重力式碼頭抗滑抗傾穩(wěn)定性探討

吳宏

摘 要：長江流域碼頭數(shù)目眾多，碼頭形式多種多樣，其中最常見的就是重力式碼頭，這種重力式碼頭在我國是分布最廣的一類碼頭形式，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，成本低，施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，廣受水運(yùn)行業(yè)歡迎。但是近年來，重力式碼頭的失事事件不斷，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起失事的原因很多，主要原因是重力式碼頭結(jié)構(gòu)的抗滑、抗傾的穩(wěn)定性不足。本文針對重力式碼頭的抗滑抗傾的穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，提出了現(xiàn)階段重力式碼頭存在的抗滑、抗傾存在的問題，并進(jìn)一步提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：重力式碼頭；抗滑抗傾；問題；措施

近幾十年來，重力式碼頭的抗滑、抗傾穩(wěn)定性的理論及其應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，穩(wěn)定性的研究已經(jīng)成為各個(gè)碼頭設(shè)計(jì)師共同追求的目標(biāo)。影響碼頭穩(wěn)定性的因素很多，因此在碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮所有的影響因素，這樣才能達(dá)到碼頭的使用要求。

1 長江流域重力式碼頭簡介

重力式碼頭通常分為方塊式、沉箱式、扶壁式、大圓筒式、格形鋼板樁式等結(jié)構(gòu)形式，碼頭結(jié)構(gòu)形式不同，受力情況不同，抗滑、抗傾穩(wěn)定性也有所不同。我國是港口大國，目前已經(jīng)形成了布局合理功能強(qiáng)大的港，口體系在我國現(xiàn)已建成的港口的碼頭形式中，重力式碼頭的數(shù)目占到將近一半，重力式碼頭結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固，主要是靠結(jié)構(gòu)自身重量來保證其滑動和傾倒穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)形式主要決定于墻身的結(jié)構(gòu)，因此在重力式碼頭的設(shè)計(jì)時(shí)，可以在結(jié)構(gòu)形式上多下功夫，以保證在各種荷載作用下水工建筑物的穩(wěn)定。在碼頭的設(shè)計(jì)過程中，首先應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃?、地質(zhì)條件、建筑設(shè)計(jì)等級、業(yè)主使用要求等擬定構(gòu)造措施，即構(gòu)造設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行碼頭結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算，最大量的減少重力式擋墻后方土應(yīng)力及擋墻沉降量。其中，重力式碼頭的主要結(jié)構(gòu)式墻身和墻胸，必須嚴(yán)格分析墻身、墻胸所能承受的承載力。長江流域近年出現(xiàn)部分重力式碼頭的失事現(xiàn)象，經(jīng)過調(diào)查分析可以知道，主要是碼頭的抗滑、抗傾穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)中考慮的因素少，荷載強(qiáng)度考慮不足，造成碼頭的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。因此，抗滑、抗傾穩(wěn)定性是重力式碼頭設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格考慮的問題。在現(xiàn)行的《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中，已經(jīng)嚴(yán)格規(guī)定了重力式碼頭的承載能力的各項(xiàng)規(guī)格及抗滑、抗傾穩(wěn)定性的可靠指標(biāo)。在重力式碼頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求。

2 長江流域重力式碼頭的抗滑抗傾穩(wěn)定性計(jì)算

重力式碼頭在抗傾抗滑穩(wěn)定性計(jì)算上應(yīng)該首先給出量值，計(jì)算出可靠性指標(biāo)。

2.1 碼頭的自重和穩(wěn)定力矩

在碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，應(yīng)首先知道碼頭的自重，這樣就需要知道每一層的方塊的數(shù)量和質(zhì)量，以及方塊的浮重度。不僅如此，還需要了解的一個(gè)參數(shù)是穩(wěn)定力矩，這就需要知道方塊的重力對每一層碼頭中心的力臂，然后逐一計(jì)算出值。

2.2 土壓力計(jì)算

土壓力作用形式分為永久作用和可變作用，一般重力式碼頭后方回填采用無黏性材料，下面給出回填無黏性材料擋墻后單寬主動土壓力計(jì)算公式如下：

（1）第n層土壓力強(qiáng)度

（2）第n層土壓力合力計(jì)算

2.3 剩余水壓力及力矩

當(dāng)重力式碼頭進(jìn)行填料時(shí)，要考慮剩余水壓力的作用。計(jì)算公式如下：

（1）剩余水壓力合力與碼頭最低面之間的距離：

2.4 碼頭穩(wěn)定性驗(yàn)算

首先應(yīng)確定是否考慮波浪作用，確定何種力為可變主導(dǎo)作用力，再對墻底、墻身各水平縫和基床底面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，同樣，對墻底面和墻身各水平縫及齒縫計(jì)算面前趾的抗傾穩(wěn)定性。

3 重力式碼頭設(shè)計(jì)中的問題

重力式碼頭在設(shè)計(jì)中常常會碰到一些技術(shù)上不能解決的難題。主要是因?yàn)楝F(xiàn)如今技術(shù)的限制，要解決還有一定的難度。①重力式碼頭的水平位移不能控制；按照碼頭承載力的要求和承載力極限狀態(tài)的計(jì)算方法不能準(zhǔn)確反映出碼頭的變形量的。當(dāng)前針對這個(gè)問題，主要是采用定性的控制。這種定性控制雖然能對重力式碼頭的水平位移進(jìn)行一定的控制，但是效果不理想。依照目前我國掌握的技術(shù)，還主要依靠經(jīng)驗(yàn)計(jì)算水平位移。因此，量化計(jì)算控制位移的的理論計(jì)算方法還不成熟，而且在實(shí)際應(yīng)用中還不能得到發(fā)展。②在比較厚的基床沿著基底水平滑動破壞的計(jì)算模式下怎么樣才能更合理的展開計(jì)算的問題。若部分厚基床當(dāng)作換填地?？创?，則規(guī)范對相關(guān)內(nèi)容應(yīng)予以修訂。③沒有底板的空腔重力式結(jié)構(gòu)的抗穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步的研究計(jì)算。目前在無底板的空腔重力式結(jié)構(gòu)的抗穩(wěn)定性研究中，還不能確定到底有多少重量可以起作用，這是一個(gè)依照目前的技術(shù)還不能解決的很復(fù)雜的問題。

4 重力式碼頭設(shè)計(jì)中采取的措施

4.1 適量減少機(jī)頂應(yīng)力

重力式碼頭在施工時(shí)，結(jié)構(gòu)施工期的沉降與機(jī)頂應(yīng)力有關(guān)系。適當(dāng)?shù)臏p少機(jī)頂?shù)膽?yīng)力，不僅可以減少使用期與施工期之間的應(yīng)力差，而且可以有效的減少施工之后碼頭的沉降量。在施工的后期，為了進(jìn)一步的減少沉箱的結(jié)構(gòu)會沉降，在碼頭的底部應(yīng)回填料。這樣可以有效減少趾前壓力，同時(shí)可以通過石塊之間的相互摩擦，集中應(yīng)力的傳遞范圍增大，這樣也樂意有效降低各個(gè)沉箱的沉降不均勻性。

4.2 基槽開挖的質(zhì)量控制

在沉箱加載后，沉降的位置變化還需要一段時(shí)間才能收斂。這就會造成在每次沉降時(shí)，基槽都會受到水浸泡而變得軟化，嚴(yán)重的會出現(xiàn)崩裂，嚴(yán)重影響了碼頭的使用壽命。針對這種現(xiàn)象，我們應(yīng)該在保證位移穩(wěn)定的情況下進(jìn)行軌道的系統(tǒng)安裝。適當(dāng)加快早期的施工速度，使大多數(shù)的負(fù)載作用在沉降箱上，加快反應(yīng)時(shí)間。工程實(shí)際中，要求在拋石前，先進(jìn)行一次清槽，拋石的時(shí)間應(yīng)控制在一周之內(nèi)完成。這樣就可以減少土層厚度，使基槽的開挖質(zhì)量得到進(jìn)一步的控制。

4.3 前軌要預(yù)留出沉降量

機(jī)械設(shè)備要求碼頭的前后軌之間的距離差不能超過45cm，為了有效的避免施工后期出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，施工之前要預(yù)留出20～30cm左右的空隙，也就是前后軌之間的高度差應(yīng)相差20～30cm之間。

4.4 其他措施

在重力式碼頭施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，環(huán)境條件進(jìn)行相應(yīng)的量化。可以加大基床的夯擊力度、施工前進(jìn)行一次預(yù)超載測壓實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)延長總體施工的工期等措施，可以有效的增加重力式碼頭的抗滑、抗傾穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

長江流域重力式碼頭在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)不斷改進(jìn)技術(shù)，通過精確地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。明確發(fā)生問題的原因，通過設(shè)計(jì)措施盡量避免抗滑抗傾中存在的問題。

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