打樁作用下碼頭岸坡穩(wěn)定性研究

蓋礴

【摘 要】隨著我國日益蓬勃的航運(yùn)事業(yè)，不斷增長的的對外海深水泊位的需求，跨越大江大河甚至跨越海灣的橋梁的修建， 對此外海深水水域發(fā)展對碼頭樁基結(jié)構(gòu)要求越來越高，在碼頭施工中，打樁是比較重要的一個施工環(huán)節(jié)，施工中所產(chǎn)生的振動與超孔隙水壓力，對碼頭岸坡的穩(wěn)定性影響較大。國內(nèi)外相關(guān)工作人員積極研究打樁施工對岸坡穩(wěn)定性的影響，并希望可以提出科學(xué)的、合理的岸坡穩(wěn)定性計算方法，有效地降低打樁施工對碼頭岸坡穩(wěn)定性的影響。論文不僅僅研究文獻(xiàn)，還切實結(jié)合工程實際，采用相關(guān)學(xué)術(shù)理論，對深水大直徑鋼管混凝土樁穩(wěn)定性做出專業(yè)的分析和論證，計算得到相關(guān)參數(shù)及其變異性變化時的失效概率。 此外基樁的成本和直接經(jīng)濟(jì)損失分析也是本文介紹的部分內(nèi)容。論文對深水樁基不同施工階段成本進(jìn)行分析， 參照實際工程合同造價，以及各種相關(guān)因素施工對成本的影響，為損失比的確定提供參考。

【關(guān)鍵詞】打樁 岸坡 穩(wěn)定性 可靠度

一、緒論

1、 高樁碼頭作為最常見的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)在港口工程中，常建于岸坡較陡的海岸或河流坡岸上以便獲得良好的水深條件。但一些土質(zhì)較差的建造高樁碼頭岸坡的穩(wěn)定性成為其設(shè)計和建造中的一個十分值得關(guān)注的問題，尤其是施工階段。 工程實踐中高樁碼頭的打樁對其岸坡的穩(wěn)定性造成極大影響，這是相當(dāng)不利的。由于打樁作用導(dǎo)致土的有效應(yīng)力的降低引起的振動加速度變化；土的力學(xué)性質(zhì)變化和周圍土體的強(qiáng)度變化。

因此，碼頭施工時打樁對岸坡的穩(wěn)定性的影響是十分巨大的。受打樁的影響，常發(fā)生本來穩(wěn)定的岸坡失穩(wěn)，直接的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。其中打樁不僅產(chǎn)生的各種對碼頭岸坡穩(wěn)定不利的因素使周圍的土體下滑，由于壓力的作用導(dǎo)致樁基發(fā)生位移和不良彎曲應(yīng)力。此外受打樁的影響可能發(fā)生突然滑坡，造成碼頭岸坡的整體失穩(wěn)，其后果將是毀滅性的。國內(nèi)外已經(jīng)有不少的高樁碼頭在打樁施工過程中發(fā)生過上述事故，有些工程還造成了很大的生命和財產(chǎn)損失，因此碼頭打樁施工過程中岸坡的穩(wěn)定是一個十分值得重視和研究的問題。

二、影響因素分析

1、超孔隙水壓力對岸坡的影響

對于打樁力學(xué)機(jī)理這一方面，分析沉樁過程土體，研究沉其超孔隙水壓力的分布，并分析影響因素；研究由打樁產(chǎn)生的超孔隙水壓力對岸坡穩(wěn)定的影響。在工程實踐中得出結(jié)論，當(dāng)樁打入土中時，樁周圍土體會發(fā)生一定的擾動，形成極高的超孔隙水壓力，土體產(chǎn)生裂縫，骨架結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。由于破壞區(qū)域小，因此破壞是塑性的，但是受到擠壓的影響，土體有較大的位移和變形。由應(yīng)力的基本原理中的小孔擴(kuò)張理論得出無限的土體中這種壓力的分布面積還是相當(dāng)大的。

2、振動加速度變化對岸坡穩(wěn)定的影響

打樁時產(chǎn)生的加速度對岸坡穩(wěn)定的影響也是非常重要的一部分。而且對其衰減規(guī)律的了解是研究這一部分影響的基本途徑。

樁打入時能量發(fā)生了傳遞由動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而引起樁周一定范圍內(nèi)的土體發(fā)生振動。首先在其周圍加速度場衰減規(guī)律的分布要研究清楚。而且要考慮阻尼作用以及振動波的質(zhì)量擴(kuò)大。對于振動衰減的研究，需要大量資料研究分析，結(jié)合工程實踐，以及施工時的各種工況來決定。在特定的條件中更能準(zhǔn)確地反映出振動加速度的衰減規(guī)律。進(jìn)而研究出確保岸坡穩(wěn)定的振動加速度。

3、土的靈敏度的影響

打樁時工況相同，但岸邊的土質(zhì)是有區(qū)別的，這方面的影響也不容忽視，這種差異是由岸坡土的靈敏度決定的，由于土的物理性質(zhì)不同導(dǎo)致的。靈敏性粘土，容易在打樁時發(fā)生觸變使岸坡土體將發(fā)生強(qiáng)度降低。由于土體在定范圍內(nèi)擾動，導(dǎo)致附加強(qiáng)度減弱，而且超靈敏粘土，會發(fā)生滑移現(xiàn)象。，因此在考慮打樁作用對岸坡穩(wěn)定影響時，作為內(nèi)部因素的土的靈敏度就是不可忽略的。

三、打樁作用下岸坡穩(wěn)定性可靠度分析

1、穩(wěn)定性計算問題

連續(xù)打樁后，產(chǎn)生的超孔隙水壓力并不會立即消散，產(chǎn)生超孔隙水壓力對岸坡產(chǎn)生不利作用。就計算而言，將打好的樁產(chǎn)生的超孔隙水壓力所產(chǎn)生的效果與抗滑力相抵消，相當(dāng)于計算一個水平力，即使發(fā)生變形也不至于由于水平力的緣故發(fā)生折斷。如果樁的抗滑力充分發(fā)揮，樁體將產(chǎn)生極大地變形，周圍的土體亦是如此。在正常的施工狀態(tài)下這種情況是不允許發(fā)生的。因此，碼頭樁基的抗滑力 是一個安全儲備。

2、打樁速度

由于工作結(jié)束時樁體周圍的土馬上重新還原，因此打樁速度不宜太快，正因為如此，打樁速度成為影響岸坡穩(wěn)定性的因素，大量的工程技術(shù)顯示，速度過快會導(dǎo)致很多惡性事件的發(fā)生，像岸坡滑移，變形。打樁速度也可以定義為單位時間內(nèi)打樁量，當(dāng)然這單位時間內(nèi)使連續(xù)的并沒有停頓的，而且，這單位時間也不能太長也不能太短，斷了不能反映根數(shù)，長了壓力會消散過大。因此，可以通過計算單位時間內(nèi)的打樁量來反映打樁對岸坡的影響。并計算其安全系數(shù)，本文根據(jù)前輩們的數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計并得出結(jié)論，當(dāng)單位時間內(nèi)打樁的數(shù)量不等時，算出的安全系數(shù)也不同，通過這樣就能反映出打樁速度對岸坡穩(wěn)定性的影響。

3、岸坡穩(wěn)定不利時段和計算斷面的選取

碼頭打樁施工岸坡的穩(wěn)定受多種因素的共同影響，而且整個施工期的影響程度也存在差異。比如超孔隙水壓力、土的強(qiáng)度的變化、不良的振動、慣性力等，但這些值都是變化的，除此之外，打樁的速度和打樁的位置也可能會使同一岸

坡的安全系數(shù)產(chǎn)生較大的差異。這對定量分析造成一定困難，但是我們可以結(jié)合打樁計劃對整個打樁施工期進(jìn)行分析，在施工的整個時間段中考慮最不利的時刻。

除此之外，同一碼頭不同岸坡斷面也存在差異，應(yīng)該對碼頭的整個岸線進(jìn)行分析然后再進(jìn)行計算。

四、實例分析

通過分析打樁作用下影響岸坡穩(wěn)定的因素，并與實際工程進(jìn)行比較分析，更進(jìn)一步的了解打樁作用對碼頭岸坡穩(wěn)定的具體影響程度現(xiàn)分析如下：

1、碼頭的基本概況

例如北侖港某工程，屬于高樁板梁式結(jié)構(gòu)，共有4個5萬噸級以上集裝箱泊位，碼頭后設(shè)4座引橋與陸域連接，樁基工程采用預(yù)制打入樁和現(xiàn)澆樁帽，碼頭每榻排架下共布置13根樁基。

2、自然條件

（1）水文條件

碼頭的的一般水位為十米，碼頭打樁時岸坡穩(wěn)定計算的水位線取設(shè)計低水位零點五米，由于設(shè)計高水位和設(shè)計低水位高程相差不足兩米，因此在施工過程中不大可能出現(xiàn)較大的水頭差，因此不考慮水位驟降對岸坡穩(wěn)定的影響。

（2）土質(zhì)

黃灰色，灰色，黏土，粉質(zhì)粘土等

（3）地形條件

不同結(jié)構(gòu)段的岸坡斷面地形差異較大，因此碼頭岸坡從左到右有逐漸變陡的趨勢。

結(jié)論

本文分析了打樁施工產(chǎn)生的影響岸坡穩(wěn)定的一些不利因素，同時結(jié)合具體工程實例，計算并分析打樁對某碼頭工程岸坡穩(wěn)定的影響，得出如下幾點結(jié)

論：

（1）打樁作用對岸坡穩(wěn)定影響的外部因素一是產(chǎn)生的超孔隙水壓力二是打樁產(chǎn)生的振動加速度。

（2）打樁作用對岸坡穩(wěn)定影響的內(nèi)部因素是由土的物理性質(zhì)的差異造成的。

（3）打樁速度是影響打樁時岸坡穩(wěn)定的一個非常重要的因素。

（4）打樁產(chǎn)生的振動加速度對岸坡穩(wěn)定影響相對于打樁產(chǎn)生的超孔隙水壓

力的影響較小。

（5）岸坡打樁施工前應(yīng)做好岸坡地形地貌觀測、岸坡土質(zhì)調(diào)查、進(jìn)行打樁

時穩(wěn)定性計算。

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