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。基礎(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)澆鋼筋混凝土 胸墻

2、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:混卵石 碎

3、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 ?？?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 Settlement

4、 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 the o

5、bserved 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,原巖結(jié)構(gòu)清

6、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 N200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。 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

7、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

8、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 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

9、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 25000噸級碼頭斷面圖表 1基槽開挖情況項目5000級碼頭 3萬噸級碼頭 基槽開挖厚度 /m 2.53.01

10、.52.0達到土層 粗礫砂層 強風(fēng)化花崗巖 設(shè)計開挖邊坡 1 1.51 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 5

11、000級碼頭沉箱沉降觀測點 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

12、方法相同,觀測過程是從 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

13、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 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

14、移也 趨于穩(wěn)定。從 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

15、,立即改作短槽鋼進行夾樁。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

16、的土壤沖松 液化,以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