高桩码头位移原因分析及其预防措施探讨

发表时间:2019/4/4   来源:《防护工程》2018年第35期   作者:章琪
[导读] 高桩码头是常见的一种沿岸码头结构形式,在当前港口建设过程中应用非常的广泛。

杭州市交通工程集团有限公司  浙江杭州  310000
        摘要:高桩码头是常见的一种沿岸码头结构形式,在当前港口建设过程中应用非常的广泛。然而,高桩码头设计、施工建设以及后期运行管理过程中的相关因素影响,导致其出现位移现象,码头应用安全可靠性产生了不利影响。本文先对高桩码头位移成因进行分析,并在此基础上以某工程项目为例,就其如何进行预防谈一下个人的观点与认识,以供参考。
        关键词:高桩码头;损坏;位移;成因;预防措施;研究
       
       
对于高桩码头而言,其为连片式结构形式,而且是主要的结构形式,在现阶段港口码头项目建设过程中应用价值非常的广泛。然而,由于高桩码头受多种因素影响,容易出现位移现象,因此不利于码头结构的安全稳定性及其正常运行。
        一、高桩码头位移成因概述
        实践中可以看到,高桩码头之所以会出现位移现象,主要是因为设计以及施工和其他方面的因素所致,具体分析如下:
        1、设计原因
        由于桩基设计不合理,岸坡稳定结构布设过程中其计算参数选择不合理,因此造成高桩码头出现位移现象。在设计岸坡时,因没有对孔隙水压力、土强度等相关指标进行精确确定,所以必须提高安全系数。然而,桩基设计过程中这一点无法做到,也就难以避免参数选取不当。由于码头位移以及岸坡变形之间没有形成定量关系,岸坡变形计算公式不确切,因此难免会出现问题。此外,由于结构型式选择不当,而且在选择过程中未充分考虑压力、地基应力和具体的施工环境条件等因素,因此引发位移现象。同时,由于没有充分考虑高桩码头预期荷载,加之岸坡受到挖泥以及回填土和吹填土等因素的影响,因此导致高桩码头应用效果不佳。
        2、施工原因
        高桩码头位移的另一个成因是施工建设,岸坡变陡或者土质较差,都会出现位移问题。因表面倾斜以及岸坡在众多因素的影响下,出现土体滑动之势。如果土体抗滑性不佳,或者较之于内滑动力要小,则就会出现滑坡现象。究其原因,坡面存在着上淤下冲问题,而且挖泥超深超宽或者设计的坡度太陡等,都会导致土内应力发生变化,土体抗剪强度小于剪应力,以致于土体稳定性及其平衡性手段严重影响,最终呈现出滑坡现象。此外,打桩也会对高桩码头位移产生不利影响,究其原因,主要表现在以下几个方面。桩挤土作用力影响下,因封闭桩尖入土以后受到振动挤压力作用,导致孔隙水压力过大,土抗剪强度也随之增大;由于打桩振动而产生的影响也不可小觑,具体而言就是振源随着入土深度的不断加深而逐渐下移,因此会产生不利影响,其范围可达10至15米;同时,施工方式和方法不当,也会对高桩码头位移产生一定的影响,因施工技术工艺和顺序、方式方法选择不当而导致其位移加剧。
        3、其他原因
        一是,自然现象。在岸坡整体稳定计算过程中,因天气原因以及回填土渗透性差等而导致水头差,浮容重土体成为饱和容重,滑坡力矩随之增大。二是,超载。后方超载以及堆载不当等,通常会导致挡土墙、码头后沿差异性沉降,进而造成码头使用期间出现位移现象。比如,挡土墙倾斜导致码头接岸桩帽、梁等断裂或者梁底悬空等。
        二、加强高桩码头位移问题预防管控
        1、工况概述
        某码头工程地处长江下游,沿岸建设5个多用途泊位,其级别为5000t。码头年吞吐量设计为600万t,装卸货种以集装箱为主。该码头结构为高桩梁板式,其平台长度和宽度分别为710m、30m;设置了4座引桥,并且与长江大堤相连接,其中引桥的宽度在200~ 235m之间。平台排架间距7m,而且各榀排架设8根规格为φ800mmPHC的管桩。码头平台有10个分段,而且变形缝处上部位置为悬臂式。码头平面、结构断面如下图所示。
       
                
        (图2:码头断面图(单位: m))
        因码头工程项目所处河段水下地形相对较陡,而且河道深泓线贴岸,尤其蓄水后会造成长江中下游地区的河道泥沙量锐减,河道岸坡受清水下泄冲刷严重,该河段于2012年、2014年分别发生过滑坡。同时,上游端滑坡规模相对较大,滑坡区域长度达180m,滑坡造成崩窝底高程为-28m。经现场实地调查,各结构段结构缝出现了大小不一的张开问题,其中第7和第8分段结构缝张开尺寸为30mm,第6与第7段结构缝张开尺寸约为12mm。位移过大会对码头结构安全可靠性以及结构的耐久性产生不利影响,严重时可能会导致码头坍塌。本文码头位移产生的因素很多,主要是因为码头桩基结构型式、区域范围内的各种自然因素和施工干扰等。由于本工程中的高桩码头为强梁弱柱型式,因此码头位移呈现出水平位移状态。综合分析,该码头位移的影响因素分别是区域岸坡坡比设计问题、固岸工程施工建设影响以及打桩振动所致。
        2、高桩码头位移预防措施
        基于工况分析,该码头第7与第8分段水平位移较大,而且位移值不收敛,原因为9至10段小深槽未有效回填,而且地8段下游位置纵向岸坡坡比相对较大。码头区域内的固岸效果相对较差,而且岸坡的稳定系数相对较小;第9段桩基施工过程中,振动影响较大。综合上述分析,制定如下应对方案。
        第一,回填小深槽,尽可能减小第8段下游位置的临空面以及纵向坡比。在此过程中,应当及时停止第9段的桩基工程施工作业,并且对该区域100m内深槽段利用袋装砂进行回填,其高程为-18m。其中,抛填袋装砂以土工袋充填江砂为主,砂袋直径设计为1.2m,其长度设计为6m,砂袋内充填砂至少5.04m3。
        第二,第7至第10段码头前沿采用抛石护岸方式进行处理,以此来有效提高岸坡的稳定性。就抛石护岸的范围而言,从码头前沿到深泓线一线宽度约为50m,而且抛石的厚度平均在1.5m以上。抛石时根据水下地形进行抛石档位图绘制,保证抛石以后水下局部陡岸的岸坡坡比在1:2范围以内。同时,将第7、第8段前沿位置-45m深度的深泓部位利用大块石进行回填,使其达到-40m。
        第三,对第9以及第10段沉桩施工工艺进行适当的调整,以此来有效减小打桩振动造成的不利影响。在此过程中应当对原来Φ1000mm规格的PHC管桩进行适当的改变,将其换成Φ1000mm钢管桩。同时,还要对打桩锤锤能进行严格控制,并且将原来D-130规格的锤改成D-125规格的锤打桩;对打桩的速度进行严格控制,距离第8段50m以内,每日打桩数量控制在10根以内,不易过快、过多。
        3、效果分析
        自2016年起,该高桩码头工程采取了上述几种方法进行处理以后,通过实时监测码头位移变化情况可以看出,第7段与第8段码头平台位移值有所收敛。至2016年底,其最大位移收敛到46.2mm,防治措施得当,效果比较明显。
        结束语:
        总而言之,高桩码头是一种非常重要和常见的码头建筑结构型式,可在沉桩地基中应用,尤其是软土地基。然而,高桩码头难以对地面超载以及装卸工艺变化适应,其耐久性相对较差,其构件比较容易损坏,因此在施工过程中要加强质量控制,注重相关层面的各种影响因素,最大限度地减少消极因素,以此来提高高桩码头的结构安全稳定性。
        参考文献:
        [1]佟冠中; 孙连刚.解析高桩码头施工技术应用[J]低碳世界,2016(05).
        [2]王玉生,高华喜.桩土作用下叉桩对高桩码头岸坡稳定性的影响[J]水运工程,2016( 8).
        [3]高树飞,贡金鑫.基于位移的高桩码头抗震设计方法[J]水运工程,2014( 10).
        [4]刘现鹏,韩阳,刘红彪.土体蠕变作用下高桩码头变形分析方法研究[J]水道港口,2016(4).
        [5]李越松; 焉振; 张强.高桩码头岸坡变形加固技术研究及方案优化[J]水道港口,2018(04).
       

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