基于轻型动力触探技术的码头基床标高精确检测★

尹纪龙 熊洪峰 刘 伟 徐满意

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2.中国港湾工程有限责任公司，北京 100000； 3.大连港集团有限公司，辽宁 大连 116000)

随着经济的发展和市场需求的变化，为确保港口安全生产，节约和优化岸线资源，促进港口健康、持续发展，码头管理部门结合自身发展需求相继采取措施针对老旧码头进行了改造升级[1-3]。交通部曾专门下发《关于沿海港口码头结构加固改造有关事宜的通告》。国内很多大港建港较早，老码头比例偏高，其中不乏有超过设计使用年限仍在使用的老旧码头。与新建码头工程相比，老旧码头往往由于时代变迁以及之前档案管理方面的欠缺，相关技术设计资料会或多或少的出现不完善现象；随着港区发展建设的规划调整，相应的水文自然条件及区域地质都可能发生了变化，其变化程度达到什么水准都值得进一步明确。因此，在老旧改造施工前需对其进行详细检测。对于重力式码头，其基床处于水下属于隐蔽工程，出现问题难以及时发现，码头基础好坏直接影响码头的安全稳定，基床检测将是码头检测的重点和难点[4,5]。

现阶段，通常采用潜水探摸的方法对基床进行检测，潜水员潜入水下可以清楚的了解码头基床是否存在掏空冲刷现象及淤积状态，在水质允许的情况下可以进行摄影录像，便于日后资料的梳理和数据的整理储存。但由于水下检测条件的制约，针对基床检测只能依据相关设计资料、方块基床设计尺寸来判定基床的好坏。对于老旧码头没有一手准确资料时，怎样确定基床状况、冲刷淤积程度如何及基床标高怎样测定等技术问题将直接摆在工程检测人员面前，采用可靠技术手段进行测定成为检测人员必须进行解决的问题。为此，基于轻型动力触探技术的码头基床检测方法应运而生并成功应用，现场实践结果表明效果良好，成果可以为码头基床检测提供参考借鉴。

1 轻型动力触探技术

轻型动力触探技术是利用一定的锤击能量，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数判别土层的类别，确定土的工程性质，对地基土做出综合评价[6]。轻型动力触探仪主要由尖锥头、触探杆和穿心锤三部分组成。作为十分有效的勘探测试手段，轻型圆锥触探设备简单，使用方便，工效较高，适应性强，在岩土勘察设计中得到广泛的应用。针对码头前沿存在淤泥淤积的基床，采用轻型动力触探的原理，将探杆及探头打入淤泥中，测量探杆进入淤泥前及进入淤泥后(至打通淤泥)的相应长度，便可确定淤泥深度，提供相对准确的数据，对基床状态做出评价。

2 基于轻型动力触探技术的基床检测方法

考虑到在进行老旧码头改造施工时，设计人员最为关注的是码头前沿小范围内基床冲淤情况。老旧基床检测的难点在于定量地确定淤泥厚度和基床顶标高，传统的测量方法就是采用水陀或者依据超声传播原理的单波束或者多波束测得水深，然后潜水员采用水下探摸的方法对水下淤泥厚度进行定性的判断；但对于水下工作来说，潜水员对淤泥厚度进行准确定量显得尤为困难，而带有定位功能的多波束测深在前沿窄小范围内也显得力不从心。为了较好的完成基床检测工作，一方面要解决前沿小范围内的定位问题，另一方面借助相应的工具和测量手段[7]，根据码头面标高测定出淤泥面与码头面的竖向距离、淤泥厚度进一步推得基床顶标高。基于此，本文提出基于轻型动力触探技术原理的基床检测工具。该检测工具由两部分组成，一部分是带有刻度的前沿定位支架，另一部分是带有刻度的轻型动力触探杆。根据实际检测情况，如检测码头前沿2 m范围，支架刻度可以分为5个档位，隔20 cm有1处刻度定位档；对于触探杆，根据码头前沿水深情况进行长度定做即可。

可将测量数据之间的关系表示为：

Hj=Hm-h1-h3=Hm-h1-(h2+hy)

(1)

其中，Hj为基床顶标高；Hm为码头面层顶标高；h1为码头面层至水面的高度；h2为水面至淤泥顶面的高度；h3为水面至淤泥底面(基床顶)的高度；hy为淤泥厚度。

现场检测时，将支架固定在码头前沿测量区域，将触探杆放置到支架对应位置后，保持探杆竖直向下放入水中，潜水员潜水作辅助，通过潜水电话与水上测量人员保持沟通，当探杆端部到达淤泥表面后水上人员读取相应读数(可以是水面对应探杆刻度，即h2)，读取完毕后，在确认潜水员安全情况下，开始对探杆进行锤击，利用触探杆能够打入淤泥而不能打入基床块石的原理，至探杆入土不能继续下沉(探杆端部已触及基床块石)，再次读数(水面对应的探杆刻度，即h3)，两次读数之差(h3-h2)即为此位置淤泥厚度hy，测量出水面至码头面的高度h1，即可求出基床标高Hj。

3 工程应用实例

大港港区二码头始建于1923年，为方块重力式结构。码头结构由基础、墙身结构、上部结构、回填及路面、码头设施五部分组成，码头面顶高程为5.0 m。大连港区散杂货搬离后，除修复改造后的13号泊位停靠滚装船外，泊位基本处于闲置状态。为满足国际强港、东北亚航运中心发展需要[8]，“十三五”期间，大连港拟通过大港港区二码头改扩建工程建设专用的符合国际标准的邮轮码头。由于码头建设时间长，为保证新建码头基槽开挖施工时老码头结构安全，复核码头目前基础情况，需对大港港区老码头基床进行详细检测，主要包括基床冲淤变化情况和原有码头结构底层方块的底标高，以确定底层方块与基床的相对位置关系，为施工图设计提供依据和建议。

4 应用实例检测方案

4.1 轻型动力触探法淤泥厚度及基床标高测量

检测人员使用自制定位支架和轻型动力触探杆，按照前述检测方法，乘小船对码头前沿2 m范围内多个断面进行了淤泥深度及基床标高检测。由多年驾船经验的测量人员按照测前布设的测线开船进行，根据场地情况进行选点，水下潜水员配合将探头和探杆安装好，保持探杆竖直向下，然后连续向下贯击，遇密实坚硬基床块石，即停止测试，确定相应测点淤泥深度见图1。

4.2 淤泥开挖冲排后验证测量

为对动力触探测得的数据准确度和可信度进行验证，考虑码头前沿淤泥厚度，抽测码头前沿6处区段采用淤泥开挖+淤泥冲排+潜水员测量的方式进行再次测量。首先采用长臂挖掘机对码头前沿0 m～3 m范围内淤泥层进行浅挖，在开挖过程中需避免破坏水下基床，开挖至预定标高后，由潜水员入水进行探摸，如果淤泥仍较厚，继续进行机械挖掘，直至满足冲排要求为止。开挖完成后，采用冲排泥设备对码头前沿抽测区域进行冲排，将吊车及吸排泥设备布置至相应位置，配合作业船就位，准备将带浮筒排泥管进行拖带。潜水员在下放冲排泥设备过程中随时监控下放的位置，一旦发现偏移则立即通知船上工作人员进行调整。同时，将绑有浮筒的排泥管布置至相关位置。当冲水吸泥泵下放到指定位置后，进行冲水吸泥操作。冲水吸泥过程中潜水员撤离至水面，主要通过吸泥泵上安装的摄像头控制。同时在该冲排泥设备上安装压力式测深仪，当冲水吸泥至预定深度后停止施工，潜水员下水进行检查，确认达到指定深度后，上提冲排泥设备，根据潜水员指定位置，通过工作船吊杆的移动，再次下放冲排泥设备至下一个排泥点，重复排泥工作。若在通过移动泥沙泵的情况下，局部仍未达到预定深度，潜水员进行人工吹泥，以保证基床块石外露满足检测要求。

待开挖坑稳定、落淤海水变清后，由潜水员携带高压水枪入水，对块石基床上方残留淤泥进行冲排，冲排至满足水下录像作业条件时，及时进行水下相应测量和录像，以免外侧淤泥回淤，增加作业量，见图2，图3。

5 基床标高测量结果验证分析

轻型动力触探基床标高检测中，码头前沿每个测量断面从码头前沿向海侧长2 m，断面分别选取3号、7号、10号、13号、15号和17号断面位置，每个断面内从码头前沿向海侧每间隔 0.5 m布置1个测点，每个断面内共布置5个测点，依次为1，2，3，4，5。对6个断面测点实测数据结果进行统计整理，得到码头前沿2 m范围内基床顶面高程数据，如表1所示。从表1可以看出，基床顶面高程基本在-10 m～-12.3 m之间。

表1 码头抛石基床顶面标高统计表

基床开挖冲排后，采用潜水员辅助测量的方式，对码头6个开挖区段基床标高进行复测验证。对每个开挖段测量两个断面，分别为子断面1和子断面2，每个断面在前沿位置(0 m)，1 m位置和2 m位置处共设置3个测点。测量数据整理如表2所示。对比表1和表2可以看出，两者测量偏差均在±0.3 m范围内，考虑到实测过程中测点位置偏差及基床平整度和块石之间空隙的影响，证明采用动力触探测量基床标高是非常可信的，验证了此种方法在基床标高检测中的可行性。

表2 基床淤泥开挖后顶面高程测量统计表 m

6 结语

改造施工前对重力式码头基床检测的准确程度，特别是前沿小范围内基床的真实标高及冲刷淤积状态，将直接影响设计和施工的准确合理性。基于轻型动力触探技术基床检测方法设备简单，使用方便，工效较高，适应性强，能够克服码头前沿小范围测量定位难、定量难的不足。结合大连港区二码头基床专项检测工程实例，采用轻型动力触探法对基床进行检测，并采用淤泥开挖冲排的方式二次测量对数据的准确性进行了验证，结果表明采用轻型动力触探技术进行基床标高的检测数据是可信可靠的，成果可以为码头基床检测提供参考借鉴。

参考文献：

[1] 边树涛,宓宝勇.重力式码头结构加固改造设计探讨[J].中国港湾建设,2014(8):23-26.

[2] 陈 伟,丁 嵬,胡家顺,等.大连港矿石专用码头泊位改造工程设计[J].水运工程,2011(z1):117-122.

[3] 胡家顺,任增金,吴哲丰,等.海港码头结构升级改造技术[J].水运工程,2016(10):90-94.

[4] 王元战.港口与海岸水工建筑物[M].北京：人民交通出版社，2013.

[5] JTJ 302—2006,港口水工建筑物检测与评估技术规范[S].

[6] 田卿燕,刘仰韶,吕建兵.轻型动力触探法与静力触探法检测粗砂相对密实度的相关性研究[J].岩土力学,2009,30(9):2747-2752.

[7] JTS 131—2012，水运工程测量规范[S].

[8] 孙 宏.加快推进大连东北亚国际航运中心建设[J].中国水运,2011(3):10-11.