洛比托港重力式碼頭工程施工及沉降位移觀測

陸云鵬，張華強(qiáng)，方育平

（1.中國港灣工程有限公司，北京 100007；2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

安哥拉洛比托位于安哥拉西海岸的中部，瀕臨大西洋的東南側(cè)，離首都羅安達(dá)約500 km。洛比托港是安哥拉南部的主要港口之一，也是扎伊爾和贊比亞部分物資的中轉(zhuǎn)港。洛比托港受洛比托沙壩的全方位掩護(hù)，整個港區(qū)掩護(hù)條件良好，波浪小，潮差小，泥沙回淤小，是不可多得的天然良港[1]。

洛比托港項(xiàng)目分為修復(fù)項(xiàng)目和擴(kuò)建項(xiàng)目兩大部分，其中擴(kuò)建項(xiàng)目包括70000 DWT集裝箱碼頭和100000 DWT礦石碼頭以及配套的附屬設(shè)施工程等。礦石碼頭建設(shè)10萬噸級泊位1座，碼頭泊位長度310m，為沉箱重力式結(jié)構(gòu)。

1 礦石碼頭結(jié)構(gòu)形式

1.1 港區(qū)地形地貌

洛比托港區(qū)整體為剝蝕丘陵地貌，相對高度小于200 m，基巖埋藏較淺，頂部常直接裸露，風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，有時表層為殘積物覆蓋，谷底堆積有較厚的洪積物、坡積物或沖積物。在洛比托南部卡通貝拉鎮(zhèn)有一河流入海，從上游帶來的豐富沉積物在河口堆積，在洛比托市西南部形成一個小型河口三角洲地貌。由于河口三角洲的作用，改變了在此的水流，使水流中攜帶的豐富砂粒在下游洛比托港西海岸堆積，并在港區(qū)西部形成數(shù)公里的連體砂壩，為港區(qū)的天然防波屏障。在港區(qū)南部，由于海流作用，形成一個小型瀉湖。港區(qū)東部為剝蝕丘陵地貌，主要由灰?guī)r和泥巖交替沉積形成，在海浪的沖蝕和風(fēng)化作用下，引起海岸巖崩，變成了陡峭的懸崖海岸，并形成了海岸沖蝕階地[2]。

1.2 碼頭區(qū)工程地質(zhì)

根據(jù)工程地質(zhì)勘察[2]，各土層具體情況為：1）現(xiàn)代海相沉積層（Q4m），分為2個亞層，②1細(xì)砂：松散，灰色，局部深灰色，級配較好，含少量黏粒，局部為粉土狀。標(biāo)貫擊數(shù)為3～11；②3碎石土：灰黃色，飽和，密實(shí)，巖芯呈塊狀—碎塊狀，含少量黏性土。2）更新世海相沉積層（Em）：③中風(fēng)化泥巖：軟巖，淺灰色，灰色，局部淺黃色，含少量柱狀解理，標(biāo)貫擊數(shù)大于80擊。主要典型地質(zhì)剖面如圖1。

圖1 地質(zhì)剖面示意圖

1.3 碼頭結(jié)構(gòu)形式

礦石碼頭結(jié)構(gòu)形式為沉箱重力式碼頭，沉箱底寬為14.3 m，高17.3 m，長18.70 m，單個沉箱最大重量約2150 t。沉箱上部為現(xiàn)澆L形胸墻，胸墻高2.50m，沉箱墻體內(nèi)回填中細(xì)砂，沉箱墻體棱體采用10～100 kg塊石。沉箱基礎(chǔ)為水下夯實(shí)基床，基礎(chǔ)持力層主要為中—強(qiáng)風(fēng)化泥巖，基床采用夯實(shí)10～100 kg塊石，厚度一般3～4m。碼頭面設(shè)置門機(jī)軌道，軌距10.50m，前軌距碼頭前沿3 m，擱置于胸墻上，后側(cè)軌擱置于與沉箱后壁相接的現(xiàn)澆軌道梁上。碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖見圖2。

2 碼頭基床地基處理

礦石碼頭基床開挖超深超寬分別按0.5m、1m進(jìn)行控制。挖泥船采用實(shí)時動態(tài)GPS定位法控制定位，挖泥過程的底標(biāo)高以水砣測深法控制，挖泥區(qū)的竣工標(biāo)高則采用測深儀測深法控制。按照碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，礦石碼頭基床需開挖至中、強(qiáng)風(fēng)化巖面，挖泥時采用分層分條開挖法，分層厚度控制為2m，為確?；坶_挖過程中不發(fā)生塌坡，挖泥時依據(jù)土質(zhì)及土層厚度按設(shè)計(jì)要求放坡，放坡采用階梯法，根據(jù)土質(zhì)情況邊坡坡度1∶1.5和1∶3。由于大部分基槽開挖均有0.5m厚左右的超挖，實(shí)際開挖情況表明，整個礦石碼頭區(qū)基床開挖厚度約3.5～5.0m。

基床按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行夯實(shí)，分層夯實(shí)厚度不大于2m，各分層厚度大致相等，按基槽開挖實(shí)際情況分析，3.5～5.0m的基床厚度，分2～3層進(jìn)行夯實(shí)。按設(shè)計(jì)要求，基床采用10～100 kg塊石，要求石料在水中浸透后的強(qiáng)度不低于50MPa，級配良好；基床頂面粗平材料采用5～10 kg級配碎石?；埠粚?shí)范圍按沉箱底面尺寸各邊加寬1m，分層夯實(shí)時，根據(jù)分層處的應(yīng)力擴(kuò)散線各邊加寬1m，分段打夯的搭接長度不小于2m。

根據(jù)試夯成果，碼頭基床夯擊次數(shù)和遍數(shù)均采用每點(diǎn)4夯次、夯擊兩遍，縱向和橫向都向相鄰區(qū)域搭接半夯范圍。夯實(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：在已經(jīng)夯實(shí)的基床上任選不少于10 m的一段復(fù)打1夯次，用水準(zhǔn)儀測沉降量，每1m測1個斷面，每個斷面上間隔1m取1個點(diǎn)，取全部數(shù)據(jù)的平均值，沉降量不大于3 cm。碼頭基床采用的夯具技術(shù)資料為：夯錘重量7.2 t，底盤直徑1.50m，夯錘的沖擊能為185 kJ/m2。

基床細(xì)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，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的基床頂面標(biāo)高，并根據(jù)重力式碼頭規(guī)范和技術(shù)規(guī)格書要求對基床設(shè)置一定的倒坡，坡度大約1∶20[3-4]。

3 沉箱出運(yùn)、安放和回填

礦石碼頭泊位長度310m，共布置有沉箱19件，其中大沉箱17件，外形尺寸為18.7m×14.3m×17.3m，小沉箱2件，外形尺寸為10.3m×18.7m×8.3m，前腳趾寬1.0m，底板厚0.65m。大沉箱單件最重約2150 t。

沉箱在預(yù)制場水平移動采用氣囊搬運(yùn)技術(shù)移至浮船塢上，然后駁運(yùn)至施工現(xiàn)場。浮船塢下潛到預(yù)定深度時，沉箱將自動浮在水中，運(yùn)用拖輪拖至現(xiàn)場駁船定位、注水下沉存放及安裝。拋石基床應(yīng)整平一段安裝一段，以免淤泥沉積。沉箱安放前必須對基床和沉箱進(jìn)行檢查，不符合技術(shù)要求時應(yīng)予以修整和清理，應(yīng)清除沉積在基床上和沉箱底部的泥土或其他雜物，安裝時應(yīng)控制沉箱底面與基床斜度一致，以免挫壞基床，不得在沉箱底部加墊調(diào)整偏差。沉箱安放后，需進(jìn)行水下檢查，包括上下縫寬度、相鄰沉箱、沉箱與基床面接觸是否平穩(wěn)等，如不符合要求，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或重新安裝。

沉箱安放順序：先安裝端部第一個沉箱（粗安裝），以第一個沉箱為依靠安裝第二個沉箱（精確安裝），如第一個沉箱安裝精度不符合要求，則起浮第一個沉箱并以第二個沉箱為依托進(jìn)行精確安裝，以第二個沉箱為依托安裝第三個沉箱，這樣依次順序逐一安裝，直至完成全部沉箱安放。

沉箱安放后，需將沉箱進(jìn)水孔封堵并及時進(jìn)行箱內(nèi)回填砂，以保證施工期沉箱穩(wěn)定，然后根據(jù)施工工序進(jìn)行沉箱后方拋石棱體的回填和倒濾層施工，再進(jìn)行后方大面積回填。

4 沉箱沉降位移觀測

4.1 觀測方式

按施工進(jìn)展情況，沉箱沉降、位移觀測過程歷時6月余，經(jīng)歷了沉箱安放、回填、沉箱后方棱體推進(jìn)、澆注沉箱封倉混凝土等過程，對每個沉箱均進(jìn)行了沉降位移觀測。

沉降觀測采用徠卡NA2水準(zhǔn)儀，精度指標(biāo)為1mm/km，采用三等閉合水準(zhǔn)路線方法進(jìn)行觀測。要求最大視線長度≤75m，視線離地面最低高度≥0.3m，前后視距差≤3 m，前后視距累計(jì)差≤6m，現(xiàn)場將每站觀測數(shù)據(jù)記錄在三等水準(zhǔn)記錄手薄上，業(yè)內(nèi)處理采用簡易水準(zhǔn)平差計(jì)算各點(diǎn)高程值。沉箱沉降觀測點(diǎn)設(shè)于沉箱的四個角上，首次高程的確定采用兩次觀測后才確定，隨后按計(jì)劃有步驟操作。

位移觀測采用徠卡TCR802全站儀，標(biāo)準(zhǔn)精度測距為±（2mm+2×10-6mm），標(biāo)準(zhǔn)精度角度測量為2″。以強(qiáng)制對中墩的S2點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，后視點(diǎn)V1。位移觀測點(diǎn)布設(shè)于沉箱前沿的兩個角上，觀測時在強(qiáng)制對中墩上架設(shè)全站儀，對中整平根據(jù)溫度氣壓計(jì)的讀數(shù)顯示，調(diào)整全站儀的測距改正值，瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)V1，誤差小于2″后開始觀測，觀測時觀測點(diǎn)架設(shè)棱鏡，測定后將數(shù)據(jù)記錄在表格上，每5個沉箱結(jié)束觀測后重新對準(zhǔn)后視點(diǎn)校對后視方位角，當(dāng)誤差大于3″時重新對準(zhǔn)后視點(diǎn)。

4.2 觀測數(shù)據(jù)

表1為8號沉箱位移觀測數(shù)據(jù)。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，大部分沉箱拋石基床的沉降位移接近。

表1 碼頭8號沉箱沉降及位移觀測表

4.3 觀測結(jié)果分析

根據(jù)洛比托礦石碼頭8號沉箱位移觀測數(shù)據(jù)，按照時間關(guān)系繪制沉降位移曲線如圖3，其中沉降量為4個觀測點(diǎn)的均值，位移量為沉箱外側(cè)2個測量點(diǎn)的均值。

圖3 沉降位移曲線

考慮到洛比托礦石碼頭大部分沉箱沉降位移接近，現(xiàn)依據(jù)8號沉箱沉降觀測數(shù)據(jù)和形成的沉降位移曲線分析，可得出如下結(jié)論：

1）根據(jù)礦石碼頭8號沉箱安放、沉箱內(nèi)回填及沉箱后方拋石棱體回填期間的沉降觀測數(shù)據(jù)可知，沉箱在施工期間沉降較小，在規(guī)范和設(shè)計(jì)要求允許范圍內(nèi)。其中沉箱安放時基本未出現(xiàn)沉降或出現(xiàn)輕微沉降；在沉箱內(nèi)回填砂期間出現(xiàn)一定的沉降，并且沉箱出現(xiàn)沉降主要是在這一時期；而沉箱后方拋石棱體施工期間對沉降影響很小，通過對數(shù)據(jù)詳細(xì)分析可知，其對沉箱前沿兩觀測點(diǎn)沉降有輕微影響，與后沿兩觀測點(diǎn)相比沉降略大些。

2）對8號沉箱沉降觀測數(shù)據(jù)從時間上進(jìn)行分析可知，沉箱在施工期間的沉降在回填完成后約2個月內(nèi)完成，前1個月沉降相對較大，后1個月沉降相對較小，沉降曲線趨勢符合一般性沉降規(guī)律，曲線最后趨于水平，沉箱趨于穩(wěn)定。從全部19個沉箱的觀測數(shù)據(jù)分析，大部分沉箱沉降均在25～30mm之間，說明碼頭基床夯實(shí)較為均勻，夯擊次數(shù)、遍數(shù)和層數(shù)均達(dá)到了技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

3）8號沉箱位移觀測數(shù)據(jù)表明，沉箱在施工期間位移很小，累積位移量僅5mm左右，在技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求允許范圍之內(nèi)。其中沉箱安放期間有一定的位移，說明風(fēng)、浪、流或其他施工因素對沉箱有一定的擾動影響，當(dāng)沉箱內(nèi)回填后，由于自重荷載的增大，沉箱與基床之間的摩擦力增大，沉箱基本沒有位移。另外，在沉箱后方拋石棱體回填期間均沒有出現(xiàn)水平位移，表明沉箱在箱內(nèi)回填砂料后，依靠自重產(chǎn)生的摩擦力可以保證沉箱在后方拋石棱體回填期間不出現(xiàn)位移。

4）通過洛比托碼頭8號沉箱沉降位移觀測和分折表明，碼頭上部胸墻結(jié)構(gòu)施工在沉箱回填完成之后2個月內(nèi)進(jìn)行，可保證胸墻前沿線位置、相鄰段平整度、相鄰臨水面錯牙、臨水面的平整度以及臨水面的豎向傾斜等滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求。

5 結(jié)語

通過本工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在沉箱安裝、沉箱內(nèi)回填砂及沉箱后方棱體拋填期間對沉箱沉降位移進(jìn)行系統(tǒng)的觀測是碼頭上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的重要依據(jù)，是分析和了解拋石基床基礎(chǔ)處理效果的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，也是保證沉箱重力式碼頭結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量的重要步驟之一。

[1] China Harbor Engineering Company Ltd.Mineral Terminal Preliminary Design of Extension Work for Port of Lobito[R].2008.

[2] China Harbor Engineering Company Ltd.Mineral Terminal Final Ground Investigation Report of Extension Work for Port of Lobito[R].2009.

[3] JTJ250—98，港口工程地基規(guī)范[S].

[4] JTJ290—98，重力式碼頭設(shè)計(jì)和施工規(guī)范[S].