爆破擠淤堤上建造重力式碼頭的質(zhì)量檢測技術(shù)

龐 亮，吉同元，秦網(wǎng)根，李鵬飛

（1.連云港港口控股集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222042；2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210014）

爆破擠淤堤上建造重力式碼頭的質(zhì)量檢測技術(shù)

龐 亮1，吉同元2，秦網(wǎng)根2，李鵬飛2

（1.連云港港口控股集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222042；2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210014）

現(xiàn)有規(guī)范對爆破擠淤堤上建造重力式碼頭檢測無依據(jù)可循，本文結(jié)合具體工程實(shí)例，在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步引入探地雷達(dá)法對碼頭面層的質(zhì)量狀況（厚度及均勻性）進(jìn)行檢測，以及水下探摸法排查碼頭是否存在（移位、斷裂，水下沉箱與基礎(chǔ)是否有凸凹、沉箱下部基礎(chǔ)是否有被淘空等）異常現(xiàn)象，方式和方法對于類似工程的質(zhì)量檢測具有重要的借鑒意義。

重力式碼頭；爆破擠淤堤；水下探摸；探地雷達(dá)

引 言

重力式碼頭作為普遍采用的碼頭結(jié)構(gòu)型式之一，其結(jié)構(gòu)型式簡單、施工方便，適合建造在地基條件較好的岸線上，若地基條件較差需預(yù)先對地基進(jìn)行加固處理。

連云港作為典型的軟土質(zhì)海岸，分布著層厚幾米到幾十米不等的軟土層，物理力學(xué)性能差，在這樣的地基上建造重力式碼頭必須對地基預(yù)先處理。然而，采用爆破擠淤法達(dá)到淤泥和石塊之間的置換，并在擠淤堤上建造重力式沉箱碼頭，該種施工方式目前在全國范圍內(nèi)尚無工程實(shí)例，關(guān)于已建爆破擠淤堤上重力式沉箱碼頭的整體質(zhì)量狀況情況，需采用必要的檢測手段對該地基處理環(huán)境下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。本文結(jié)合在采用爆破擠淤堤上建造重力式碼頭的工程實(shí)例，借助傳統(tǒng)檢測手段分析了該碼頭的質(zhì)量檢測結(jié)果，詳細(xì)介紹了探地雷達(dá)法對碼頭面層的狀況檢測，分析了混凝土面層內(nèi)部的質(zhì)量狀況、并結(jié)合水下探摸法排查碼頭是否存在（移位、斷裂，水下沉箱與基礎(chǔ)是否有凸凹、沉箱下部基礎(chǔ)是否有被淘空等）異常現(xiàn)象。

1 工程介紹

連云港某港區(qū)建造重力式沉箱碼頭，由于表層分布著幾米厚的淤泥層，為確保地基基礎(chǔ)的穩(wěn)固，以拋石擠淤堤局部開挖后作為碼頭深基礎(chǔ)。建造后的重力式碼頭長180 m、寬36 m，碼頭頂面高程6.10 m，前沿泥面高程-4.10 m，主體結(jié)構(gòu)主要由預(yù)制沉箱、卸荷板、現(xiàn)澆胸墻構(gòu)成。預(yù)制沉箱寬5.00 m、長8.00 m、高6.60 m，接頭采用平接的型式，沉箱間的垂直縫縫寬50 mm，在沉箱內(nèi)和后方拋填塊石。碼頭斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 碼頭斷面

2 傳統(tǒng)檢測方法及結(jié)果分析

現(xiàn)有的針對重力式碼頭的質(zhì)量檢測評估工作，都參照《港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范》（JTJ 302-2006）和《港口碼頭結(jié)構(gòu)安全性檢測與評估指南》（交通運(yùn)輸部水運(yùn)局，2011年 1月）來執(zhí)行，結(jié)合碼頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場情況，主要檢測內(nèi)容如表1所示。

表1 檢測內(nèi)容及方法

2.1 碼頭設(shè)計(jì)水域水深及沖淤變化情況檢測

檢測采用 HD-370型變頻測深儀對碼頭水下地形進(jìn)行斷面掃測，結(jié)合GPS定位，確定碼頭周邊區(qū)域水下泥面高程，（碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面高程為-4.10 m），碼頭水下泥面地形測量成果分析顯示：

1）碼頭前沿50 m范圍內(nèi)實(shí)測水下泥面高程為-4.74～-4.43 m，均低于設(shè)計(jì)泥面高程；同一斷面泥面高差相差不大，高差范圍為0.13～0.30 m；

2）總體來看，距碼頭前沿線50 m范圍內(nèi)，水下泥面整體較為平坦，坡度較小。

2.2 外觀調(diào)查檢測

外觀調(diào)查主要是對碼頭水上主體結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施進(jìn)行檢測，從所抽檢構(gòu)件分析結(jié)果來看：

1）碼頭主體結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量一般，主要問題是碼頭前沿胸墻存在不同程度混凝土破損，鋼筋外露等現(xiàn)象；碼頭胸墻與面層、碼頭平臺與后方堆場變形縫接縫均有不同程度破損現(xiàn)象。

2）碼頭附屬設(shè)施外觀情況一般，碼頭系船柱底座混凝土破損、鋼筋；碼頭前沿護(hù)輪坎混凝土存在破損現(xiàn)象；碼頭軌道車檔傾斜。

2.3 高程與位置檢測

高程與位置檢測，采用水準(zhǔn)儀和GPS，同時(shí)考察碼頭結(jié)構(gòu)段變形縫縫間填充情況以及變形縫縫間是否存在擠壓、錯(cuò)位和錯(cuò)臺等情況，所抽結(jié)果分析如下：

1）碼頭前沿實(shí)測高程偏差在-3～43 mm之間，碼頭后沿在-22～43 mm之間；碼頭前沿線位置相對偏差值為5～69 mm，碼頭中部區(qū)域較兩端有輕微凸出現(xiàn)象。

2）變形縫調(diào)查結(jié)果表明，碼頭面層結(jié)構(gòu)段及胸墻變形縫基本完好，但是在前沿胸墻與面層接縫局部有張拉現(xiàn)象。

2.4 混凝土強(qiáng)度檢測

混凝土強(qiáng)度檢測主要對碼頭混凝土結(jié)構(gòu)在有代表性的部位采用回彈法進(jìn)行檢測，必要時(shí)對可疑區(qū)域采用取芯法聯(lián)合驗(yàn)證，力求全面客觀的反映構(gòu)件目前真實(shí)強(qiáng)度，從所抽檢混凝土構(gòu)件來看，均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 混凝土耐久性檢測

混凝土耐久性檢測主要包括鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土碳化深度、鋼筋銹蝕狀況、氯離子滲透擴(kuò)散系數(shù)等檢測內(nèi)容。

1）所抽檢各類型構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度整體控制較好，除個(gè)別構(gòu)件實(shí)測鋼筋保護(hù)層厚度最小值與原設(shè)計(jì)值相差較大外，其余所抽檢構(gòu)件實(shí)測鋼筋保護(hù)層厚度平均值與原設(shè)計(jì)值相差不大，從所測各類型構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)差范圍可以看出，同類型構(gòu)件之間的保護(hù)層厚度分布相對較為離散；

2）所抽檢碼頭混凝土構(gòu)件，抗碳化性能等級為T-Ⅳ級，抗碳化耐久性水平推薦意見為“好”；

3）所抽檢構(gòu)件中目前鋼筋發(fā)生銹蝕的概率均小于10 %，情況較好；

4）通過擴(kuò)散系數(shù)電遷移試驗(yàn)方法所測得現(xiàn)澆胸墻抗氯離子滲透性能合格。

3 特殊檢測

現(xiàn)有重力式碼頭檢測都參照《港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范》（JTJ 302-2006）和《港口碼頭結(jié)構(gòu)安全性檢測與評估指南》（交通運(yùn)輸部水運(yùn)局，2011年1月）來執(zhí)行，對于碼頭混凝土面層在受壓后是否出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化、碼頭水面以下是否存在異常現(xiàn)象，規(guī)范里面沒有提到相對應(yīng)的檢測方法，本次面層檢測擬通過引入探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)、水面以下部分采用水下探摸與攝像進(jìn)行狀況質(zhì)量檢查。

3.1 面層檢測

探地雷達(dá)較傳統(tǒng)檢測手段，探測深度深、無破壞性及工作方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，已在道路、隧道、礦產(chǎn)資源等檢測勘探中成熟應(yīng)用，在港工結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)用目前研究很少，尤其是對于重力式碼頭檢測而言，基于爆破擠淤堤上重力式碼頭面層的內(nèi)部質(zhì)量狀況檢測分析，探地雷達(dá)可以解決傳統(tǒng)檢測手段探測深度不足的問題。

探地雷達(dá)檢測是依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作，發(fā)射天線將高頻電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射，探地雷達(dá)測試原理如圖2所示。

圖2 探地雷達(dá)測試原理示意

1）保護(hù)層厚度檢測

鋼筋混凝土保護(hù)層厚度是保證鋼筋與混凝土共同工作的前提，是防止鋼筋受外界環(huán)境（碳化、氯離子侵蝕、化學(xué)介質(zhì)侵蝕、磨損破壞等）影響，保證結(jié)構(gòu)耐久性的重要屏障。根據(jù)工程情況采用sir-3000型探地雷達(dá)結(jié)合1 600 MHz天線對重力式碼頭現(xiàn)澆混凝土面層進(jìn)行檢測，有效探測深度大約為0.5 m。現(xiàn)場選取4段（1#、2#、3#、4#）區(qū)域測線對混凝土面層0.5 m深度范圍內(nèi)的鋼筋分布進(jìn)行抽檢，檢測結(jié)果見圖3（a）和表2所示。

圖3 典型雷達(dá)剖面

表2 碼頭面層保護(hù)層厚度及鋼筋分布檢測匯總

為了進(jìn)行定量分析，對圖像進(jìn)行交互式解釋，得到鋼筋的具體坐標(biāo)，形成表2（交互式解釋后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果）所示，根據(jù)圖3（a）和表2分析來看，混凝土面層鋼筋分布由上下兩層鋼筋分布組成，由于鋼筋對高頻雷達(dá)波的強(qiáng)繞射作用，在雷達(dá)剖面上與每根鋼筋相對應(yīng)的位置形成十分明顯單側(cè)雙曲線，曲線弧頂部即為鋼筋位置，首層鋼筋以黃點(diǎn)表示，二層鋼筋以紅點(diǎn)表示。由于電磁波信號的衰減和首層鋼筋的屏蔽作用，二層鋼筋的單側(cè)雙曲線顯示較模糊。

2）面層厚度及均勻性檢測

結(jié)合現(xiàn)有碼頭資料，重力式碼頭設(shè)計(jì)時(shí)考慮區(qū)域面載受力的不同，面層設(shè)計(jì)時(shí)采用兩種設(shè)計(jì)厚度（如表3），為掌握兩種區(qū)域內(nèi)的混凝土面層厚度及均勻性狀況，垂直于碼頭前沿線方向共布置8條測線，其中1#～4#測線對應(yīng)的面層設(shè)計(jì)厚度為 30cm，5#～8#測線對應(yīng)的面層設(shè)計(jì)厚度為80cm。檢測結(jié)果如圖3（b）和表3所示。根據(jù)工程情況采用sir-3000型探地雷達(dá)結(jié)合400 MHz天線進(jìn)行檢測，有效探測深度大約為2 m。

表3 混凝土面層厚度檢測結(jié)果

結(jié)合現(xiàn)場所抽兩區(qū)域各4個(gè)分段測線檢測情況來看，混凝土分布較均勻，且從圖3（b）可以看出，在2.0 ns處和14.0 ns處有兩個(gè)強(qiáng)反射層面，這兩個(gè)界面分別就是凝土面層的表面和底界面反射，利用雷達(dá)軟件對強(qiáng)反射面進(jìn)行自主追蹤，并將對應(yīng)結(jié)果顯示在交互式解釋截面，并對各點(diǎn)的位置坐標(biāo)進(jìn)行處理形成表3（交互式解釋后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果）各測線范圍內(nèi)的面層厚度。

結(jié)合表3處理數(shù)據(jù)分析來看，面層厚度檢測除1#和4#測線局部偏小以外，其余測線測得的混凝土面層厚度總體在設(shè)計(jì)值以上。其中設(shè)計(jì)值為30cm面層部分，厚度值范圍為260～463 mm，設(shè)計(jì)值為 80cm面層部分厚度值范圍為 860～1 121 mm。

3.2 水面以下結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)檢測

水面以下結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)檢測主要采用水下探摸對碼頭的水下基礎(chǔ)、沉箱及卸荷板，通過探摸排查碼頭是否有移位、斷裂，水下沉箱與基礎(chǔ)是否有凹凸、沉箱下部基礎(chǔ)是否有被淘空等異常現(xiàn)象。探摸時(shí)由潛水員對構(gòu)件外部進(jìn)行逐項(xiàng)檢測錄像、探摸并詳細(xì)記錄劣化區(qū)域所處位置、部位和形態(tài)等。

圖4 水下構(gòu)件外觀調(diào)查（水下攝像）

結(jié)合潛水員水下摸查以及水下攝像，通過探摸發(fā)現(xiàn)該碼頭水下結(jié)構(gòu)存在的主要問題如下：

1）距碼頭西側(cè)角點(diǎn)15.1 m，卸荷板與沉箱角破損，規(guī)格約為：長度800 mm×寬度400 mm×深度約350 mm不規(guī)則的三角形體，破口屬坡度形狀。

2）距碼頭西側(cè)角點(diǎn)20.5 m，沉箱與沉箱下口縫隙（相鄰河床處）寬度約130 mm，上口縫隙（相鄰卸荷板位置）逐漸加寬至140 mm。

3）距碼頭西側(cè)角點(diǎn)36.0 m，水下沉箱基礎(chǔ)存在沖刷、淘空現(xiàn)象，規(guī)格約為：長度1 000 mm×寬度300 mm×深度100 mm不規(guī)則的長方形體。

4）距碼頭西側(cè)角點(diǎn)85.5 m，胸墻的結(jié)構(gòu)縫較大，規(guī)格約為長度300 mm×寬度150 mm×深度呈坡度150 mm不等。

4 結(jié) 語

爆破擠淤堤上建造重力式沉箱碼頭，其結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量狀況對于碼頭的安全性至關(guān)重要，結(jié)合國內(nèi)首例該工程質(zhì)量狀況調(diào)查檢測，在傳統(tǒng)的檢測技術(shù)基礎(chǔ)之上，引入探地雷達(dá)法對碼頭面層的狀況進(jìn)行檢測，分析了鋼筋混凝土面層的鋼筋分布、面層厚度及均勻性狀況，并結(jié)合水下探摸法對碼頭卸荷板、沉箱、河床基礎(chǔ)及胸墻結(jié)構(gòu)縫的狀況進(jìn)行了調(diào)查分析，方式和方法不但可以提升我國港工結(jié)構(gòu)的檢測技術(shù)水平，而且對于類似工程的質(zhì)量狀況檢測具有重要的借鑒意義。

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Quality Inspection Techniques for Gravity Berth Structure Built on Dyke by Blasting to Displace Muck

Pang Liang1,Ji Tongyuan2,Qin Wanggen2,Li Pengfei2
(1.Lianyungang Port Holding Group Co.,Ltd.,Lianyungang Jiangsu 222042,China; 2.Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210014,China)

At present,no current codes can be followed to examine the quality of gravity berth structure built on a dyke by blasting to displace muck.Based on an engineering practice and the traditional inspection techniques,ground penetrating radar (GPR) method is adopted to check the quality of wharf surface such as the thickness and uniformity.In addition,underwater detection method is used to check abnormal phenomena of maritime structure such as the displacement,fracture,concave-convex of underwater caissons and foundation,caisson’s lower foundation being hollow inside.The above methods may serve as a significant reference for the quality inspection similar projects.

gravity berth structure; dyke by blasting to displace muck; underwater detection; ground penetrating radar (GPR)

U655.2

：A

：1004-9592（2016）06-0051-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160613

2016-01-07

龐亮(1981-)，男，高級工程師，主要從事港口水運(yùn)工程研究和管理工作。