重力式碼頭沉降位移控制探討

曹昌浩

摘 要：本文以新建項目配套碼頭工程為例，在概述碼頭工程地質條件及基礎處理設計施工經驗的基礎上，進行了其重力式碼頭施工期間沉箱沉降位移觀測與分析，并總結了其已安放沉箱位移穩定程度與施工工序時間之間的對應關系。分析表明，本碼頭工程沉箱施工期內沉降位移量完全符合設計要求，其沉箱沉降位移主要發生在沉箱回填后3個月，為有效控制沉箱沉降位移，降低工后碼頭運維管理難度，應從軌道安裝方式調整、加強基床拋石及夯實施工質量控制等方面減少碼頭工后沉降位移對其使用過程的影響。

關鍵詞：重力式碼頭;沉箱;沉降;位移;控制

1問題的提出

廣東沿海某碼頭工程水工建筑物包括1個7萬t級煤碼頭泊位（結構按10萬t級散貨船設計預留）、工作船碼頭泊位（在電廠施工期作重件碼頭使用，按靠泊1艘1000t級件雜貨船考慮，電廠投產后主要用作靠泊工作船，按靠泊2艘5000kw拖輪設計）、防波堤及護岸。水工建筑物的結構安全等級均為Ⅱ級。煤碼頭按靠泊1個7萬級散貨船設計，結構按靠泊10萬t級散貨船設計預留。碼頭前沿頂標高8.50m，底標高-15.6m，煤碼頭采用重力式方沉箱結構，方沉箱平面尺寸為底寬*長*高=13.5m*27.76m*18.2m。

根據JTS215-2018的相關規定，應在下部沉箱結構變位趨于穩定狀態后進行現澆鋼筋混凝土胸墻施工，以確保胸墻前沿線位及臨水面平整度符合規范要求[1]。考慮到該電廠配套碼頭工程工期緊任務重，為確保沉箱安放及回填施工質量，控制拋石基床基礎處理效果，應加強沉箱變位觀測。

2 地質條件及基礎處理

碼頭工程所處區域為水下淺灘，水下地形比較平坦，碼頭前沿至南側圍堰外坡腳之間的原泥面標高在-10.8～-8.6m之間，外海側泥面標高均在-11.5m左右，水深條件較好。地質鉆孔揭示，本區域上覆土層主要是第四系全新統近期海相沉積層、第四系全新統海陸相沉積層、第四系全新統早期海陸相沉積層及第四系更新統殘坡積層，以粗砂、粉細砂、淤泥、淤泥質粘土及礫質粘性土為主;下臥硬質土層是燕山期花崗巖，碼頭區域各鉆孔均揭露至中風化花崗巖巖面，根據全風化及強風化花崗巖巖層等高線分布圖，全風化花崗巖的巖面頂標高約為-18.5～-23.0m，強風化花崗巖的巖面頂標高約為-19.0～-24.5m，埋藏較淺。因此，本區域適合建設重力式碼頭。

碼頭持力層為風化巖層或砂層，基槽挖至-18.0～-22.5m，基槽開挖時，全風化基巖邊坡為1：1，粗砂類為1：2.5，淤泥類土的開挖邊坡為1：4。基槽開挖后用10～100kg塊石拋填形成安放沉箱的基床。基床頂標高-16.1m，基床厚度在4.4m～6.6m，基床頂放置一列厚0.5m的柵欄板來防止基床頂部受淘刷。沉箱在專門的預制場預制，用氣囊出運，滾動氣囊將沉箱移至半潛駁上下水，潛水駁下沉，當沉箱浮起時，移走潛水駁。沉箱定位后用灌水壓載法將其沉放在整平好的基床上，再用級配塊石充沉箱內部。

沉箱底板前、后趾的長度均為1m，前壁厚0.38m，后壁厚0.38m，側壁厚0.36m，隔板厚0.20m，底板厚0.6m，內設20*20cm加強角。沉箱內用縱橫隔墻隔成18個艙格，橫向6個艙，縱向3個艙。單個沉箱重量為2820t，共用10個沉箱。沉箱定位后用灌水壓載法將其沉放在整平好的基床上，再用1～100kg塊石充沉箱內部。沉箱的上部結構為現澆C40混凝土胸墻，胸墻內回填1～100kg塊石，胸墻頂標高為8.50m、底標高為1.9m。底部嵌入沉箱0.40m。胸墻內設置檢查孔，胸墻前沿設置高度0.25m的護輪坎。

3 沉降位移變形觀測數據分析

3.1 沉降位移觀測數據

沉箱安裝應在進行重力式碼頭胸墻頂層預留面層施工前進行，在沉箱內回填塊石后進行混凝土墊層澆筑，蓋板澆筑完成后進行第一層胸墻澆筑。完成沉箱安裝后觀測沉降位移，在沉箱結構四角設置沉降觀測點，并在其前沿兩個角設置位移觀測點。碼頭沉降觀測采用WILDN-2型水準儀，并通過閉合水準路線觀測，計算各高程點平差。觀測過程從沉箱安放、回填，到沉箱封倉混泥土澆筑，共歷時5個月。觀測開始后的第一周按照1次/1d的頻次觀測，從第二周開始按照1次/2d的頻次觀測[2]，沉降位移觀測結果詳見表1所示，表中位移量正值表示海側偏移，負值表示防波堤側偏移。

7萬t級煤碼頭全部沉箱位移觀測數據顯示，僅極個別沉箱因特殊原因表現出沉降較大外，其余沉箱及拋石基床沉降位移均符合設計要求。

3.2 數據分析

根據對各施工工序沉降位移的觀測發現，沉箱安裝后經過系列工序加載至設計沉降位移并處于穩定狀態大概需要130d，且后期沉降存在并趨于平緩。為更加直觀地進行沉箱安放和回填施工過程中沉降位移變化趨勢分析，根據沉降位移觀測數據繪制沉降位移曲線，具體見圖1，圖中沉降量為四個觀測點沉降量的均值，位移量為兩個觀測點位移量的均值。根據以上觀測結果，7萬t級煤碼頭全部沉箱沉降曲線符合一般性沉降規律，在回填期內沉降量最大，且沉降曲線在回填完后趨于水平，表明沉降已經基本趨于穩定[3];在安放回填施工期間大部分沉箱沉降接近，且位于10～20mm范圍內，表明本碼頭工程所采用的分層基床夯實施工符合技術要求，且對粗粒砂地基夯實均勻，夯實效果良好，沉箱自重和回填料重荷載施加后基本未產生壓縮變形，所發生的沉降基本由整平層的壓縮變形引起;根據沉降位移曲線變動趨勢還可以看出，該重力式煤碼頭沉箱位移較小，這也與7萬t級煤碼頭沉箱采用獨立墩式結構，墻后無回填料的特點相吻合。

4 沉降位移控制措施

通過以上分析，本項目碼頭工程沉降位移量在施工期內趨于穩定，但是在波浪荷載、施工期間船舶荷載、堆貨荷載等的綜合作用下，必須采取有效的后期沉降位移控制措施，以降低重力式碼頭和裝卸設備后期運維難度。

4.1 安裝軌道

在重力式碼頭運行的過程中，為防止后期維護量的增大，應安裝可調節式軌道扣件。結合碼頭工程供應商所提供的安裝圖，在橋抓輪系內側以及鋼軌之間預留有縫隙，在鋼軌上輪系卡槽可以有8～15mm的平移量，且輪系中心設計間距為22m，水工結構軌道中心設計間距22m，輪系和軌道的偏心距為10mm，根據以上設計，前軌道位移量為10mm，且重力式沉箱結構前移，并簡單調整軌道系統即可滿足重力式碼頭安全運行要求。為避免前后軌出現超出岸橋設備使用要求的高差而增加改造工作量，在完成鋼軌安裝后應在前軌預留10mm的富余高度，以保證前軌比后軌高出10mm。

4.2 加強基床拋石及夯實施工質量

重力式碼頭基床分層拋填，拋填料通過挖掘機上方駁及全站儀定位拋石施工，必須采用具備設計要求的夯基能量的夯錘夯實施工，通過全站儀定位，各層夯擊遍數至少12夯次，完成各泊位段施工后復夯驗收。每個沉箱上設置一塊混凝土胸墻，并預留長度2m的搭接段，以便預應力箱梁搭接，胸墻內回填塊石。胸墻應分層澆筑，并預留出前軌軌道槽施工空間，選擇沉箱重力式碼頭沉降位移相對穩定的期間澆筑頂層胸墻并安裝鋼軌。

5 結論

綜上所述，沉箱重力式碼頭施工及使用過程中普遍面臨沉降位移問題，造成其沉降位移的原因很多，而且重力式碼頭沉降位移穩定過程較為漫長。分析結果顯示，沉箱沉降位移與主要施工工序時間有密切關系，且本新建項目配套碼頭工程沉箱沉降主要發生在箱內回填塊石施工后的3個月內。為此，必須在沉箱安放穩定后控制回填速率，同時盡快完成沉箱內塊石回填，并從基礎施工環節著手加強重力式碼頭沉降位移質量通病的防治，以保證其基礎沉箱沉降位移符合設計及規范要求。

參考文獻：

[1] JTS215-2018，碼頭結構施工規范[M].

[2]張志聰.重力式碼頭沉降位移的應對措施分析[J].工程建設與設計，2019（01）：133-135.

[3]李峰楠，張偉豪.重力式沉箱碼頭中沉箱安裝施工及質量控制分析[J].珠江水運，2018（11）：42-43.