洛比托港重力式码头工程施工及沉降位移观测

2012-03-13陆云鹏张华强方育平

中国港湾建设 2012年4期

陆云鹏，张华强，方育平

（1.中国港湾工程有限公司，北京 100007；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）

0 引言

安哥拉洛比托位于安哥拉西海岸的中部，濒临大西洋的东南侧，离首都罗安达约500 km。洛比托港是安哥拉南部的主要港口之一，也是扎伊尔和赞比亚部分物资的中转港。洛比托港受洛比托沙坝的全方位掩护，整个港区掩护条件良好，波浪小，潮差小，泥沙回淤小，是不可多得的天然良港[1]。

洛比托港项目分为修复项目和扩建项目两大部分，其中扩建项目包括70000 DWT集装箱码头和100000 DWT矿石码头以及配套的附属设施工程等。矿石码头建设10万吨级泊位1座，码头泊位长度310m，为沉箱重力式结构。

1 矿石码头结构形式

1.1 港区地形地貌

洛比托港区整体为剥蚀丘陵地貌，相对高度小于200 m，基岩埋藏较浅，顶部常直接裸露，风化现象严重，有时表层为残积物覆盖，谷底堆积有较厚的洪积物、坡积物或冲积物。在洛比托南部卡通贝拉镇有一河流入海，从上游带来的丰富沉积物在河口堆积，在洛比托市西南部形成一个小型河口三角洲地貌。由于河口三角洲的作用，改变了在此的水流，使水流中携带的丰富砂粒在下游洛比托港西海岸堆积，并在港区西部形成数公里的连体砂坝，为港区的天然防波屏障。在港区南部，由于海流作用，形成一个小型泻湖。港区东部为剥蚀丘陵地貌，主要由灰岩和泥岩交替沉积形成，在海浪的冲蚀和风化作用下，引起海岸岩崩，变成了陡峭的悬崖海岸，并形成了海岸冲蚀阶地[2]。

1.2 码头区工程地质

根据工程地质勘察[2]，各土层具体情况为：1）现代海相沉积层（Q4m），分为2个亚层，②1细砂：松散，灰色，局部深灰色，级配较好，含少量黏粒，局部为粉土状。标贯击数为3～11；②3碎石土：灰黄色，饱和，密实，岩芯呈块状—碎块状，含少量黏性土。2）更新世海相沉积层（Em）：③中风化泥岩：软岩，浅灰色，灰色，局部浅黄色，含少量柱状解理，标贯击数大于80击。主要典型地质剖面如图1。

图1 地质剖面示意图

1.3 码头结构形式

矿石码头结构形式为沉箱重力式码头，沉箱底宽为14.3 m，高17.3 m，长18.70 m，单个沉箱最大重量约2150 t。沉箱上部为现浇L形胸墙，胸墙高2.50m，沉箱墙体内回填中细砂，沉箱墙体棱体采用10～100 kg块石。沉箱基础为水下夯实基床，基础持力层主要为中—强风化泥岩，基床采用夯实10～100 kg块石，厚度一般3～4m。码头面设置门机轨道，轨距10.50m，前轨距码头前沿3 m，搁置于胸墙上，后侧轨搁置于与沉箱后壁相接的现浇轨道梁上。码头结构断面图见图2。

2 码头基床地基处理

矿石码头基床开挖超深超宽分别按0.5m、1m进行控制。挖泥船采用实时动态GPS定位法控制定位，挖泥过程的底标高以水砣测深法控制，挖泥区的竣工标高则采用测深仪测深法控制。按照码头结构设计要求，矿石码头基床需开挖至中、强风化岩面，挖泥时采用分层分条开挖法，分层厚度控制为2m，为确保基槽开挖过程中不发生塌坡，挖泥时依据土质及土层厚度按设计要求放坡，放坡采用阶梯法，根据土质情况边坡坡度1∶1.5和1∶3。由于大部分基槽开挖均有0.5m厚左右的超挖，实际开挖情况表明，整个矿石码头区基床开挖厚度约3.5～5.0m。

基床按设计和规范要求进行夯实，分层夯实厚度不大于2m，各分层厚度大致相等，按基槽开挖实际情况分析，3.5～5.0m的基床厚度，分2～3层进行夯实。按设计要求，基床采用10～100 kg块石，要求石料在水中浸透后的强度不低于50MPa，级配良好；基床顶面粗平材料采用5～10 kg级配碎石。基床夯实范围按沉箱底面尺寸各边加宽1m，分层夯实时，根据分层处的应力扩散线各边加宽1m，分段打夯的搭接长度不小于2m。

根据试夯成果，码头基床夯击次数和遍数均采用每点4夯次、夯击两遍，纵向和横向都向相邻区域搭接半夯范围。夯实的质量标准：在已经夯实的基床上任选不少于10 m的一段复打1夯次，用水准仪测沉降量，每1m测1个断面，每个断面上间隔1m取1个点，取全部数据的平均值，沉降量不大于3 cm。码头基床采用的夯具技术资料为：夯锤重量7.2 t，底盘直径1.50m，夯锤的冲击能为185 kJ/m2。

基床细平时，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，达到设计要求的基床顶面标高，并根据重力式码头规范和技术规格书要求对基床设置一定的倒坡，坡度大约1∶20[3-4]。

3 沉箱出运、安放和回填

矿石码头泊位长度310m，共布置有沉箱19件，其中大沉箱17件，外形尺寸为18.7m×14.3m×17.3m，小沉箱2件，外形尺寸为10.3m×18.7m×8.3m，前脚趾宽1.0m，底板厚0.65m。大沉箱单件最重约2150 t。

沉箱在预制场水平移动采用气囊搬运技术移至浮船坞上，然后驳运至施工现场。浮船坞下潜到预定深度时，沉箱将自动浮在水中，运用拖轮拖至现场驳船定位、注水下沉存放及安装。抛石基床应整平一段安装一段，以免淤泥沉积。沉箱安放前必须对基床和沉箱进行检查，不符合技术要求时应予以修整和清理，应清除沉积在基床上和沉箱底部的泥土或其他杂物，安装时应控制沉箱底面与基床斜度一致，以免挫坏基床，不得在沉箱底部加垫调整偏差。沉箱安放后，需进行水下检查，包括上下缝宽度、相邻沉箱、沉箱与基床面接触是否平稳等，如不符合要求，应进行调整或重新安装。

沉箱安放顺序：先安装端部第一个沉箱（粗安装），以第一个沉箱为依靠安装第二个沉箱（精确安装），如第一个沉箱安装精度不符合要求，则起浮第一个沉箱并以第二个沉箱为依托进行精确安装，以第二个沉箱为依托安装第三个沉箱，这样依次顺序逐一安装，直至完成全部沉箱安放。

沉箱安放后，需将沉箱进水孔封堵并及时进行箱内回填砂，以保证施工期沉箱稳定，然后根据施工工序进行沉箱后方抛石棱体的回填和倒滤层施工，再进行后方大面积回填。

4 沉箱沉降位移观测

4.1 观测方式

按施工进展情况，沉箱沉降、位移观测过程历时6月余，经历了沉箱安放、回填、沉箱后方棱体推进、浇注沉箱封仓混凝土等过程，对每个沉箱均进行了沉降位移观测。

沉降观测采用徕卡NA2水准仪，精度指标为1mm/km，采用三等闭合水准路线方法进行观测。要求最大视线长度≤75m，视线离地面最低高度≥0.3m，前后视距差≤3 m，前后视距累计差≤6m，现场将每站观测数据记录在三等水准记录手薄上，业内处理采用简易水准平差计算各点高程值。沉箱沉降观测点设于沉箱的四个角上，首次高程的确定采用两次观测后才确定，随后按计划有步骤操作。

位移观测采用徕卡TCR802全站仪，标准精度测距为±（2mm+2×10-6mm），标准精度角度测量为2″。以强制对中墩的S2点为基准点，后视点V1。位移观测点布设于沉箱前沿的两个角上，观测时在强制对中墩上架设全站仪，对中整平根据温度气压计的读数显示，调整全站仪的测距改正值，瞄准后视点V1，误差小于2″后开始观测，观测时观测点架设棱镜，测定后将数据记录在表格上，每5个沉箱结束观测后重新对准后视点校对后视方位角，当误差大于3″时重新对准后视点。

4.2 观测数据

表1为8号沉箱位移观测数据。观测数据表明，除个别沉箱由于特殊原因出现异常情况外，大部分沉箱抛石基床的沉降位移接近。

表1 码头8号沉箱沉降及位移观测表

4.3 观测结果分析

根据洛比托矿石码头8号沉箱位移观测数据，按照时间关系绘制沉降位移曲线如图3，其中沉降量为4个观测点的均值，位移量为沉箱外侧2个测量点的均值。

图3 沉降位移曲线

考虑到洛比托矿石码头大部分沉箱沉降位移接近，现依据8号沉箱沉降观测数据和形成的沉降位移曲线分析，可得出如下结论：

1）根据矿石码头8号沉箱安放、沉箱内回填及沉箱后方抛石棱体回填期间的沉降观测数据可知，沉箱在施工期间沉降较小，在规范和设计要求允许范围内。其中沉箱安放时基本未出现沉降或出现轻微沉降；在沉箱内回填砂期间出现一定的沉降，并且沉箱出现沉降主要是在这一时期；而沉箱后方抛石棱体施工期间对沉降影响很小，通过对数据详细分析可知，其对沉箱前沿两观测点沉降有轻微影响，与后沿两观测点相比沉降略大些。

2）对8号沉箱沉降观测数据从时间上进行分析可知，沉箱在施工期间的沉降在回填完成后约2个月内完成，前1个月沉降相对较大，后1个月沉降相对较小，沉降曲线趋势符合一般性沉降规律，曲线最后趋于水平，沉箱趋于稳定。从全部19个沉箱的观测数据分析，大部分沉箱沉降均在25～30mm之间，说明码头基床夯实较为均匀，夯击次数、遍数和层数均达到了技术规范和设计要求。

3）8号沉箱位移观测数据表明，沉箱在施工期间位移很小，累积位移量仅5mm左右，在技术规范和设计要求允许范围之内。其中沉箱安放期间有一定的位移，说明风、浪、流或其他施工因素对沉箱有一定的扰动影响，当沉箱内回填后，由于自重荷载的增大，沉箱与基床之间的摩擦力增大，沉箱基本没有位移。另外，在沉箱后方抛石棱体回填期间均没有出现水平位移，表明沉箱在箱内回填砂料后，依靠自重产生的摩擦力可以保证沉箱在后方抛石棱体回填期间不出现位移。

4）通过洛比托码头8号沉箱沉降位移观测和分折表明，码头上部胸墙结构施工在沉箱回填完成之后2个月内进行，可保证胸墙前沿线位置、相邻段平整度、相邻临水面错牙、临水面的平整度以及临水面的竖向倾斜等满足设计和施工技术要求。