沉箱重力式碼頭施工期間沉降位移觀測(cè)與分析

1、2005年 12月第 12期 總第 383期Dec. 2005 No.12Serial No. 383水運(yùn)工程Port &Waterway Engineering1概述該工程主要建設(shè)規(guī)模包括 3萬噸級(jí)原油外輸 泊位 1個(gè), 5000噸級(jí)原油接卸泊位 1個(gè),以及工 作船碼頭和引堤等。 3萬噸級(jí)泊位碼頭長 300m , 5000噸級(jí)泊位碼頭平臺(tái)長 50m ,各碼頭均為沉箱 重力式結(jié)構(gòu),沉箱內(nèi)回填砂石料,上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn) 澆鋼筋混凝土胸墻?；A(chǔ)采用拋石基床,地基持 力層為亞粘土或強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。根 據(jù) 重 力 式 碼 頭 設(shè) 計(jì) 和 施 工 規(guī) 范 JTJ190 98和技術(shù)規(guī)格書要求,現(xiàn)澆鋼筋混凝

2、土 胸墻應(yīng)在下部結(jié)構(gòu)(即沉箱變位趨于穩(wěn)定后進(jìn) 行,這樣才能保證胸墻前沿線位置、臨水面的平 整度滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求。由于工期緊、任 務(wù)重,為更好地保證沉箱安放和回填期間的質(zhì)量, 以及有效地分析和了解拋石基床基礎(chǔ)處理效果如 何,在工程實(shí)施期間對(duì)承包商提出了較為嚴(yán)格的沉 降變位觀測(cè)要求。本文對(duì)碼頭沉箱安放和回填期間 的沉降變位觀測(cè)過程及數(shù)據(jù)分析情況做簡(jiǎn)要介紹。2工程地質(zhì)、碼頭結(jié)構(gòu)型式及基礎(chǔ)處理港區(qū)海岸地貌整體屬于剝蝕性沖積砂質(zhì)海岸, 岸線走向 ENE-WSW ,近岸水下地形坡度平緩。 碼頭區(qū)域地層大致如下分布: 淤泥及淤泥質(zhì)亞 粘土; 亞粘土:軟塑 -可塑狀,混砂礫較多,局 部含卵石; 圓礫:混

3、卵石 碎石和少量粘性土, 局部卵石含量高達(dá) 20%40%,標(biāo)貫平均 4250擊; 粗礫砂:分布于海底中部土層,厚度一般 為 5m 左右,平均標(biāo)貫 N=37(1389 ,土質(zhì)中沉箱重力式碼頭施工期間沉降位移觀測(cè)與分析周 文(海南港航控股有限公司工程部,海南 海口 570311摘 要:介紹某碼頭工程 3萬噸級(jí)碼頭和 5000噸級(jí)碼頭施工期間的沉降變位觀測(cè)過程及對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析,為類似工 程提供參考。關(guān)鍵詞:碼頭;沉箱;沉降;位移;觀測(cè)中圖分類號(hào):TU433文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):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作者簡(jiǎn)介:周 文(1955- ,男,工程師,從事港口及航道工程技術(shù)管理工作。 2005年水 運(yùn) 工 程 密 -密實(shí); 亞粘土:分布粗礫砂土體或風(fēng)化巖石 上,平均標(biāo)貫 N=21擊,土質(zhì)呈硬塑狀; 殘積 土:為花崗巖殘積層,分布于風(fēng)化巖表層,層厚 0.30.5m ; 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:夾層,母巖成分為 片麻狀花崗巖,原

6、巖結(jié)構(gòu)清晰,但大部分長石、 云母等礦物已風(fēng)化變質(zhì),強(qiáng)風(fēng)化厚度 35m ,巖石 整體呈強(qiáng)風(fēng)化狀,標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均 N=124,局 部 N>200呈中等風(fēng)化狀。3萬噸級(jí)碼頭內(nèi)側(cè)停泊船舶,外側(cè)兼直立防 波堤,沉箱長 ×寬 ×高 =19.1m ×11.65m ×14.6m , 胸墻高 2.6m ,后側(cè)擋浪墻高 3.5m ,碼頭結(jié)構(gòu)斷 面見圖 1; 5000噸級(jí)碼頭與引堤相連,屬于岸 壁式碼頭, 5000噸級(jí)碼頭沉箱長 ×寬 ×高 =10.9m ×10.79m ×9.7m ,胸墻高 2.6m ,碼頭結(jié)構(gòu)斷面見 圖 2。

7、 根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求, 3萬噸級(jí)碼頭基床 應(yīng)開挖至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖面,基床厚度在 1.01.5m 之間,五千噸級(jí)碼頭基槽開挖應(yīng)達(dá)到粗礫砂層, 基床厚度 2.5m 。實(shí)際開挖中大部分基槽均有 0.5m 厚左右的超挖。各碼頭基槽開挖情況見表 1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,拋石基床采用 10100kg 塊 石,級(jí)配良好,石料在水中浸透后的強(qiáng)度不低于 50MPa ;基床頂粗平材料為 510kg 級(jí)配小塊石。 拋石基床須進(jìn)行基床夯實(shí),基床分層夯實(shí)厚度不 大于 2m ,每層厚度大致相等,基床夯實(shí)范圍按沉 箱底面尺寸各邊加寬 1.0m ,對(duì)于分層夯實(shí)時(shí),應(yīng) 根據(jù)分層處的應(yīng)力擴(kuò)散線各邊加寬 1.0m ,分段打 夯的搭接長度

8、不小于 2m 。根據(jù)上述基槽開挖情 況, 3萬噸級(jí)碼頭拋石基床厚度小于 2m ,且下臥 地基為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,故實(shí)際分 1層進(jìn)行夯實(shí), 而 5000級(jí)碼頭拋石基床厚度 3m 左右,而下臥地 基為粗礫砂,所以實(shí)際分 2層進(jìn)行夯實(shí), 2層厚度 大致相等?；埠粚?shí)采用落錘夯,實(shí)際采用的夯具技術(shù) 資料如下:夯錘在空氣中的質(zhì)量 5.2t ,底盤直徑 1.34m ,夯錘的 沖 擊 能 155kJ/ (不 計(jì) 浮 阻 影 響 。夯實(shí)設(shè)備為 600t 方駁吊機(jī) 1艘,配 30t 履 帶吊 1臺(tái),機(jī)動(dòng)舢板 1條,拖輪 1艘。3萬噸級(jí)碼頭和 5000級(jí)碼頭基床夯擊次數(shù)和 遍數(shù)均根據(jù)試夯確定:在試夯范圍內(nèi)選取 3個(gè)斷

9、 面,每個(gè)斷面上 1m 設(shè) 1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行夯沉觀測(cè),求 出平均值。觀測(cè)時(shí)夯前和第 4夯各測(cè) 1次,以后 每兩夯測(cè) 1次,至相鄰測(cè)次的累計(jì)沉降值趨于接 近為止。在沉降觀測(cè)的同時(shí),應(yīng)配合潛水檢查基 床表面塊石的緊密程度及破損情況。根據(jù)試夯的 觀測(cè)結(jié)果,在平均沉降差 3cm 以內(nèi)時(shí)的次數(shù)即為正式施工的夯擊次數(shù)。根據(jù)試夯報(bào)告, 3萬噸級(jí)碼 頭和 5000級(jí)碼頭基床夯擊次數(shù)和遍數(shù)均采用每點(diǎn) 4夯次、夯擊 2遍(即初夯、復(fù)夯各 1遍,以防止 基床局部隆起和漏夯 ,縱橫向均鄰接壓半夯。當(dāng) 夯實(shí)后補(bǔ)拋塊石面積超過 100m 2,厚度普遍大于 50cm 時(shí)進(jìn)行補(bǔ)夯。夯實(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):在已夯的基圖13萬噸級(jí)碼頭斷面圖圖

10、 25000噸級(jí)碼頭斷面圖表 1基槽開挖情況項(xiàng)目1 1.5開挖機(jī)械抓斗式挖泥船抓斗式挖泥船94 第 12期床上任選不少于 5m 一段復(fù)打一夯次,用水準(zhǔn)儀 測(cè)基床沉降量,每 1m 取一個(gè)斷面, 1m 一個(gè)點(diǎn), 取其平均值 ,其沉降量不大于 3cm 。3萬噸級(jí)碼頭和 5000噸級(jí)碼頭基床驗(yàn)夯表 明,夯實(shí)后的基床頂高程與基床頂面設(shè)計(jì)高程相 差約 2530cm ,這一高差之間的基床頂面整平即 按細(xì)平標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。整平范圍為墻身底面每邊各加寬 0.5m 。進(jìn)行細(xì)平時(shí),對(duì)于大塊石間的空隙,采用二 片石填充,對(duì)二片石的空隙和不平整部分采用碎 石填充。3施工期間的沉降位移觀測(cè)3萬噸級(jí)碼頭和 5000級(jí)碼頭沉箱沉降

11、觀測(cè)點(diǎn) 布設(shè)于沉箱的 4個(gè)角上,位移觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)于沉箱 前沿的 2個(gè)角上。5000級(jí)碼頭沉降觀測(cè)是采用 S3型水準(zhǔn)儀, 按閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè),對(duì)各點(diǎn)高程進(jìn)行平差。 首次高程的確定采用兩次觀測(cè)后才確定,以后按 計(jì)劃有步驟觀測(cè)后才確定,位移觀測(cè)利用全站儀 H1點(diǎn),后視 GPS2點(diǎn),直接測(cè)定各點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比 較,然后歸零于 GPS2點(diǎn)。觀測(cè)過程是從 9月 20日至次年 3月 7日,歷時(shí) 5個(gè)多月,經(jīng)歷了沉箱 安放、回填、沉箱后側(cè)堤心石推進(jìn)、澆注沉箱封 倉 砼 等 過 程 。 3萬 噸 級(jí) 碼 頭 沉 降 觀 測(cè) 是 采 用 WILDN2型水準(zhǔn)儀,其他與 5000級(jí)碼頭沉降位移 觀測(cè)方法相同,觀測(cè)過程是

12、從 10月 5日至次年 4月 26日,歷時(shí) 6個(gè)多月經(jīng)歷了沉箱安放、回填、 澆注沉箱封倉砼等過程。5000級(jí)碼頭和 3萬噸級(jí)碼頭每個(gè)沉箱均進(jìn)行 了沉降位移觀測(cè)并作了詳細(xì)記錄,觀測(cè)數(shù)據(jù)表明, 除個(gè)別沉箱由于特殊原因出現(xiàn)異常情況外,大部 分沉箱和拋石基床的沉降位移均較接近。4沉降位移觀測(cè)成果分析為了更明顯和直觀反映沉箱安放和回填期間 的沉降位移變化情況,依據(jù) 5000級(jí)碼頭 4號(hào)沉箱 和 3萬噸級(jí)碼頭 22號(hào)沉箱沉降位移觀測(cè)數(shù)據(jù)按照 時(shí)間關(guān)系繪制沉降位移曲線如圖 3、圖 4,曲線圖 中沉降量為 4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的平均值,位移量為兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的平均值。從 5000噸級(jí)碼頭全部沉箱的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)來 分析,大部

13、分沉箱在安放回填期間沉降接近,均 在 1020mm 之間,說明分 2層進(jìn)行基床夯實(shí)達(dá)到 了技術(shù)要求,且對(duì)粗礫砂地基產(chǎn)生了夯實(shí)效果, 產(chǎn)生的沉降應(yīng)基本是 1020cm 整平層的壓縮變 形;從 5千噸級(jí)碼頭全部沉箱沉降曲線圖看,曲 線的走向符合一般性沉降規(guī)律,最后曲線趨于水 平,說明沉降已穩(wěn)定,且沉降在回填完成后 12個(gè)月內(nèi)完成;根據(jù)繪制的沉降曲線圖,發(fā)現(xiàn)沉箱 在回填期沉降量最大,回填完成后又逐漸穩(wěn)定; 從這一組觀測(cè)數(shù)據(jù)看,沉箱有向前位移的趨勢(shì), 這也符合 5000噸級(jí)碼頭沉箱背后回填擠壓這一特 點(diǎn),回填完成后又逐漸穩(wěn)定,曲線圖也恰恰反映 了這一情況,最后是水平狀,說明沉箱的位移也 趨于穩(wěn)定。從

14、3萬噸級(jí)碼頭全部沉箱的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)來 分析,大部分沉箱在安放回填期間沉降接近,均 在 2530mm 之間,說明夯實(shí)較為均勻,且在基床 圖 33 萬噸級(jí)碼頭沉降位移曲線圖 45萬噸級(jí)碼頭沉降位移曲線周 文:沉箱重力式碼頭施工期間沉降位移觀測(cè)與分析 95 2005年水 運(yùn) 工 程 2在每個(gè)墩臺(tái)區(qū)域增設(shè)一根直樁,作為穩(wěn)樁 臨時(shí)固定樁用,當(dāng)該墩臺(tái)第一根斜樁沉樁結(jié)束后, 將該樁與直樁臨時(shí)夾樁固定。3采用 1cm 鋼絲繩,配以 5t 倒鏈進(jìn)行輔助 臨時(shí)穩(wěn)樁。即沉樁完后,先利用 3根鋼絲繩沿樁 重力反方向牽拉至岸上地籠或沉設(shè)在水中的砼錨 塊上進(jìn)行臨時(shí)穩(wěn)樁,待具備短槽鋼進(jìn)行夾樁穩(wěn)樁 條件時(shí),立即改作短槽鋼進(jìn)行

15、夾樁。4在打樁和穩(wěn)樁后,應(yīng)勤測(cè)樁位,及時(shí)分析 偏位原因,以便采取控制措施。 4建議1水沖樁較長時(shí),樁頂應(yīng)設(shè)鋼箍,可防止樁 頭錘擊碎裂。2水沖替打的槽口長度最好應(yīng)為 22.5m , 其好處有:水沖管上下移動(dòng)空間大,可有效地防 止水管堵塞;下樁時(shí),先將水沖管提高,待樁沉 入泥面 11.5m 穩(wěn)定后再打開水沖管射水,可有效 控制沉樁偏位。3當(dāng)采用內(nèi)沖內(nèi)排法沉設(shè)長樁,遇到水沖沉 樁不下時(shí),可考慮采取兩種措施: 在樁身泥面以上 1m 處四側(cè)面開小圓孔, 縮短樁身空腔內(nèi)排泥漿通道的有效長度,以利排 水排砂。 采用內(nèi)沖外排法。即將射水咀伸出樁尖 1520cm ,應(yīng)用高壓水流束,將樁尖附近的土壤沖松 液化,以

16、減少對(duì)樁端的正面阻力,同時(shí)水流及土 壤顆粒經(jīng)樁身表面涌出地面,減少了對(duì)樁端的正 面阻力,有利于沉樁。4水沖沉樁應(yīng)遵循“以沖為主,先沖后打, 多沖少打”的原則,同時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 水沖時(shí)間要適當(dāng),若太短,地基未沖透, 錘擊數(shù)增多,易造成樁頭碎裂;反之樁尖沖成深 坑,會(huì)產(chǎn)生溜樁現(xiàn)象,亦可能由于停錘時(shí)間太長, 入土的樁周側(cè)摩阻力恢復(fù),需較多錘擊方能沉樁。 因此,水沖時(shí),應(yīng)觀察樁頂泥漿的濃淡變化。 在水沖錘擊時(shí),應(yīng)采用重錘輕打,貫入度 宜控制在 48cm ,當(dāng)貫入度小于 10cm 時(shí),要停 錘水沖。5水沖樁頂建議采用橡膠墊,可防止水浸損 壞,且施工時(shí)應(yīng)注意出水孔排水情況,防止樁墊 打脹堵住出水孔,影響內(nèi)排效果。(上接第 92頁分 1層夯實(shí)達(dá)到了技術(shù)規(guī)范要求,施加荷載(即 沉箱自重和回填料重后基本上或接近沒有壓縮 變形,產(chǎn)生的沉降應(yīng)基本是 2530cm 整平層的壓 縮變形(沒有經(jīng)過夯實(shí)的整平層壓縮為 10%左 右 ;從沉降曲線圖看,曲線的走向符合一般性沉 降規(guī)律,最后曲線趨于水平,說明沉降已穩(wěn)定, 且沉降在回填完成后 12個(gè)月內(nèi)完成;根據(jù)繪制 的沉降曲線圖,發(fā)現(xiàn)沉箱回填期間沉降量最大, 回填完成后逐漸趨于穩(wěn)定;從這一時(shí)期的位移數(shù) 據(jù)表明