沉箱重力式码头施工期间沉降位移观测与分析

1、2005年 12月第 12期 总第 383期Dec. 2005 No.12Serial No. 383水运工程Port &Waterway Engineering1概述该工程主要建设规模包括 3万吨级原油外输 泊位 1个, 5000吨级原油接卸泊位 1个,以及工 作船码头和引堤等。 3万吨级泊位码头长 300m , 5000吨级泊位码头平台长 50m ,各码头均为沉箱 重力式结构,沉箱内回填砂石料,上部结构为现 浇钢筋混凝土胸墙。基础采用抛石基床,地基持 力层为亚粘土或强风化花岗岩。根 据 重 力 式 码 头 设 计 和 施 工 规 范 JTJ190 98和技术规格书要求,现浇钢筋混凝

2、土 胸墙应在下部结构(即沉箱变位趋于稳定后进 行,这样才能保证胸墙前沿线位置、临水面的平 整度满足设计和施工技术要求。由于工期紧、任 务重,为更好地保证沉箱安放和回填期间的质量, 以及有效地分析和了解抛石基床基础处理效果如 何,在工程实施期间对承包商提出了较为严格的沉 降变位观测要求。本文对码头沉箱安放和回填期间 的沉降变位观测过程及数据分析情况做简要介绍。2工程地质、码头结构型式及基础处理港区海岸地貌整体属于剥蚀性冲积砂质海岸, 岸线走向 ENE-WSW ,近岸水下地形坡度平缓。 码头区域地层大致如下分布: 淤泥及淤泥质亚 粘土; 亚粘土:软塑 -可塑状,混砂砾较多,局 部含卵石; 圆砾:混

3、卵石 碎石和少量粘性土, 局部卵石含量高达 20%40%,标贯平均 4250击; 粗砾砂:分布于海底中部土层,厚度一般 为 5m 左右,平均标贯 N=37(1389 ,土质中沉箱重力式码头施工期间沉降位移观测与分析周 文(海南港航控股有限公司工程部,海南 海口 570311摘 要:介绍某码头工程 3万吨级码头和 5000吨级码头施工期间的沉降变位观测过程及对观测数据的分析,为类似工 程提供参考。关键词:码头;沉箱;沉降;位移;观测中图分类号:TU433文献标识码:B 文章编号:1002-4972(2005 12-0093-04Observation and Analysis of Settle

4、ment and Displacement of Caisson-typeGravity Wharf During ConstructionZHOU Wen(Hainan Port and Waterway Holding Co., Ltd., Haikou 570311, ChinaAbstract:This paper presents the observation of settlement and displacement during construction of a 30000dwt wharf and a 5000dwt wharf and the analysis of t

5、he observed data, which provides a reference for similar projects.Key words:wharf; caisson; settlement; displacement; observation收稿日期:2005-09-21作者简介:周 文(1955- ,男,工程师,从事港口及航道工程技术管理工作。 2005年水 运 工 程 密 -密实; 亚粘土:分布粗砾砂土体或风化岩石 上,平均标贯 N=21击,土质呈硬塑状; 残积 土:为花岗岩残积层,分布于风化岩表层,层厚 0.30.5m ; 强风化花岗岩:夹层,母岩成分为 片麻状花岗岩,原

6、岩结构清晰,但大部分长石、 云母等矿物已风化变质,强风化厚度 35m ,岩石 整体呈强风化状,标准贯入击数平均 N=124,局 部 N>200呈中等风化状。3万吨级码头内侧停泊船舶,外侧兼直立防 波堤,沉箱长 ×宽 ×高 =19.1m ×11.65m ×14.6m , 胸墙高 2.6m ,后侧挡浪墙高 3.5m ,码头结构断 面见图 1; 5000吨级码头与引堤相连,属于岸 壁式码头, 5000吨级码头沉箱长 ×宽 ×高 =10.9m ×10.79m ×9.7m ,胸墙高 2.6m ,码头结构断面见 图 2。

7、 根据码头结构设计要求, 3万吨级码头基床 应开挖至强风化花岗岩面,基床厚度在 1.01.5m 之间,五千吨级码头基槽开挖应达到粗砾砂层, 基床厚度 2.5m 。实际开挖中大部分基槽均有 0.5m 厚左右的超挖。各码头基槽开挖情况见表 1。根据设计要求,抛石基床采用 10100kg 块 石,级配良好,石料在水中浸透后的强度不低于 50MPa ;基床顶粗平材料为 510kg 级配小块石。 抛石基床须进行基床夯实,基床分层夯实厚度不 大于 2m ,每层厚度大致相等,基床夯实范围按沉 箱底面尺寸各边加宽 1.0m ,对于分层夯实时,应 根据分层处的应力扩散线各边加宽 1.0m ,分段打 夯的搭接长度

8、不小于 2m 。根据上述基槽开挖情 况, 3万吨级码头抛石基床厚度小于 2m ,且下卧 地基为强风化花岗岩,故实际分 1层进行夯实, 而 5000级码头抛石基床厚度 3m 左右,而下卧地 基为粗砾砂,所以实际分 2层进行夯实, 2层厚度 大致相等。基床夯实采用落锤夯,实际采用的夯具技术 资料如下:夯锤在空气中的质量 5.2t ,底盘直径 1.34m ,夯锤的 冲 击 能 155kJ/ (不 计 浮 阻 影 响 。夯实设备为 600t 方驳吊机 1艘,配 30t 履 带吊 1台,机动舢板 1条,拖轮 1艘。3万吨级码头和 5000级码头基床夯击次数和 遍数均根据试夯确定:在试夯范围内选取 3个断

9、 面,每个断面上 1m 设 1个点进行夯沉观测,求 出平均值。观测时夯前和第 4夯各测 1次,以后 每两夯测 1次,至相邻测次的累计沉降值趋于接 近为止。在沉降观测的同时,应配合潜水检查基 床表面块石的紧密程度及破损情况。根据试夯的 观测结果,在平均沉降差 3cm 以内时的次数即为正式施工的夯击次数。根据试夯报告, 3万吨级码 头和 5000级码头基床夯击次数和遍数均采用每点 4夯次、夯击 2遍(即初夯、复夯各 1遍,以防止 基床局部隆起和漏夯 ,纵横向均邻接压半夯。当 夯实后补抛块石面积超过 100m 2,厚度普遍大于 50cm 时进行补夯。夯实的质量标准:在已夯的基图13万吨级码头断面图图

10、 25000吨级码头断面图表 1基槽开挖情况项目1 1.5开挖机械抓斗式挖泥船抓斗式挖泥船94 第 12期床上任选不少于 5m 一段复打一夯次,用水准仪 测基床沉降量,每 1m 取一个断面, 1m 一个点, 取其平均值 ,其沉降量不大于 3cm 。3万吨级码头和 5000吨级码头基床验夯表 明,夯实后的基床顶高程与基床顶面设计高程相 差约 2530cm ,这一高差之间的基床顶面整平即 按细平标准进行。整平范围为墙身底面每边各加宽 0.5m 。进行细平时,对于大块石间的空隙,采用二 片石填充,对二片石的空隙和不平整部分采用碎 石填充。3施工期间的沉降位移观测3万吨级码头和 5000级码头沉箱沉降

11、观测点 布设于沉箱的 4个角上,位移观测点布设于沉箱 前沿的 2个角上。5000级码头沉降观测是采用 S3型水准仪, 按闭合水准路线进行观测,对各点高程进行平差。 首次高程的确定采用两次观测后才确定,以后按 计划有步骤观测后才确定,位移观测利用全站仪 H1点,后视 GPS2点,直接测定各点坐标进行比 较,然后归零于 GPS2点。观测过程是从 9月 20日至次年 3月 7日,历时 5个多月,经历了沉箱 安放、回填、沉箱后侧堤心石推进、浇注沉箱封 仓 砼 等 过 程 。 3万 吨 级 码 头 沉 降 观 测 是 采 用 WILDN2型水准仪,其他与 5000级码头沉降位移 观测方法相同,观测过程是

12、从 10月 5日至次年 4月 26日,历时 6个多月经历了沉箱安放、回填、 浇注沉箱封仓砼等过程。5000级码头和 3万吨级码头每个沉箱均进行 了沉降位移观测并作了详细记录,观测数据表明, 除个别沉箱由于特殊原因出现异常情况外,大部 分沉箱和抛石基床的沉降位移均较接近。4沉降位移观测成果分析为了更明显和直观反映沉箱安放和回填期间 的沉降位移变化情况,依据 5000级码头 4号沉箱 和 3万吨级码头 22号沉箱沉降位移观测数据按照 时间关系绘制沉降位移曲线如图 3、图 4,曲线图 中沉降量为 4个观测点的平均值,位移量为两个观测点的平均值。从 5000吨级码头全部沉箱的沉降观测数据来 分析,大部

13、分沉箱在安放回填期间沉降接近,均 在 1020mm 之间,说明分 2层进行基床夯实达到 了技术要求,且对粗砾砂地基产生了夯实效果, 产生的沉降应基本是 1020cm 整平层的压缩变 形;从 5千吨级码头全部沉箱沉降曲线图看,曲 线的走向符合一般性沉降规律,最后曲线趋于水 平,说明沉降已稳定,且沉降在回填完成后 12个月内完成;根据绘制的沉降曲线图,发现沉箱 在回填期沉降量最大,回填完成后又逐渐稳定; 从这一组观测数据看,沉箱有向前位移的趋势, 这也符合 5000吨级码头沉箱背后回填挤压这一特 点,回填完成后又逐渐稳定,曲线图也恰恰反映 了这一情况,最后是水平状,说明沉箱的位移也 趋于稳定。从

14、3万吨级码头全部沉箱的沉降观测数据来 分析,大部分沉箱在安放回填期间沉降接近,均 在 2530mm 之间,说明夯实较为均匀,且在基床 图 33 万吨级码头沉降位移曲线图 45万吨级码头沉降位移曲线周 文:沉箱重力式码头施工期间沉降位移观测与分析 95 2005年水 运 工 程 2在每个墩台区域增设一根直桩,作为稳桩 临时固定桩用,当该墩台第一根斜桩沉桩结束后, 将该桩与直桩临时夹桩固定。3采用 1cm 钢丝绳,配以 5t 倒链进行辅助 临时稳桩。即沉桩完后,先利用 3根钢丝绳沿桩 重力反方向牵拉至岸上地笼或沉设在水中的砼锚 块上进行临时稳桩,待具备短槽钢进行夹桩稳桩 条件时,立即改作短槽钢进行

15、夹桩。4在打桩和稳桩后,应勤测桩位,及时分析 偏位原因,以便采取控制措施。 4建议1水冲桩较长时,桩顶应设钢箍,可防止桩 头锤击碎裂。2水冲替打的槽口长度最好应为 22.5m , 其好处有:水冲管上下移动空间大,可有效地防 止水管堵塞;下桩时,先将水冲管提高,待桩沉 入泥面 11.5m 稳定后再打开水冲管射水,可有效 控制沉桩偏位。3当采用内冲内排法沉设长桩,遇到水冲沉 桩不下时,可考虑采取两种措施: 在桩身泥面以上 1m 处四侧面开小圆孔, 缩短桩身空腔内排泥浆通道的有效长度,以利排 水排砂。 采用内冲外排法。即将射水咀伸出桩尖 1520cm ,应用高压水流束,将桩尖附近的土壤冲松 液化,以

16、减少对桩端的正面阻力,同时水流及土 壤颗粒经桩身表面涌出地面,减少了对桩端的正 面阻力,有利于沉桩。4水冲沉桩应遵循“以冲为主,先冲后打, 多冲少打”的原则,同时应注意以下几点: 水冲时间要适当,若太短,地基未冲透, 锤击数增多,易造成桩头碎裂;反之桩尖冲成深 坑,会产生溜桩现象,亦可能由于停锤时间太长, 入土的桩周侧摩阻力恢复,需较多锤击方能沉桩。 因此,水冲时,应观察桩顶泥浆的浓淡变化。 在水冲锤击时,应采用重锤轻打,贯入度 宜控制在 48cm ,当贯入度小于 10cm 时,要停 锤水冲。5水冲桩顶建议采用橡胶垫,可防止水浸损 坏,且施工时应注意出水孔排水情况,防止桩垫 打胀堵住出水孔,影响内排效果。(上接第 92页分 1层夯实达到了技术规范要求,施加荷载(即 沉箱自重和回填料重后基本上或接近没有压缩 变形,产生的沉降应基本是 2530cm 整平层的压 缩变形(没有经过夯实的整平层压缩为 10%左 右 ;从沉降曲线图看,曲线的走向符合一般性沉 降规律,最后曲线趋于水平,说明沉降已稳定, 且沉降在回填完成后 12个月内完成;根据绘制 的沉降曲线图,发现沉箱回填期间沉降量最大, 回填完成后逐渐趋于稳定;从这一时期的位移数 据表明