基于輕型動力觸探技術的碼頭基床標高精確檢測★

尹紀龍 熊洪峰 劉 偉 徐滿意

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456；2.中國港灣工程有限責任公司，北京 100000； 3.大連港集團有限公司，遼寧 大連 116000)

隨著經濟的發展和市場需求的變化，為確保港口安全生產，節約和優化岸線資源，促進港口健康、持續發展，碼頭管理部門結合自身發展需求相繼采取措施針對老舊碼頭進行了改造升級[1-3]。交通部曾專門下發《關于沿海港口碼頭結構加固改造有關事宜的通告》。國內很多大港建港較早，老碼頭比例偏高，其中不乏有超過設計使用年限仍在使用的老舊碼頭。與新建碼頭工程相比，老舊碼頭往往由于時代變遷以及之前檔案管理方面的欠缺，相關技術設計資料會或多或少的出現不完善現象；隨著港區發展建設的規劃調整，相應的水文自然條件及區域地質都可能發生了變化，其變化程度達到什么水準都值得進一步明確。因此，在老舊改造施工前需對其進行詳細檢測。對于重力式碼頭，其基床處于水下屬于隱蔽工程，出現問題難以及時發現，碼頭基礎好壞直接影響碼頭的安全穩定，基床檢測將是碼頭檢測的重點和難點[4,5]。

現階段，通常采用潛水探摸的方法對基床進行檢測，潛水員潛入水下可以清楚的了解碼頭基床是否存在掏空沖刷現象及淤積狀態，在水質允許的情況下可以進行攝影錄像，便于日后資料的梳理和數據的整理儲存。但由于水下檢測條件的制約，針對基床檢測只能依據相關設計資料、方塊基床設計尺寸來判定基床的好壞。對于老舊碼頭沒有一手準確資料時，怎樣確定基床狀況、沖刷淤積程度如何及基床標高怎樣測定等技術問題將直接擺在工程檢測人員面前，采用可靠技術手段進行測定成為檢測人員必須進行解決的問題。為此，基于輕型動力觸探技術的碼頭基床檢測方法應運而生并成功應用，現場實踐結果表明效果良好，成果可以為碼頭基床檢測提供參考借鑒。

1 輕型動力觸探技術

輕型動力觸探技術是利用一定的錘擊能量，將一定規格的圓錐探頭打入土中，根據貫入錘擊數判別土層的類別，確定土的工程性質，對地基土做出綜合評價[6]。輕型動力觸探儀主要由尖錐頭、觸探桿和穿心錘三部分組成。作為十分有效的勘探測試手段，輕型圓錐觸探設備簡單，使用方便，工效較高，適應性強，在巖土勘察設計中得到廣泛的應用。針對碼頭前沿存在淤泥淤積的基床，采用輕型動力觸探的原理，將探桿及探頭打入淤泥中，測量探桿進入淤泥前及進入淤泥后(至打通淤泥)的相應長度，便可確定淤泥深度，提供相對準確的數據，對基床狀態做出評價。

2 基于輕型動力觸探技術的基床檢測方法

考慮到在進行老舊碼頭改造施工時，設計人員最為關注的是碼頭前沿小范圍內基床沖淤情況。老舊基床檢測的難點在于定量地確定淤泥厚度和基床頂標高，傳統的測量方法就是采用水陀或者依據超聲傳播原理的單波束或者多波束測得水深，然后潛水員采用水下探摸的方法對水下淤泥厚度進行定性的判斷；但對于水下工作來說，潛水員對淤泥厚度進行準確定量顯得尤為困難，而帶有定位功能的多波束測深在前沿窄小范圍內也顯得力不從心。為了較好的完成基床檢測工作，一方面要解決前沿小范圍內的定位問題，另一方面借助相應的工具和測量手段[7]，根據碼頭面標高測定出淤泥面與碼頭面的豎向距離、淤泥厚度進一步推得基床頂標高。基于此，本文提出基于輕型動力觸探技術原理的基床檢測工具。該檢測工具由兩部分組成，一部分是帶有刻度的前沿定位支架，另一部分是帶有刻度的輕型動力觸探桿。根據實際檢測情況，如檢測碼頭前沿2 m范圍，支架刻度可以分為5個檔位，隔20 cm有1處刻度定位檔；對于觸探桿，根據碼頭前沿水深情況進行長度定做即可。

可將測量數據之間的關系表示為：

Hj=Hm-h1-h3=Hm-h1-(h2+hy)

(1)

其中，Hj為基床頂標高；Hm為碼頭面層頂標高；h1為碼頭面層至水面的高度；h2為水面至淤泥頂面的高度；h3為水面至淤泥底面(基床頂)的高度；hy為淤泥厚度。

現場檢測時，將支架固定在碼頭前沿測量區域，將觸探桿放置到支架對應位置后，保持探桿豎直向下放入水中，潛水員潛水作輔助，通過潛水電話與水上測量人員保持溝通，當探桿端部到達淤泥表面后水上人員讀取相應讀數(可以是水面對應探桿刻度，即h2)，讀取完畢后，在確認潛水員安全情況下，開始對探桿進行錘擊，利用觸探桿能夠打入淤泥而不能打入基床塊石的原理，至探桿入土不能繼續下沉(探桿端部已觸及基床塊石)，再次讀數(水面對應的探桿刻度，即h3)，兩次讀數之差(h3-h2)即為此位置淤泥厚度hy，測量出水面至碼頭面的高度h1，即可求出基床標高Hj。

3 工程應用實例

大港港區二碼頭始建于1923年，為方塊重力式結構。碼頭結構由基礎、墻身結構、上部結構、回填及路面、碼頭設施五部分組成，碼頭面頂高程為5.0 m。大連港區散雜貨搬離后，除修復改造后的13號泊位停靠滾裝船外，泊位基本處于閑置狀態。為滿足國際強港、東北亞航運中心發展需要[8]，“十三五”期間，大連港擬通過大港港區二碼頭改擴建工程建設專用的符合國際標準的郵輪碼頭。由于碼頭建設時間長，為保證新建碼頭基槽開挖施工時老碼頭結構安全，復核碼頭目前基礎情況，需對大港港區老碼頭基床進行詳細檢測，主要包括基床沖淤變化情況和原有碼頭結構底層方塊的底標高，以確定底層方塊與基床的相對位置關系，為施工圖設計提供依據和建議。

4 應用實例檢測方案

4.1 輕型動力觸探法淤泥厚度及基床標高測量

檢測人員使用自制定位支架和輕型動力觸探桿，按照前述檢測方法，乘小船對碼頭前沿2 m范圍內多個斷面進行了淤泥深度及基床標高檢測。由多年駕船經驗的測量人員按照測前布設的測線開船進行，根據場地情況進行選點，水下潛水員配合將探頭和探桿安裝好，保持探桿豎直向下，然后連續向下貫擊，遇密實堅硬基床塊石，即停止測試，確定相應測點淤泥深度見圖1。

4.2 淤泥開挖沖排后驗證測量

為對動力觸探測得的數據準確度和可信度進行驗證，考慮碼頭前沿淤泥厚度，抽測碼頭前沿6處區段采用淤泥開挖+淤泥沖排+潛水員測量的方式進行再次測量。首先采用長臂挖掘機對碼頭前沿0 m～3 m范圍內淤泥層進行淺挖，在開挖過程中需避免破壞水下基床，開挖至預定標高后，由潛水員入水進行探摸，如果淤泥仍較厚，繼續進行機械挖掘，直至滿足沖排要求為止。開挖完成后，采用沖排泥設備對碼頭前沿抽測區域進行沖排，將吊車及吸排泥設備布置至相應位置，配合作業船就位，準備將帶浮筒排泥管進行拖帶。潛水員在下放沖排泥設備過程中隨時監控下放的位置，一旦發現偏移則立即通知船上工作人員進行調整。同時，將綁有浮筒的排泥管布置至相關位置。當沖水吸泥泵下放到指定位置后，進行沖水吸泥操作。沖水吸泥過程中潛水員撤離至水面，主要通過吸泥泵上安裝的攝像頭控制。同時在該沖排泥設備上安裝壓力式測深儀，當沖水吸泥至預定深度后停止施工，潛水員下水進行檢查，確認達到指定深度后，上提沖排泥設備，根據潛水員指定位置，通過工作船吊桿的移動，再次下放沖排泥設備至下一個排泥點，重復排泥工作。若在通過移動泥沙泵的情況下，局部仍未達到預定深度，潛水員進行人工吹泥，以保證基床塊石外露滿足檢測要求。

待開挖坑穩定、落淤海水變清后，由潛水員攜帶高壓水槍入水，對塊石基床上方殘留淤泥進行沖排，沖排至滿足水下錄像作業條件時，及時進行水下相應測量和錄像，以免外側淤泥回淤，增加作業量，見圖2，圖3。

5 基床標高測量結果驗證分析

輕型動力觸探基床標高檢測中，碼頭前沿每個測量斷面從碼頭前沿向海側長2 m，斷面分別選取3號、7號、10號、13號、15號和17號斷面位置，每個斷面內從碼頭前沿向海側每間隔 0.5 m布置1個測點，每個斷面內共布置5個測點，依次為1，2，3，4，5。對6個斷面測點實測數據結果進行統計整理，得到碼頭前沿2 m范圍內基床頂面高程數據，如表1所示。從表1可以看出，基床頂面高程基本在-10 m～-12.3 m之間。

表1 碼頭拋石基床頂面標高統計表

基床開挖沖排后，采用潛水員輔助測量的方式，對碼頭6個開挖區段基床標高進行復測驗證。對每個開挖段測量兩個斷面，分別為子斷面1和子斷面2，每個斷面在前沿位置(0 m)，1 m位置和2 m位置處共設置3個測點。測量數據整理如表2所示。對比表1和表2可以看出，兩者測量偏差均在±0.3 m范圍內，考慮到實測過程中測點位置偏差及基床平整度和塊石之間空隙的影響，證明采用動力觸探測量基床標高是非常可信的，驗證了此種方法在基床標高檢測中的可行性。

表2 基床淤泥開挖后頂面高程測量統計表 m

6 結語

改造施工前對重力式碼頭基床檢測的準確程度，特別是前沿小范圍內基床的真實標高及沖刷淤積狀態，將直接影響設計和施工的準確合理性。基于輕型動力觸探技術基床檢測方法設備簡單，使用方便，工效較高，適應性強，能夠克服碼頭前沿小范圍測量定位難、定量難的不足。結合大連港區二碼頭基床專項檢測工程實例，采用輕型動力觸探法對基床進行檢測，并采用淤泥開挖沖排的方式二次測量對數據的準確性進行了驗證，結果表明采用輕型動力觸探技術進行基床標高的檢測數據是可信可靠的，成果可以為碼頭基床檢測提供參考借鑒。

參考文獻：

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[3] 胡家順,任增金,吳哲豐,等.海港碼頭結構升級改造技術[J].水運工程,2016(10):90-94.

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[5] JTJ 302—2006,港口水工建筑物檢測與評估技術規范[S].

[6] 田卿燕,劉仰韶,呂建兵.輕型動力觸探法與靜力觸探法檢測粗砂相對密實度的相關性研究[J].巖土力學,2009,30(9):2747-2752.

[7] JTS 131—2012，水運工程測量規范[S].

[8] 孫 宏.加快推進大連東北亞國際航運中心建設[J].中國水運,2011(3):10-11.