沉箱重力式碼頭施工期間沉降位移觀測與分析

1、2005年 12月第 12期 總第 383期Dec. 2005 No.12Serial No. 383水運工程Port &Waterway Engineering1概述該工程主要建設(shè)規(guī)模包括 3萬噸級原油外輸 泊位 1個, 5000噸級原油接卸泊位 1個,以及工 作船碼頭和引堤等。 3萬噸級泊位碼頭長 300m , 5000噸級泊位碼頭平臺長 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 力層為亞粘土或強風(fēng)化花崗巖。根 據(jù) 重 力 式 碼 頭 設(shè) 計 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 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,在工程實施期間對承包商提出了較為嚴格的沉 降變位觀測要求。本文對碼頭沉箱安放和回填期間 的沉降變位觀測過程及數(shù)據(jù)分析情況做簡要介紹。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 20%40%,標貫平均 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 3萬噸級碼頭和 5000噸級碼頭施工期間的沉降變位觀測過程及對觀測數(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;觀測中圖分類號:TU433文獻標識碼:B 文章編號: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 工 程 密 -密實; 亞粘土:分布粗礫砂土體或風(fēng)化巖石 上,平均標貫 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),強風(fēng)化厚度 35m ,巖石 整體呈強風(fēng)化狀,標準貫入擊數(shù)平均 N=124,局 部 N>200呈中等風(fēng)化狀。3萬噸級碼頭內(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噸級碼頭與引堤相連,屬于岸 壁式碼頭, 5000噸級碼頭沉箱長 ×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)計要求, 3萬噸級碼頭基床 應(yīng)開挖至強風(fēng)化花崗巖面,基床厚度在 1.01.5m 之間,五千噸級碼頭基槽開挖應(yīng)達到粗礫砂層, 基床厚度 2.5m 。實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)計要求,拋石基床采用 10100kg 塊 石,級配良好,石料在水中浸透后的強度不低于 50MPa ;基床頂粗平材料為 510kg 級配小塊石。 拋石基床須進行基床夯實,基床分層夯實厚度不 大于 2m ,每層厚度大致相等,基床夯實范圍按沉 箱底面尺寸各邊加寬 1.0m ,對于分層夯實時,應(yīng) 根據(jù)分層處的應(yīng)力擴散線各邊加寬 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, 3萬噸級碼頭拋石基床厚度小于 2m ,且下臥 地基為強風(fēng)化花崗巖,故實際分 1層進行夯實, 而 5000級碼頭拋石基床厚度 3m 左右,而下臥地 基為粗礫砂,所以實際分 2層進行夯實, 2層厚度 大致相等?；埠粚嵅捎寐溴N夯,實際采用的夯具技術(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 浮 阻 影 響 。夯實設(shè)備為 600t 方駁吊機 1艘,配 30t 履 帶吊 1臺,機動舢板 1條,拖輪 1艘。3萬噸級碼頭和 5000級碼頭基床夯擊次數(shù)和 遍數(shù)均根據(jù)試夯確定:在試夯范圍內(nèi)選取 3個斷

9、 面,每個斷面上 1m 設(shè) 1個點進行夯沉觀測,求 出平均值。觀測時夯前和第 4夯各測 1次,以后 每兩夯測 1次,至相鄰測次的累計沉降值趨于接 近為止。在沉降觀測的同時,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 觀測結(jié)果,在平均沉降差 3cm 以內(nèi)時的次數(shù)即為正式施工的夯擊次數(shù)。根據(jù)試夯報告, 3萬噸級碼 頭和 5000級碼頭基床夯擊次數(shù)和遍數(shù)均采用每點 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 夯實后補拋塊石面積超過 100m 2,厚度普遍大于 50cm 時進行補夯。夯實的質(zhì)量標準:在已夯的基圖13萬噸級碼頭斷面圖圖

10、 25000噸級碼頭斷面圖表 1基槽開挖情況項目1 1.5開挖機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,用水準儀 測基床沉降量,每 1m 取一個斷面, 1m 一個點, 取其平均值 ,其沉降量不大于 3cm 。3萬噸級碼頭和 5000噸級碼頭基床驗夯表 明,夯實后的基床頂高程與基床頂面設(shè)計高程相 差約 2530cm ,這一高差之間的基床頂面整平即 按細平標準進行。整平范圍為墻身底面每邊各加寬 0.5m 。進行細平時,對于大塊石間的空隙,采用二 片石填充,對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3萬噸級碼頭和 5000級碼頭沉箱沉降

11、觀測點 布設(shè)于沉箱的 4個角上,位移觀測點布設(shè)于沉箱 前沿的 2個角上。5000級碼頭沉降觀測是采用 S3型水準儀, 按閉合水準路線進行觀測,對各點高程進行平差。 首次高程的確定采用兩次觀測后才確定,以后按 計劃有步驟觀測后才確定,位移觀測利用全站儀 H1點,后視 GPS2點,直接測定各點坐標進行比 較,然后歸零于 GPS2點。觀測過程是從 9月 20日至次年 3月 7日,歷時 5個多月,經(jīng)歷了沉箱 安放、回填、沉箱后側(cè)堤心石推進、澆注沉箱封 倉 砼 等 過 程 。 3萬 噸 級 碼 頭 沉 降 觀 測 是 采 用 WILDN2型水準儀,其他與 5000級碼頭沉降位移 觀測方法相同,觀測過程是

12、從 10月 5日至次年 4月 26日,歷時 6個多月經(jīng)歷了沉箱安放、回填、 澆注沉箱封倉砼等過程。5000級碼頭和 3萬噸級碼頭每個沉箱均進行 了沉降位移觀測并作了詳細記錄,觀測數(shù)據(jù)表明, 除個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級碼頭 4號沉箱 和 3萬噸級碼頭 22號沉箱沉降位移觀測數(shù)據(jù)按照 時間關(guān)系繪制沉降位移曲線如圖 3、圖 4,曲線圖 中沉降量為 4個觀測點的平均值,位移量為兩個觀測點的平均值。從 5000噸級碼頭全部沉箱的沉降觀測數(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層進行基床夯實達到 了技術(shù)要求,且對粗礫砂地基產(chǎn)生了夯實效果, 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; 從這一組觀測數(shù)據(jù)看,沉箱有向前位移的趨勢, 這也符合 5000噸級碼頭沉箱背后回填擠壓這一特 點,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、3萬噸級碼頭全部沉箱的沉降觀測數(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,說明夯實較為均勻,且在基床 圖 33 萬噸級碼頭沉降位移曲線圖 45萬噸級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與分析 95 2005年水 運 工 程 2在每個墩臺區(qū)域增設(shè)一根直樁,作為穩(wěn)樁 臨時固定樁用,當該墩臺第一根斜樁沉樁結(jié)束后, 將該樁與直樁臨時夾樁固定。3采用 1cm 鋼絲繩,配以 5t 倒鏈進行輔助 臨時穩(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 塊上進行臨時穩(wěn)樁,待具備短槽鋼進行夾樁穩(wěn)樁 條件時,立即改作短槽鋼進行

15、夾樁。4在打樁和穩(wěn)樁后,應(yīng)勤測樁位,及時分析 偏位原因,以便采取控制措施。 4建議1水沖樁較長時,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:水沖管上下移動空間大,可有效地防 止水管堵塞;下樁時,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當采用內(nèi)沖內(nèi)排法沉設(shè)長樁,遇到水沖沉 樁不下時,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、減少對樁端的正面阻力,同時水流及土 壤顆粒經(jīng)樁身表面涌出地面,減少了對樁端的正 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,同時應(yīng)注意以下幾點: 水沖時間要適當,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,會產(chǎn)生溜樁現(xiàn)象,亦可能由于停錘時間太長, 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,應(yīng)觀察樁頂泥漿的濃淡變化。 在水沖錘擊時,應(yīng)采用重錘輕打,貫入度 宜控制在 48cm ,當貫入度小于 10cm 時,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層夯實達到了技術(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;從這一時期的位移數(shù) 據(jù)表明