广西重力式码头漏砂及检(监)测分析

李 金，刘姝麟， 贾春阳，戚谢军

(1.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；2.钦州市交通运输局，广西 钦州 535099)

0 引言

重力式码头由于其施工工艺简单且施工技术较成熟，能够承受较大的船舶荷载、地面集中荷载和活荷载，后期维修费用较低，在广西沿海地区应用比较广泛。广西沿海重力式泊位占广西沿海码头泊位总数的95%以上[1]。码头运营时期，在现场高负荷、复杂的工作环境下，重力式码头容易出现裂缝、变形、漏砂、基床淘空等病害，其中漏砂是重力式码头常见病害之一，危害也较大。漏砂病害主要表现为重力式码头面层及后方堆场因漏砂而局部塌陷，该病害的发展如果得不到有效的控制，将严重影响码头安全运营，缩短码头使用寿命。

本文针对重力式码头漏砂问题，分析了漏砂产生的原因，提出可采取多种检(监)测手段进行预控，为病害预警、防控提供依据。

1 重力式码头漏砂产生的原因分析

广西地区重力式码头基础大多数采用大体积的墙身结构。大体积墙身结构具有施工方便、稳定性好等优点，但相邻墙身结构接缝处也较易发生漏砂。重力式码头漏砂产生的原因主要有：

(1)墙身结构产生不均匀沉降和位移，形成缝隙而出现漏砂[2]。施工过程中，抛石基床、基床清淤和块石大小没有按设计要求进行施工处理，造成抛石基床压缩不密实；施工的工序不当，各环节衔接不合理，基床整平、夯实施工质量不高，在安装墙身结构时相邻结构不均匀下沉产生相对位移，造成结构之间出现缝隙，导致反滤料从缝隙中流失，最终导致码头出现漏砂。

(2)反滤结构的设计没有随着墙身结构的创新和大型化而相应做出调整[3]。反滤结构极易在发生不均匀沉降和位移之后被破坏，且不易修复；反滤结构由于结构复杂、空间小，施工难度较大，质量难以得到控制，导致反滤结构质量参差不齐，极易被破坏。

(3)排水箱涵与墙身结构间接缝过大导致砂从排水涵之间及排水涵与墙身结构之间的接缝漏出[4]。

(4)施工期墙身结构缝处土工布布置不到位，致使结构缝处出现缝隙造成漏砂。土工布布置不到位容易被海水托起脱离墙身结构，使接缝缝隙没法堵上，而潮流的冲击会淘出墙身结构后的回填砂体，造成码头后方漏砂。

2 检(监)测手段

针对重力式码头漏砂问题，在施工期、运营期可采取多种手段进行检(监)测，对发现的问题提出合理可行的解决办法、措施，以便运营管理方及时采取工程措施进行处理，使码头后期运营更加安全。

2.1 施工期埋设分层沉降仪监测

分层沉降环观测用于测量墙身结构内部回填砂的沉降变形。分层沉降量的测量是通过在回填砂吹填完成并振冲密实后埋设沉降管，再把沉降环套在沉降管上，观测沉降数据时，从沉降管中放下探头测量磁环的位置，通过外观测量观测沉降管口高程并计算出磁环观测时的高程，用初始高程减去观测时的高程，得到回填砂的沉降量[5]。分层沉降仪埋设如图1所示。

图1 钻孔埋设分层沉降仪示意图

钦州港某码头水工工程在修建后，因前沿安装的沉箱之间存在构件拼接缝，后期受浪潮、水流等影响，在码头水工工程沉箱后侧所回填的中粗砂通过构件拼接缝缓慢流失，甚至被掏空，导致码头的承载力不能满足设计要求，上部结构的稳定性也受到了一定的影响。为了消除安全隐患，施工方决定凿除上部结构以及处理构件拼接缝后重新回填中粗砂，并进行密实处理，同时开展周期性的沉降监测，其目的是监测回填砂的变化情况。其监测点平面布置如图2所示。在每两个墙身结构拼接缝间的轴线上布置一个观测断面，每个断面布置2个观测点，其中前点靠近墙身结构，后点靠近后方陆域。设备安装后，在施工期每点每5 d观测一次。

通过整理、收集观测数据，分析日沉降量变化曲线及累计分层沉降量变化曲线，确定测点各深度沉降范围值，了解施工期回填材料是否流失，确保工程结构安全。测点典型沉降变化曲线见图3和图4。

图2 某码头监测点平面布置图(m)

图3 日沉降量检测成果曲线图

图4 累积沉降量监测成果曲线图

通过在施工期埋设分层沉降环，及时掌握墙后回填砂的沉降变化和回填砂有无流失情况，确保了码头上部结构安全、稳定。

2.2 运营期地质雷达检测

地质雷达是采用电磁波探测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：地质雷达法[6]工作时，雷达主机发射电磁波信号到地下，当电磁波在地下传播遇到不同的波阻抗界面时，会产生反射信号。主机在接收反射信号后，经过系统处理，可用来确定地下界面或目标体的空间位置或结构状态，判断目标介质的离地距离、大小等特性。电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接收天线所接收。地质雷达检测原理如图5所示。

图5 地质雷达检测原理示意图

地质雷达进行扫描快速查明缺陷规模及位置时，关键是要根据所测量目标介质的类型、规模、位置等信息，合理安排布置雷达测线。

经调研，广西沿海某码头在运营过程中，在恶劣、复杂的环境下，部分码头出现漏砂等病害。为了查清病害的原因和病害程度，运营管理方决定采用地质雷达对码头面层下部地质情况进行检测，目的是排查回填面层下部是否存在空洞、不密实及面板脱空等病害。其典型空洞地质雷达扫描图像如图6所示。

在运营期通过对码头进行地质雷达扫描检测，发现回填面层下部局部存在漏砂引起的空洞、不密实及面板脱空病害。

图6 某码头地质雷达空洞、不密实区扫描图像示例图

2.3 运营期潜水探摸检测基础

针对基床淘砂、墙身结构接缝处漏砂等病害，可通水探摸、摄影的方式检查基床和基础的冲刷、淘空情况，如墙身结构下部基床是否存在明显或严重掏空等；基床块石粒径及空隙状况，应辅以照相或摄影、探测获取相关资料；检查墙身结构顶部与盖板底面间缝隙宽度、缝隙漏砂情况以及相邻接缝处的漏砂情况；通过潜水探摸排查出相邻沉箱墙身接缝处、沉箱前趾与基础连接处有无漏砂。

2.4 运营期地表沉降观测

地表沉降位移观测分为垂直位移观测和水平位移观测[7]。垂直位移观测和水平位移观测应根据工程现场的沉降情况，对可能受到影响的建筑物及不同结构分界处、沉降缝、基础或断面发生变化地方布设观测点。观测点的观测精度和适用范围见表1。

表1 沉降观测点的观测精度和适用范围对照表

钦州港某码头墩台联锁块面层及工作平台混凝土板块面层均有不同程度的不均匀沉降，特别是工作平台混凝土板块面层存在明显沉陷，输油管支架脱空，其中装卸设备基础存在明显的倾斜现象，影响码头正常运营。为了消除安全隐患，运营管理方决定对墩台回填面层地表沉降位移进行观测，观测成果见图7～9。根据码头地表沉降位移数据，分析位移变化趋势，判断整体稳定情况，以预防不均匀沉降的继续发展。

通过码头面层定期的沉降观测，了解码头运营过程中整体结构的稳定情况，可以为码头的高效运营、维修养护及后续决策提供可靠依据。

图7 地表沉降观测成果(1)曲线图

图8 地表沉降观测成果(2)曲线图

图9 地表沉降观测成果(3)曲线图

3 预防措施分析

3.1 施工期

为了预防沉降、变形位移等问题而导致墙身结构接缝处出现漏砂，在施工期可通过以下措施降低损失：

(1)对地基开槽的施工质量进行控制。在施工过程通过指定专员对土体的质量和开挖断面的大小进行验证，确保符合设计要求。如不符合设计要求，及时进行处理后，方可进行下一步施工。

(2)对基床抛石、夯实质量进行控制。按设计要求，严格把控抛石的大小和质量；在夯实过程中，严格按照试夯的参数和遍数进行操作，并在确保块石不被击碎的前提下，适当提高夯击能，增加基床的密实度。

(3)对基床整平工作进行控制，尤其是极细平工序要做好。

(4)对墙身回填料和反滤料等材料进行控制。回填料和反滤料的材料需经验收后方可使用，分层回填施工合理有序，夯实质量符合质量要求。

(5)加强墙身结构的沉降位移观测。制定已安装墙身结构和胸墙沉降观测的方案，及时提供沉降位移数据，分析沉降变化情况，以便指导下一步施工。

(6)在回填砂吹填完成并振冲密实后埋设分层沉降环监测沉降数据，及时掌握回填砂的变化和发现回填砂有无流失情况，确保码头上部结构的稳定性，对其安全性进行预控。

3.2 运营期

码头运营期，在现场高负荷、复杂的工作环境下，码头会出现漏砂等病害，可通过以下措施进行预防，以便更早发现码头的病害和结构安全问题，对安全进行预控。

(1)对码头地表沉降位移进行观测。运营管理方在码头运营后应定期对码头进行沉降位移观测，分析沉降位移数据，以便对码头作业方案进行调整。

(2)对出现明显沉降的码头面层进行地质雷达检测。通过地质雷达判断码头面层是否出现漏砂引起的空洞、不密实等，以便提前进行维护。若发现漏砂，应及时采取工程措施进行堵漏，减少损失。

(3)加强对码头前沿回填面层荷载的管理。严禁超载超限车辆通行和堆积超重货物。

(4)加强对码头停泊、靠泊船舶吨位的管理。严禁超吨位船舶停靠或小吨位多船舶并靠。

4 结语

由于重力式码头漏砂原因的多样性，漏砂在码头施工及运营的各时间段均可能发生，因此对码头漏砂防治必须从基础抓起，一直贯彻到码头运营使用全过程。本文针对广西部分沿海码头进行实际考察和调研，并根据现有的资料、文献进行研究分析，提出对重力式码头漏砂的检(监)测手段和预防措施，为以后该型式码头漏砂的预防及处理提供参考。