(yè)方案進(jìn)行調(diào)整。

(2)對(duì)出現(xiàn)明顯沉降的碼頭面層進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)判斷碼頭面層是否出現(xiàn)漏砂引起的空洞、不密實(shí)等，以便提前進(jìn)行維護(hù)。若發(fā)現(xiàn)漏砂，應(yīng)及時(shí)采取工程措施進(jìn)行堵漏，減少損失。

(3)加強(qiáng)對(duì)碼頭前沿回填面層荷載的管理。嚴(yán)禁超載超限車輛通行和堆積超重貨物。

(4)加強(qiáng)對(duì)碼頭停泊、靠泊船舶噸位的管理。嚴(yán)禁超噸位船舶?？炕蛐嵨欢啻安⒖?。

4 結(jié)語(yǔ)

由于重力式碼頭漏砂原因的多樣性，漏砂在碼頭施工及運(yùn)營(yíng)的各時(shí)間段均可能發(fā)生，因此對(duì)碼頭漏砂防治必須從基礎(chǔ)抓起，一直貫徹到碼頭運(yùn)營(yíng)使用全過(guò)程。本文針對(duì)廣西部分沿海碼頭進(jìn)行實(shí)際考察和調(diào)研，并根據(jù)現(xiàn)有的資料、文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析，提出對(duì)重力式碼頭漏砂的檢(監(jiān))測(cè)手段和預(yù)防措施，為以后該型式碼頭漏砂的預(yù)防及處理提供參考。