洛比托港重力式碼頭工程施工及沉降位移觀測

陸云鵬，張華強，方育平

（1.中國港灣工程有限公司，北京 100007；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

安哥拉洛比托位于安哥拉西海岸的中部，瀕臨大西洋的東南側，離首都羅安達約500 km。洛比托港是安哥拉南部的主要港口之一，也是扎伊爾和贊比亞部分物資的中轉港。洛比托港受洛比托沙壩的全方位掩護，整個港區掩護條件良好，波浪小，潮差小，泥沙回淤小，是不可多得的天然良港[1]。

洛比托港項目分為修復項目和擴建項目兩大部分，其中擴建項目包括70000 DWT集裝箱碼頭和100000 DWT礦石碼頭以及配套的附屬設施工程等。礦石碼頭建設10萬噸級泊位1座，碼頭泊位長度310m，為沉箱重力式結構。

1 礦石碼頭結構形式

1.1 港區地形地貌

洛比托港區整體為剝蝕丘陵地貌，相對高度小于200 m，基巖埋藏較淺，頂部常直接裸露，風化現象嚴重，有時表層為殘積物覆蓋，谷底堆積有較厚的洪積物、坡積物或沖積物。在洛比托南部卡通貝拉鎮有一河流入海，從上游帶來的豐富沉積物在河口堆積，在洛比托市西南部形成一個小型河口三角洲地貌。由于河口三角洲的作用，改變了在此的水流，使水流中攜帶的豐富砂粒在下游洛比托港西海岸堆積，并在港區西部形成數公里的連體砂壩，為港區的天然防波屏障。在港區南部，由于海流作用，形成一個小型瀉湖。港區東部為剝蝕丘陵地貌，主要由灰巖和泥巖交替沉積形成，在海浪的沖蝕和風化作用下，引起海岸巖崩，變成了陡峭的懸崖海岸，并形成了海岸沖蝕階地[2]。

1.2 碼頭區工程地質

根據工程地質勘察[2]，各土層具體情況為：1）現代海相沉積層（Q4m），分為2個亞層，②1細砂：松散，灰色，局部深灰色，級配較好，含少量黏粒，局部為粉土狀。標貫擊數為3～11；②3碎石土：灰黃色，飽和，密實，巖芯呈塊狀—碎塊狀，含少量黏性土。2）更新世海相沉積層（Em）：③中風化泥巖：軟巖，淺灰色，灰色，局部淺黃色，含少量柱狀解理，標貫擊數大于80擊。主要典型地質剖面如圖1。

圖1 地質剖面示意圖

1.3 碼頭結構形式

礦石碼頭結構形式為沉箱重力式碼頭，沉箱底寬為14.3 m，高17.3 m，長18.70 m，單個沉箱最大重量約2150 t。沉箱上部為現澆L形胸墻，胸墻高2.50m，沉箱墻體內回填中細砂，沉箱墻體棱體采用10～100 kg塊石。沉箱基礎為水下夯實基床，基礎持力層主要為中—強風化泥巖，基床采用夯實10～100 kg塊石，厚度一般3～4m。碼頭面設置門機軌道，軌距10.50m，前軌距碼頭前沿3 m，擱置于胸墻上，后側軌擱置于與沉箱后壁相接的現澆軌道梁上。碼頭結構斷面圖見圖2。

2 碼頭基床地基處理

礦石碼頭基床開挖超深超寬分別按0.5m、1m進行控制。挖泥船采用實時動態GPS定位法控制定位，挖泥過程的底標高以水砣測深法控制，挖泥區的竣工標高則采用測深儀測深法控制。按照碼頭結構設計要求，礦石碼頭基床需開挖至中、強風化巖面，挖泥時采用分層分條開挖法，分層厚度控制為2m，為確保基槽開挖過程中不發生塌坡，挖泥時依據土質及土層厚度按設計要求放坡，放坡采用階梯法，根據土質情況邊坡坡度1∶1.5和1∶3。由于大部分基槽開挖均有0.5m厚左右的超挖，實際開挖情況表明，整個礦石碼頭區基床開挖厚度約3.5～5.0m。

基床按設計和規范要求進行夯實，分層夯實厚度不大于2m，各分層厚度大致相等，按基槽開挖實際情況分析，3.5～5.0m的基床厚度，分2～3層進行夯實。按設計要求，基床采用10～100 kg塊石，要求石料在水中浸透后的強度不低于50MPa，級配良好；基床頂面粗平材料采用5～10 kg級配碎石。基床夯實范圍按沉箱底面尺寸各邊加寬1m，分層夯實時，根據分層處的應力擴散線各邊加寬1m，分段打夯的搭接長度不小于2m。

根據試夯成果，碼頭基床夯擊次數和遍數均采用每點4夯次、夯擊兩遍，縱向和橫向都向相鄰區域搭接半夯范圍。夯實的質量標準：在已經夯實的基床上任選不少于10 m的一段復打1夯次，用水準儀測沉降量，每1m測1個斷面，每個斷面上間隔1m取1個點，取全部數據的平均值，沉降量不大于3 cm。碼頭基床采用的夯具技術資料為：夯錘重量7.2 t，底盤直徑1.50m，夯錘的沖擊能為185 kJ/m2。

基床細平時，對于大塊石間的空隙，采用二片石填充，對二片石的空隙和不平整部分采用碎石填充，達到設計要求的基床頂面標高，并根據重力式碼頭規范和技術規格書要求對基床設置一定的倒坡，坡度大約1∶20[3-4]。

3 沉箱出運、安放和回填

礦石碼頭泊位長度310m，共布置有沉箱19件，其中大沉箱17件，外形尺寸為18.7m×14.3m×17.3m，小沉箱2件，外形尺寸為10.3m×18.7m×8.3m，前腳趾寬1.0m，底板厚0.65m。大沉箱單件最重約2150 t。

沉箱在預制場水平移動采用氣囊搬運技術移至浮船塢上，然后駁運至施工現場。浮船塢下潛到預定深度時，沉箱將自動浮在水中，運用拖輪拖至現場駁船定位、注水下沉存放及安裝。拋石基床應整平一段安裝一段，以免淤泥沉積。沉箱安放前必須對基床和沉箱進行檢查，不符合技術要求時應予以修整和清理，應清除沉積在基床上和沉箱底部的泥土或其他雜物，安裝時應控制沉箱底面與基床斜度一致，以免挫壞基床，不得在沉箱底部加墊調整偏差。沉箱安放后，需進行水下檢查，包括上下縫寬度、相鄰沉箱、沉箱與基床面接觸是否平穩等，如不符合要求，應進行調整或重新安裝。

沉箱安放順序：先安裝端部第一個沉箱（粗安裝），以第一個沉箱為依靠安裝第二個沉箱（精確安裝），如第一個沉箱安裝精度不符合要求，則起浮第一個沉箱并以第二個沉箱為依托進行精確安裝，以第二個沉箱為依托安裝第三個沉箱，這樣依次順序逐一安裝，直至完成全部沉箱安放。

沉箱安放后，需將沉箱進水孔封堵并及時進行箱內回填砂，以保證施工期沉箱穩定，然后根據施工工序進行沉箱后方拋石棱體的回填和倒濾層施工，再進行后方大面積回填。

4 沉箱沉降位移觀測

4.1 觀測方式

按施工進展情況，沉箱沉降、位移觀測過程歷時6月余，經歷了沉箱安放、回填、沉箱后方棱體推進、澆注沉箱封倉混凝土等過程，對每個沉箱均進行了沉降位移觀測。

沉降觀測采用徠卡NA2水準儀，精度指標為1mm/km，采用三等閉合水準路線方法進行觀測。要求最大視線長度≤75m，視線離地面最低高度≥0.3m，前后視距差≤3 m，前后視距累計差≤6m，現場將每站觀測數據記錄在三等水準記錄手薄上，業內處理采用簡易水準平差計算各點高程值。沉箱沉降觀測點設于沉箱的四個角上，首次高程的確定采用兩次觀測后才確定，隨后按計劃有步驟操作。

位移觀測采用徠卡TCR802全站儀，標準精度測距為±（2mm+2×10-6mm），標準精度角度測量為2″。以強制對中墩的S2點為基準點，后視點V1。位移觀測點布設于沉箱前沿的兩個角上，觀測時在強制對中墩上架設全站儀，對中整平根據溫度氣壓計的讀數顯示，調整全站儀的測距改正值，瞄準后視點V1，誤差小于2″后開始觀測，觀測時觀測點架設棱鏡，測定后將數據記錄在表格上，每5個沉箱結束觀測后重新對準后視點校對后視方位角，當誤差大于3″時重新對準后視點。

4.2 觀測數據

表1為8號沉箱位移觀測數據。觀測數據表明，除個別沉箱由于特殊原因出現異常情況外，大部分沉箱拋石基床的沉降位移接近。

表1 碼頭8號沉箱沉降及位移觀測表

4.3 觀測結果分析

根據洛比托礦石碼頭8號沉箱位移觀測數據，按照時間關系繪制沉降位移曲線如圖3，其中沉降量為4個觀測點的均值，位移量為沉箱外側2個測量點的均值。

圖3 沉降位移曲線

考慮到洛比托礦石碼頭大部分沉箱沉降位移接近，現依據8號沉箱沉降觀測數據和形成的沉降位移曲線分析，可得出如下結論：

1）根據礦石碼頭8號沉箱安放、沉箱內回填及沉箱后方拋石棱體回填期間的沉降觀測數據可知，沉箱在施工期間沉降較小，在規范和設計要求允許范圍內。其中沉箱安放時基本未出現沉降或出現輕微沉降；在沉箱內回填砂期間出現一定的沉降，并且沉箱出現沉降主要是在這一時期；而沉箱后方拋石棱體施工期間對沉降影響很小，通過對數據詳細分析可知，其對沉箱前沿兩觀測點沉降有輕微影響，與后沿兩觀測點相比沉降略大些。

2）對8號沉箱沉降觀測數據從時間上進行分析可知，沉箱在施工期間的沉降在回填完成后約2個月內完成，前1個月沉降相對較大，后1個月沉降相對較小，沉降曲線趨勢符合一般性沉降規律，曲線最后趨于水平，沉箱趨于穩定。從全部19個沉箱的觀測數據分析，大部分沉箱沉降均在25～30mm之間，說明碼頭基床夯實較為均勻，夯擊次數、遍數和層數均達到了技術規范和設計要求。

3）8號沉箱位移觀測數據表明，沉箱在施工期間位移很小，累積位移量僅5mm左右，在技術規范和設計要求允許范圍之內。其中沉箱安放期間有一定的位移，說明風、浪、流或其他施工因素對沉箱有一定的擾動影響，當沉箱內回填后，由于自重荷載的增大，沉箱與基床之間的摩擦力增大，沉箱基本沒有位移。另外，在沉箱后方拋石棱體回填期間均沒有出現水平位移，表明沉箱在箱內回填砂料后，依靠自重產生的摩擦力可以保證沉箱在后方拋石棱體回填期間不出現位移。

4）通過洛比托碼頭8號沉箱沉降位移觀測和分折表明，碼頭上部胸墻結構施工在沉箱回填完成之后2個月內進行，可保證胸墻前沿線位置、相鄰段平整度、相鄰臨水面錯牙、臨水面的平整度以及臨水面的豎向傾斜等滿足設計和施工技術要求。

5 結語

通過本工程實踐經驗表明，在沉箱安裝、沉箱內回填砂及沉箱后方棱體拋填期間對沉箱沉降位移進行系統的觀測是碼頭上部結構進行施工的重要依據，是分析和了解拋石基床基礎處理效果的主要技術數據，也是保證沉箱重力式碼頭結構工程施工質量的重要步驟之一。

[1] China Harbor Engineering Company Ltd.Mineral Terminal Preliminary Design of Extension Work for Port of Lobito[R].2008.

[2] China Harbor Engineering Company Ltd.Mineral Terminal Final Ground Investigation Report of Extension Work for Port of Lobito[R].2009.

[3] JTJ250—98，港口工程地基規范[S].

[4] JTJ290—98，重力式碼頭設計和施工規范[S].