重力式碼頭拋石基床掏空的診斷、處理和預警

萬濤　邵成

摘 要：結合工程實際，論述了重力式碼頭拋石基床在現階段大馬力拖輪螺旋槳高速水流作用下破損掏空后的檢測方法和加固治理方法。通過水下潛水檢查能得到基礎破損空洞的部位和大小，并通過測量水底標高分析碼頭前沿基礎存在的沖刷趨勢，結合工程特點，提出澆筑水下不離析混凝土填充沉箱前趾下空洞，前沿3m范圍內整體澆筑水下混凝土的加固方案。

關鍵詞：拖輪；拋石基床；沖刷；水下地形測量

Abstract： Based on the actual example in the project， we discuss the diagnosis methods and reinforcement measures when rubble bed of gravity is damaged by water flow from tugboat's starting。The position and extent of damage of rubble bed can be diagnosed through diving inspection and underwater topograghic survey and analysis the socuring trend of the wharf foundation。Combined with the engineering characteristics，wo putforward the scheme of building underwater unscattered concrete to fill cavity of caisson toe and integral pouring underwater concrete in the range of 3M。

Key words： tugbot； rubble bed；erosion； underwater topographic survey

隨著國民經濟的發展，港口運輸所用船舶日趨大型化、高速化，引擎功率大幅提升，尤其是一些大馬力拖輪，其尾流射流已大大超過拋石基床塊石原設計的起動流速，會對塊石產生沖刷、淘蝕，導致基床破壞，影響碼頭使用安全。這也是近年來對碼頭進行檢測評發現的一種破壞形式，文章結合具體的檢測案例提出一種一勞永逸的基床加固方法，供類似工程實踐參考。

1 工程概況

該問題碼頭位于營口市，總長度253m，是建設在拋石基礎上的沉箱重力式結構，專供停靠拖輪的工作船碼頭。2014年8月經潛水探摸發現該碼頭沉箱前趾底腳下存在大面積掏空現象，最大洞高1.7m，最大縱向深度1.3m。基床是重力式碼頭的承載部分，其損壞后將危及碼頭的安全使用。

2 檢測

2.1 檢測方法

拋石基床屬于隱蔽工程，損壞后不易被發現。現階段針對基礎的檢測方法有潛水探摸錄像和多波束水下測量兩種。潛水檢查能夠準確的確定空洞的尺寸和位置，并且能夠為加固設計單位提供必須的影響資料作為加固依據。檢查內容包括：（1）沉箱側壁有無破損；（2）沉箱側壁是否有明顯傾斜；（3）底部基床有無空洞。多波束水下地形測量可以反應出基床剖面和水深，顯示效果形象逼真，但多波束無法檢測出空洞的具體尺寸，存在一定的缺陷。潛水探摸不僅可以較為準確的測量出空洞的具體尺寸，還可以測量出碼頭前沿水深值，以此與原設計標高進行比較，可以直觀的得到基床被沖刷的程度。

2.2 診斷分析

該碼頭建造于內灣，自然水流和波浪的影響均可忽略不計，對拋石基床不構成沖刷威脅。排除施工問題等人為因素后，初步判斷與拖輪啟動產生的大流速有關。下面以大連港3600匹馬力的Z型全回轉拖輪工作時的尾流流速實測值為例。拖輪啟動時，主機轉速控制在450r/min。測量時，拖輪順岸離港，流速測量儀距拖輪尾部3m，將流速測量儀沿岸壁放入海水中，距基床頂面高0.5m，底部墜重物以保持儀器豎直姿態。不同潮位時，測量基床頂面0.5m處的水流流速，結果見表1。

該問題泊位拋石基床設計為10～100kg塊石，用途為工作船碼頭，停靠5000匹馬力的大型拖輪。按照上述實驗結果，3600匹馬力的拖輪順岸以450r/min（額定轉速為750r/min）的啟動時，低水位基床頂部最大流速高達2.4m/s，理論計算塊石穩定重量為87.69kg，如此高速的啟動流速足以造成10～100kg塊石基床中的小塊石流動。若按照現階段停靠的5000匹馬力拖輪，加上各種人為操作誤差所帶來的拖輪啟動轉速的瞬時加大，低潮位啟動等多種客觀存在的不利因素都會加大水流對基床的沖刷危害。

根據試驗可知，在-0.12m低水位時，水深為4.38m，相對應的流速為2.4m。而發現掏空的碼頭低水位為0.44m，碼頭底高程為-4.5m，在低水位啟動時，加上拖輪吃水深度大約為3.0m，可知拖輪產生的巨大射流將產生大于2.4m/s的水流，這必淘蝕。基床遭受沖刷后，碼頭整體抗滑能力，抗傾能力均有所減弱，基床承載能力降低，最終危害碼頭整體穩定安全。

3 加固治理方案

重力式碼頭拋石基床遭受破壞，應根據其破壞原因，施工難度，經濟性等多方面因素制定一種一勞永逸的加固方法。針對該碼頭的具體情況，依據實際斷面水底標高測量圖，-6.5m以下碼頭部分基本不損壞，-5.5m水深部分損壞嚴重，而-5.5m碼頭處基床在1.0～2.0m范圍內就到巖石面。因此，可以考慮將此部分碼頭基床由暗基床改為明基床。考慮到碼頭前沿水深的要求，基床部分采用水下不離散混凝土澆筑，可以盡量做的小一些，強度高一些，可以考慮放一定的鋼筋，基床頂部肩寬取1.0～2.0m，-6.5m處寬度控制在3.0m以內，-6.5m以下要清理到巖面。基床外側要清理到-6.5m以下。這樣的加固方法可以避免由于日后更大馬力拖輪的使用再次造成基床沖刷，采取的一種整體式的加固方法。

4 結束語

現階段，全國各大港口碼頭均在增大船載噸位，多數船舶都需要借助大型拖輪牽引進行調頭或靠泊碼頭。而且拖輪功率也越來越大，提高到現在的萬級馬力，此類型拖輪產生的尾流流速更大，這必然會出現超越10～100kg基床塊石起動流速的現象發生，從而導致基礎受損，危害碼頭的安全。而現階段針對這種情況，水運工程設計規范中并未做出明確的規定，相關設計單位也沒有依據遵守，一定程度上造成了設計的缺陷。故針對工作船碼頭進行初步設計階段，可以考慮改變以往設計思路，在拋石基床基礎上，沉箱前趾采用整體澆筑式明基床，雖前期施工費用有所增加，但可以有效的防止碼頭根部出現掏空現象的發生。若條件所限，只可進行拋石基床時，可增加拋石塊石重量。另外在使用過程中，可在碼頭前沿安置位移監測點，掌握碼頭整體變形情況，避免由于水下工程的隱蔽性造成碼頭結構發生突發性破壞。

參考文獻

[1]重力式碼頭拋石基床遭水流沖刷破損后的診斷和治理[Z].

[2]張強，張寶華.大連港大窯灣8#泊位、大連灣4#泊位碼頭檢測評估報告[R].天津：交通部天津水運工程科學研究院，2009.

[3]JTJ298-1998.防波堤設計與施工規范[S].

[4]朱崇誠，王笑難，孟靜.拋石基床局部遭水沖破壞的診斷與加固[J].水道港口，2008（1）：54-58.

[5]JTJ290-1998.重力式碼頭設計與施工規范[S].

[6]JTS311-2011.港口水工建筑物修補加固技術規范[S].

[7]龔靜怡.拋石塊體穩定重量分析[J].水利水電科技進展，2004，24（6）：47-48.

[8]張寶華，王元戰.船舶尾流作用對拋石基床沖刷穩定性的影響研究[J].水道港口，2010（5）.