重力式码头抛石基床掏空的诊断、处理和预警

万涛　邵成

摘 要：结合工程实际，论述了重力式码头抛石基床在现阶段大马力拖轮螺旋桨高速水流作用下破损掏空后的检测方法和加固治理方法。通过水下潜水检查能得到基础破损空洞的部位和大小，并通过测量水底标高分析码头前沿基础存在的冲刷趋势，结合工程特点，提出浇筑水下不离析混凝土填充沉箱前趾下空洞，前沿3m范围内整体浇筑水下混凝土的加固方案。

关键词：拖轮；抛石基床；冲刷；水下地形测量

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

随着国民经济的发展，港口运输所用船舶日趋大型化、高速化，引擎功率大幅提升，尤其是一些大马力拖轮，其尾流射流已大大超过抛石基床块石原设计的起动流速，会对块石产生冲刷、淘蚀，导致基床破坏，影响码头使用安全。这也是近年来对码头进行检测评发现的一种破坏形式，文章结合具体的检测案例提出一种一劳永逸的基床加固方法，供类似工程实践参考。

1 工程概况

该问题码头位于营口市，总长度253m，是建设在抛石基础上的沉箱重力式结构，专供停靠拖轮的工作船码头。2014年8月经潜水探摸发现该码头沉箱前趾底脚下存在大面积掏空现象，最大洞高1.7m，最大纵向深度1.3m。基床是重力式码头的承载部分，其损坏后将危及码头的安全使用。

2 检测

2.1 检测方法

抛石基床属于隐蔽工程，损坏后不易被发现。现阶段针对基础的检测方法有潜水探摸录像和多波束水下测量两种。潜水检查能够准确的确定空洞的尺寸和位置，并且能够为加固设计单位提供必须的影响资料作为加固依据。检查内容包括：（1）沉箱侧壁有无破损；（2）沉箱侧壁是否有明显倾斜；（3）底部基床有无空洞。多波束水下地形测量可以反应出基床剖面和水深，显示效果形象逼真，但多波束无法检测出空洞的具体尺寸，存在一定的缺陷。潜水探摸不仅可以较为准确的测量出空洞的具体尺寸，还可以测量出码头前沿水深值，以此与原设计标高进行比较，可以直观的得到基床被冲刷的程度。

2.2 诊断分析

该码头建造于内湾，自然水流和波浪的影响均可忽略不计，对抛石基床不构成冲刷威胁。排除施工问题等人为因素后，初步判断与拖轮启动产生的大流速有关。下面以大连港3600匹马力的Z型全回转拖轮工作时的尾流流速实测值为例。拖轮启动时，主机转速控制在450r/min。测量时，拖轮顺岸离港，流速测量仪距拖轮尾部3m，将流速测量仪沿岸壁放入海水中，距基床顶面高0.5m，底部坠重物以保持仪器竖直姿态。不同潮位时，测量基床顶面0.5m处的水流流速，结果见表1。

该问题泊位抛石基床设计为10～100kg块石，用途为工作船码头，停靠5000匹马力的大型拖轮。按照上述实验结果，3600匹马力的拖轮顺岸以450r/min（额定转速为750r/min）的启动时，低水位基床顶部最大流速高达2.4m/s，理论计算块石稳定重量为87.69kg，如此高速的启动流速足以造成10～100kg块石基床中的小块石流动。若按照现阶段停靠的5000匹马力拖轮，加上各种人为操作误差所带来的拖轮启动转速的瞬时加大，低潮位启动等多种客观存在的不利因素都会加大水流对基床的冲刷危害。

根据试验可知，在-0.12m低水位时，水深为4.38m，相对应的流速为2.4m。而发现掏空的码头低水位为0.44m，码头底高程为-4.5m，在低水位启动时，加上拖轮吃水深度大约为3.0m，可知拖轮产生的巨大射流将产生大于2.4m/s的水流，这必淘蚀。基床遭受冲刷后，码头整体抗滑能力，抗倾能力均有所减弱，基床承载能力降低，最终危害码头整体稳定安全。

3 加固治理方案

重力式码头抛石基床遭受破坏，应根据其破坏原因，施工难度，经济性等多方面因素制定一种一劳永逸的加固方法。针对该码头的具体情况，依据实际断面水底标高测量图，-6.5m以下码头部分基本不损坏，-5.5m水深部分损坏严重，而-5.5m码头处基床在1.0～2.0m范围内就到岩石面。因此，可以考虑将此部分码头基床由暗基床改为明基床。考虑到码头前沿水深的要求，基床部分采用水下不离散混凝土浇筑，可以尽量做的小一些，强度高一些，可以考虑放一定的钢筋，基床顶部肩寬取1.0～2.0m，-6.5m处宽度控制在3.0m以内，-6.5m以下要清理到岩面。基床外侧要清理到-6.5m以下。这样的加固方法可以避免由于日后更大马力拖轮的使用再次造成基床冲刷，采取的一种整体式的加固方法。

4 结束语

现阶段，全国各大港口码头均在增大船载吨位，多数船舶都需要借助大型拖轮牵引进行调头或靠泊码头。而且拖轮功率也越来越大，提高到现在的万级马力，此类型拖轮产生的尾流流速更大，这必然会出现超越10～100kg基床块石起动流速的现象发生，从而导致基础受损，危害码头的安全。而现阶段针对这种情况，水运工程设计规范中并未做出明确的规定，相关设计单位也没有依据遵守，一定程度上造成了设计的缺陷。故针对工作船码头进行初步设计阶段，可以考虑改变以往设计思路，在抛石基床基础上，沉箱前趾采用整体浇筑式明基床，虽前期施工费用有所增加，但可以有效的防止码头根部出现掏空现象的发生。若条件所限，只可进行抛石基床时，可增加抛石块石重量。另外在使用过程中，可在码头前沿安置位移监测点，掌握码头整体变形情况，避免由于水下工程的隐蔽性造成码头结构发生突发性破坏。

参考文献

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