高樁碼頭位移原因分析及其預(yù)防措施研究

◎ 鐘威龍 黃杰 中交廣州航道局有限公司

現(xiàn)如今，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，碼頭建設(shè)也跟著蓬勃發(fā)展，碼頭規(guī)模越來(lái)越大，建造質(zhì)量要求也越來(lái)越高，尤其是在控制碼頭位移方面，得到了建設(shè)單位的高度重視。在此情況下，為了提高高樁碼頭的建設(shè)質(zhì)量，延長(zhǎng)使用年限，要求相關(guān)施工單位對(duì)高樁碼頭出現(xiàn)位移問(wèn)題的根本原因進(jìn)行全面分析，并針對(duì)相關(guān)原因制定行之有效的預(yù)防措施，進(jìn)而保證高樁碼頭的質(zhì)量和使用穩(wěn)定性。

1.高樁碼頭

高樁碼頭主要由五個(gè)部分組成，分別是樁臺(tái)、樁基、接岸、岸閘和碼頭設(shè)備，高樁碼頭的樁臺(tái)是碼頭面結(jié)構(gòu)的主體，與樁基連接在一起形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，保持碼頭整體的穩(wěn)固性。樁臺(tái)承受作用在碼頭面上的垂向和水平荷載，并將荷載力傳遞給樁基，并由樁基傳遞給地基深處，進(jìn)而起到穩(wěn)固岸坡的作用。而接岸則是連接樁臺(tái)和港區(qū)陸域的結(jié)構(gòu)。高樁碼頭在適用于地層地基強(qiáng)度較弱的軟土區(qū)域。

2.高樁碼頭位移原因

2.1 設(shè)計(jì)原因

高樁碼頭出現(xiàn)位移問(wèn)題的主要原因是設(shè)計(jì)不合理。首先，高樁碼頭設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于樁基布置的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致樁基受力異常，影響穩(wěn)定性。岸坡土體對(duì)樁基施加的力是水平方向的，并且由樁臺(tái)或者前沿的斜樁承受，推力會(huì)沿著后承臺(tái)連接線。如果推力與樁連線成一角度，就會(huì)導(dǎo)致排樁抗力減弱，減小到近30%時(shí)就會(huì)出現(xiàn)位移。其次，在高樁碼頭設(shè)計(jì)中岸坡穩(wěn)定計(jì)算是重點(diǎn)內(nèi)容，穩(wěn)定系數(shù)需要控制在1.0-1.3范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)中如果穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算超出合理范圍，就會(huì)引發(fā)碼頭位移。最后，接岸結(jié)構(gòu)選擇時(shí)忽略了壓力大小、地基應(yīng)力等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)問(wèn)題，致使碼頭出現(xiàn)位移。

2.2 施工原因

除了高樁碼頭設(shè)計(jì)原因以外，最容易造成碼頭位移的原因就是施工不當(dāng)。首先，岸坡受到自重或者外力作用的時(shí)候，會(huì)造成土體從高處滑落，此時(shí)如果滑動(dòng)力大于土體抵抗力的話，就會(huì)造成土體內(nèi)部應(yīng)力改變，破壞原有的穩(wěn)定性，出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，促使高樁碼頭位移。其次，在進(jìn)行打樁施工的時(shí)候，如果打樁速度過(guò)快，會(huì)加快土體中超孔隙水壓力的累計(jì)，并在水土擠壓作用下產(chǎn)生較大超靜水壓力，導(dǎo)致碼頭樁基受損，引起岸坡變形而出現(xiàn)位移。最后，在進(jìn)行高樁碼頭拋填的時(shí)候，如果樁間淤泥層厚度或者土體力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)不到位的話，就容易出現(xiàn)淤泥較厚，影響拋石體穩(wěn)定，并導(dǎo)致拋石量增加，引發(fā)變形位移。

2.3 自然原因

高樁碼頭雖然使用了低水位設(shè)計(jì)，但是在潮汐、風(fēng)吹以及暴雨降水等自然因素的影響下，會(huì)導(dǎo)致回填滲透性下降，產(chǎn)生較大的滲透水壓力，滑坡力矩變大。通過(guò)計(jì)算可知如果水頭差達(dá)到1.8m，滲流力會(huì)造成碼頭安全系統(tǒng)下降，在低潮時(shí)容易出現(xiàn)滑坡事故，危害周圍人員安全。另外，地震、放炮等突然性因素會(huì)引起高樁碼頭的強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致土體孔隙水壓力驟增，抗剪強(qiáng)度有所降低，使得岸坡失穩(wěn)，出現(xiàn)位移。

2.4 使用原因

高樁碼頭在使用的過(guò)程中，如果堆載不當(dāng)或者超載使用的話，會(huì)造成高樁碼頭的擋土墻和后沿出現(xiàn)一定程度的沉降，進(jìn)而引發(fā)碼頭位移。例如碼頭上的火車長(zhǎng)期超載運(yùn)輸貨物往復(fù)，會(huì)造成碼頭接岸結(jié)構(gòu)、擋土墻傾斜，進(jìn)而引發(fā)樁帽和橫梁出現(xiàn)錯(cuò)位、梁底出現(xiàn)局部懸空，樁帽與梁的連接筋發(fā)生斷裂，從而埋下了高樁碼頭位移的安全隱患。

3.高樁碼頭位移問(wèn)題的預(yù)防措施

3.1 認(rèn)真進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境勘察

為了有效預(yù)防高樁碼頭位移問(wèn)題，首先要做的事情就是在施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行全面勘察，記錄好施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌以及水文特點(diǎn)，進(jìn)行綜合分析，為施工設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。在施工勘察的時(shí)候，要重點(diǎn)調(diào)查碼頭施工地點(diǎn)存在哪些可能造成岸坡不穩(wěn)定的因素，在施工前采取有效措施進(jìn)行解決。除此之外，施工勘察工作人員還應(yīng)該對(duì)高樁碼頭施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的地形、地貌進(jìn)行細(xì)致調(diào)查，全面了解高樁碼頭岸坡的沖淤情況，進(jìn)而對(duì)高樁碼頭施工的環(huán)境進(jìn)行整體分析和評(píng)估，減少自然因素對(duì)高樁碼頭穩(wěn)定性造成的影響，選擇合適的施工建造方案和工藝技術(shù)，提高高樁碼頭整體的建設(shè)質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3.2 提高高樁碼頭施工設(shè)計(jì)水平

在進(jìn)行高樁碼頭設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察資料進(jìn)行整理和綜合分析，明確施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并結(jié)合現(xiàn)有的施工工藝和材料、設(shè)備等，制定出合理、經(jīng)濟(jì)、可行的施工設(shè)計(jì)方案，提高整體設(shè)計(jì)水平。尤其是在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了有效控制樁基沉降，需要在施工前做好地基加固設(shè)計(jì)，使用打砂井、深層水泥攪拌等方式加固地基，提高岸坡的穩(wěn)定性。另外，在整體設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要認(rèn)真檢測(cè)碼頭岸坡，合理設(shè)計(jì)坡度，對(duì)回填土和拋石高度、時(shí)間間隔等進(jìn)行妥善設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)使用渡板簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)作為連接碼頭、橋梁和接岸結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，控制不均勻沉降。為了提高岸坡的穩(wěn)定性，需要將碼頭樁基打入硬土層，并設(shè)計(jì)應(yīng)用真空預(yù)壓法在土體深層形成真空度，并且通過(guò)打樁將施工中產(chǎn)生的超孔隙水壓力進(jìn)行消散，保證高樁碼頭的整體穩(wěn)定。

3.3 強(qiáng)化施工過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督與管理

高樁碼頭位移問(wèn)題的出現(xiàn)通常是多種因素共同作用產(chǎn)生的，因此在施工過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注施工工藝合理使用、保證材料質(zhì)量、工人施工操作規(guī)范，通過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督和管理的手段去提高整體施工質(zhì)量，確保高樁碼頭質(zhì)量達(dá)標(biāo)，符合設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，提高穩(wěn)定性，減少位移現(xiàn)象發(fā)生。首先，高樁碼頭施工單位需要結(jié)合工程實(shí)際和以往的施工經(jīng)驗(yàn)，制定嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制制度，約束施工人員的作業(yè)行為。要求施工人員按照計(jì)劃中的施工設(shè)計(jì)方案和施工操作規(guī)范要求去科學(xué)開(kāi)展施工，并接受監(jiān)理人員的實(shí)時(shí)監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題并加以改正。其次，為了有效預(yù)防高樁碼頭位移情況發(fā)生，要求施工人員采用有助于邊坡穩(wěn)定的施工方案，對(duì)上填、中振以及下挖等影響較大的施工方式加大檢查力度，并且給予嚴(yán)厲處罰。最后，在施工中如果發(fā)現(xiàn)滑坡現(xiàn)象或者存在滑坡隱患的時(shí)候，要及時(shí)反饋給管理部門(mén)，由管理部門(mén)組織施工人員、設(shè)計(jì)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際情況查看，并根據(jù)施工進(jìn)度和滑坡嚴(yán)重程度進(jìn)行緊急處置，常用的處置措施包括坡腳壓載、停止打樁或者卸去頂部荷載等，同時(shí)做好地面排水。

3.4 加強(qiáng)高樁碼頭后期使用管理

為了保證高樁碼頭的使用安全性，延長(zhǎng)使用壽命，就需要加強(qiáng)高樁碼頭后期使用管理。高樁碼頭的使用一定要按照原有的設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，不同隨意改變碼頭使用性能，尤其是長(zhǎng)期超載使用。在使用碼頭的過(guò)程中，可以使用GPS測(cè)量法、極坐標(biāo)法等進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，其中GPS測(cè)量法的應(yīng)用非常廣泛。該測(cè)量法可以實(shí)時(shí)采集基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)改變情況，具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。GPS測(cè)量法可以全天24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，受到碼頭離岸距離的影響比較小，可以獲得比較高的測(cè)量精度。

4.結(jié)論

總之，高樁碼頭在施工和使用過(guò)程中會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因、施工原因、自然原因和使用原因等影響，可能出現(xiàn)位移問(wèn)題，嚴(yán)重影響高樁碼頭的正常使用和使用安全，必須找到有效的控制措施。為此，在對(duì)高樁碼頭進(jìn)行施工設(shè)計(jì)、施工和管理的時(shí)候，需要結(jié)合國(guó)內(nèi)外各個(gè)高樁碼頭的建造和使用維護(hù)案例，明確位移問(wèn)題成因，并利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行有效預(yù)防，提高高樁碼頭整體施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，保證其穩(wěn)定、安全使用。