廣西重力式碼頭漏砂及檢(監)測分析

李 金，劉姝麟， 賈春陽，戚謝軍

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

0 引言

重力式碼頭由于其施工工藝簡單且施工技術較成熟，能夠承受較大的船舶荷載、地面集中荷載和活荷載，后期維修費用較低，在廣西沿海地區應用比較廣泛。廣西沿海重力式泊位占廣西沿海碼頭泊位總數的95%以上[1]。碼頭運營時期，在現場高負荷、復雜的工作環境下，重力式碼頭容易出現裂縫、變形、漏砂、基床淘空等病害，其中漏砂是重力式碼頭常見病害之一，危害也較大。漏砂病害主要表現為重力式碼頭面層及后方堆場因漏砂而局部塌陷，該病害的發展如果得不到有效的控制，將嚴重影響碼頭安全運營，縮短碼頭使用壽命。

本文針對重力式碼頭漏砂問題，分析了漏砂產生的原因，提出可采取多種檢(監)測手段進行預控，為病害預警、防控提供依據。

1 重力式碼頭漏砂產生的原因分析

廣西地區重力式碼頭基礎大多數采用大體積的墻身結構。大體積墻身結構具有施工方便、穩定性好等優點，但相鄰墻身結構接縫處也較易發生漏砂。重力式碼頭漏砂產生的原因主要有：

(1)墻身結構產生不均勻沉降和位移，形成縫隙而出現漏砂[2]。施工過程中，拋石基床、基床清淤和塊石大小沒有按設計要求進行施工處理，造成拋石基床壓縮不密實；施工的工序不當，各環節銜接不合理，基床整平、夯實施工質量不高，在安裝墻身結構時相鄰結構不均勻下沉產生相對位移，造成結構之間出現縫隙，導致反濾料從縫隙中流失，最終導致碼頭出現漏砂。

(2)反濾結構的設計沒有隨著墻身結構的創新和大型化而相應做出調整[3]。反濾結構極易在發生不均勻沉降和位移之后被破壞，且不易修復；反濾結構由于結構復雜、空間小，施工難度較大，質量難以得到控制，導致反濾結構質量參差不齊，極易被破壞。

(3)排水箱涵與墻身結構間接縫過大導致砂從排水涵之間及排水涵與墻身結構之間的接縫漏出[4]。

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

2 檢(監)測手段

針對重力式碼頭漏砂問題，在施工期、運營期可采取多種手段進行檢(監)測，對發現的問題提出合理可行的解決辦法、措施，以便運營管理方及時采取工程措施進行處理，使碼頭后期運營更加安全。

2.1 施工期埋設分層沉降儀監測

分層沉降環觀測用于測量墻身結構內部回填砂的沉降變形。分層沉降量的測量是通過在回填砂吹填完成并振沖密實后埋設沉降管，再把沉降環套在沉降管上，觀測沉降數據時，從沉降管中放下探頭測量磁環的位置，通過外觀測量觀測沉降管口高程并計算出磁環觀測時的高程，用初始高程減去觀測時的高程，得到回填砂的沉降量[5]。分層沉降儀埋設如圖1所示。

圖1 鉆孔埋設分層沉降儀示意圖

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所回填的中粗砂通過構件拼接縫緩慢流失，甚至被掏空，導致碼頭的承載力不能滿足設計要求，上部結構的穩定性也受到了一定的影響。為了消除安全隱患，施工方決定鑿除上部結構以及處理構件拼接縫后重新回填中粗砂，并進行密實處理，同時開展周期性的沉降監測，其目的是監測回填砂的變化情況。其監測點平面布置如圖2所示。在每兩個墻身結構拼接縫間的軸線上布置一個觀測斷面，每個斷面布置2個觀測點，其中前點靠近墻身結構，后點靠近后方陸域。設備安裝后，在施工期每點每5 d觀測一次。

通過整理、收集觀測數據，分析日沉降量變化曲線及累計分層沉降量變化曲線，確定測點各深度沉降范圍值，了解施工期回填材料是否流失，確保工程結構安全。測點典型沉降變化曲線見圖3和圖4。

圖2 某碼頭監測點平面布置圖(m)

圖3 日沉降量檢測成果曲線圖

圖4 累積沉降量監測成果曲線圖

通過在施工期埋設分層沉降環，及時掌握墻后回填砂的沉降變化和回填砂有無流失情況，確保了碼頭上部結構安全、穩定。

2.2 運營期地質雷達檢測

地質雷達是采用電磁波探測地下介質分布和對不可見目標體或地下界面進行掃描，以確定其內部結構形態或位置的電磁技術。其工作原理為：地質雷達法[6]工作時，雷達主機發射電磁波信號到地下，當電磁波在地下傳播遇到不同的波阻抗界面時，會產生反射信號。主機在接收反射信號后，經過系統處理，可用來確定地下界面或目標體的空間位置或結構狀態，判斷目標介質的離地距離、大小等特性。電磁波以寬頻帶脈沖形式通過發射天線發射，經目標體反射或透射，被接收天線所接收。地質雷達檢測原理如圖5所示。

圖5 地質雷達檢測原理示意圖

地質雷達進行掃描快速查明缺陷規模及位置時，關鍵是要根據所測量目標介質的類型、規模、位置等信息，合理安排布置雷達測線。

經調研，廣西沿海某碼頭在運營過程中，在惡劣、復雜的環境下，部分碼頭出現漏砂等病害。為了查清病害的原因和病害程度，運營管理方決定采用地質雷達對碼頭面層下部地質情況進行檢測，目的是排查回填面層下部是否存在空洞、不密實及面板脫空等病害。其典型空洞地質雷達掃描圖像如圖6所示。

在運營期通過對碼頭進行地質雷達掃描檢測，發現回填面層下部局部存在漏砂引起的空洞、不密實及面板脫空病害。

圖6 某碼頭地質雷達空洞、不密實區掃描圖像示例圖

2.3 運營期潛水探摸檢測基礎

針對基床淘砂、墻身結構接縫處漏砂等病害，可通水探摸、攝影的方式檢查基床和基礎的沖刷、淘空情況，如墻身結構下部基床是否存在明顯或嚴重掏空等；基床塊石粒徑及空隙狀況，應輔以照相或攝影、探測獲取相關資料；檢查墻身結構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；通過潛水探摸排查出相鄰沉箱墻身接縫處、沉箱前趾與基礎連接處有無漏砂。

2.4 運營期地表沉降觀測

地表沉降位移觀測分為垂直位移觀測和水平位移觀測[7]。垂直位移觀測和水平位移觀測應根據工程現場的沉降情況，對可能受到影響的建筑物及不同結構分界處、沉降縫、基礎或斷面發生變化地方布設觀測點。觀測點的觀測精度和適用范圍見表1。

表1 沉降觀測點的觀測精度和適用范圍對照表

欽州港某碼頭墩臺聯鎖塊面層及工作平臺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，其中裝卸設備基礎存在明顯的傾斜現象，影響碼頭正常運營。為了消除安全隱患，運營管理方決定對墩臺回填面層地表沉降位移進行觀測，觀測成果見圖7～9。根據碼頭地表沉降位移數據，分析位移變化趨勢，判斷整體穩定情況，以預防不均勻沉降的繼續發展。

通過碼頭面層定期的沉降觀測，了解碼頭運營過程中整體結構的穩定情況，可以為碼頭的高效運營、維修養護及后續決策提供可靠依據。

圖7 地表沉降觀測成果(1)曲線圖

圖8 地表沉降觀測成果(2)曲線圖

圖9 地表沉降觀測成果(3)曲線圖

3 預防措施分析

3.1 施工期

為了預防沉降、變形位移等問題而導致墻身結構接縫處出現漏砂，在施工期可通過以下措施降低損失：

(1)對地基開槽的施工質量進行控制。在施工過程通過指定專員對土體的質量和開挖斷面的大小進行驗證，確保符合設計要求。如不符合設計要求，及時進行處理后，方可進行下一步施工。

(2)對基床拋石、夯實質量進行控制。按設計要求，嚴格把控拋石的大小和質量；在夯實過程中，嚴格按照試夯的參數和遍數進行操作，并在確保塊石不被擊碎的前提下，適當提高夯擊能，增加基床的密實度。

(3)對基床整平工作進行控制，尤其是極細平工序要做好。

(4)對墻身回填料和反濾料等材料進行控制。回填料和反濾料的材料需經驗收后方可使用，分層回填施工合理有序，夯實質量符合質量要求。

(5)加強墻身結構的沉降位移觀測。制定已安裝墻身結構和胸墻沉降觀測的方案，及時提供沉降位移數據，分析沉降變化情況，以便指導下一步施工。

(6)在回填砂吹填完成并振沖密實后埋設分層沉降環監測沉降數據，及時掌握回填砂的變化和發現回填砂有無流失情況，確保碼頭上部結構的穩定性，對其安全性進行預控。

3.2 運營期

碼頭運營期，在現場高負荷、復雜的工作環境下，碼頭會出現漏砂等病害，可通過以下措施進行預防，以便更早發現碼頭的病害和結構安全問題，對安全進行預控。

(1)對碼頭地表沉降位移進行觀測。運營管理方在碼頭運營后應定期對碼頭進行沉降位移觀測，分析沉降位移數據，以便對碼頭作業方案進行調整。

(2)對出現明顯沉降的碼頭面層進行地質雷達檢測。通過地質雷達判斷碼頭面層是否出現漏砂引起的空洞、不密實等，以便提前進行維護。若發現漏砂，應及時采取工程措施進行堵漏，減少損失。

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

(4)加強對碼頭停泊、靠泊船舶噸位的管理。嚴禁超噸位船舶停靠或小噸位多船舶并靠。

4 結語

由于重力式碼頭漏砂原因的多樣性，漏砂在碼頭施工及運營的各時間段均可能發生，因此對碼頭漏砂防治必須從基礎抓起，一直貫徹到碼頭運營使用全過程。本文針對廣西部分沿海碼頭進行實際考察和調研，并根據現有的資料、文獻進行研究分析，提出對重力式碼頭漏砂的檢(監)測手段和預防措施，為以后該型式碼頭漏砂的預防及處理提供參考。