高樁碼頭位移原因分析及其預(yù)防措施研究

江丹強(qiáng) 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

在高樁碼頭使用的過程中，會由于設(shè)計(jì)和施工的原因而引發(fā)嚴(yán)重的位移，并且還和周邊自然環(huán)境有著密切的關(guān)系。因此在進(jìn)行高樁碼頭維護(hù)管理的過程中，需要以位移原因?yàn)橹饕霭l(fā)點(diǎn)，制定針對性較強(qiáng)的應(yīng)對方案，完善現(xiàn)有的建設(shè)模式，從而提高整體的建設(shè)效果。

1.高樁碼頭位移的現(xiàn)象

大多數(shù)高樁碼頭建設(shè)在水路接壤的灘涂或者是岸坡邊，形成連片式的結(jié)構(gòu)，為了滿足基本的運(yùn)行要求，要和陸域地區(qū)相互的連接，但是在碼頭后方有一定的高差，再加上后方大量回填及堆載破壞了土體原有的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致高樁碼頭出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形。一部分結(jié)構(gòu)會受到接岸結(jié)構(gòu)形式的影響，位移問題越來越嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)除岸坡十分平緩的高樁碼頭之外，幾乎大多數(shù)高樁碼頭會受到各種變形因素的影響，出現(xiàn)橫向水平位移的問題影響碼頭運(yùn)行的安全性。在各種工程破壞實(shí)例中，高樁碼頭在產(chǎn)生位移之后會出現(xiàn)其他的破壞問題，例如碼頭縱向剛度較大，縱向受力較小，在壓力的作用下產(chǎn)生坍塌的情況，對碼頭運(yùn)行造成較為嚴(yán)重的影響。

此外，在高樁碼頭使用的過程中，在軟地基上建造的高樁碼頭，決定了位移損壞是和岸坡滑動(dòng)有著密切的關(guān)系，出現(xiàn)滑動(dòng)的原因和岸坡本身和人類活動(dòng)有著密切的關(guān)系，例如原本岸坡本身土質(zhì)較差，坡度較陡，這是滑坡發(fā)生的主要原因。在人類活動(dòng)中回填以及挖方等操作都會影響結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，并且這些因素是綜合作用而成的，對高樁碼頭的預(yù)警造成了較為嚴(yán)重的影響。因此在實(shí)際工作中需要加強(qiáng)對高樁碼頭位移情況的深入性分析，之后再按照實(shí)際地使用標(biāo)準(zhǔn)選擇正確的預(yù)防措施，以保障高樁碼頭平穩(wěn)運(yùn)行為主，優(yōu)化當(dāng)前的工作方案，盡可能地降低位移問題的發(fā)生概率，從而保證高樁碼頭的正常使用。

2.高樁碼頭位移的發(fā)生原因

2.1 設(shè)計(jì)因素

2.1.1 樁基布置設(shè)計(jì)得不合理

高樁碼頭產(chǎn)生位移的因素和設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系，例如樁基布置設(shè)計(jì)缺乏合理性，在岸坡土體中對高樁碼頭有一定的水平推力，如果其中的水平推力超出預(yù)定的極限值，會增加破壞問題的發(fā)生概率。在前期設(shè)計(jì)的過程中，如果并沒有加強(qiáng)對水平推力的深入性分析，也沒有設(shè)置相對應(yīng)的彈性值會對高樁碼頭的運(yùn)行產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，并且在結(jié)構(gòu)抵抗力計(jì)算過程中所包含的因素較為突出。尤其是在進(jìn)行方樁斷面對角線抵抗力設(shè)計(jì)的過程中存在的內(nèi)外影響因素較為復(fù)雜，如果在某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，會出現(xiàn)嚴(yán)重的位移問題，對后續(xù)建設(shè)造成較為嚴(yán)重的影響。高樁碼頭岸坡穩(wěn)定性整個(gè)設(shè)計(jì)的工作重點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要以平面的思路來進(jìn)行有效的考慮，假設(shè)整體沿著湖面而滑動(dòng)，要采取綜合應(yīng)力的方法來進(jìn)行計(jì)算，但是由于整體的破壞力屬于剪切破壞穩(wěn)定計(jì)算考慮的因素和抗剪指標(biāo)有著密切的關(guān)系，如果岸坡穩(wěn)定系數(shù)并沒有維持在1.0～1.3之間會增加不穩(wěn)定因素的發(fā)生，進(jìn)一步的產(chǎn)生位移。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中并沒有加強(qiáng)對強(qiáng)度指標(biāo)和孔隙水壓力的深入性分析，并沒有適當(dāng)?shù)挠?jì)算本身的安全數(shù)值，會由于各個(gè)參數(shù)選取的不恰當(dāng)而導(dǎo)致安全系數(shù)偏低。如果碼頭在滑坡之后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定系數(shù)很難符合預(yù)期的要求。雖然進(jìn)行了后期的預(yù)算，但是很難進(jìn)行科學(xué)的修復(fù)，這和前期設(shè)計(jì)不到位有著密切的關(guān)系。另外如果在后續(xù)使用的過程中出現(xiàn)了岸坡變形的問題，勢必會造成碼頭位移和破壞，并且在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中也并沒有進(jìn)行變形和位移情況的定量分析，也沒有和土體抗剪強(qiáng)度進(jìn)行相互的融合，導(dǎo)致各項(xiàng)數(shù)值設(shè)計(jì)存在不準(zhǔn)確的問題，增加了位移的發(fā)生概率。

2.1.2 接岸結(jié)構(gòu)形式選擇不到位

這一問題在實(shí)際設(shè)計(jì)中也是較為常見的影響因素，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，需要根據(jù)土壓力的大小和土坡的穩(wěn)定性來完成當(dāng)前的設(shè)計(jì)，并且還需要減少施工環(huán)境對實(shí)際工程所產(chǎn)生的影響，但是如果在現(xiàn)場施工的過程中存在影響因素較為復(fù)雜，在前期設(shè)計(jì)環(huán)境很難進(jìn)行充分的預(yù)測。比如在進(jìn)行載重臺條件較差時(shí)選擇板磚進(jìn)行設(shè)計(jì)，要配合著擋土墻，但是在軟地基中還需要進(jìn)行加固處理，難免會對擋墻造成較為嚴(yán)重的影響。在進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，也會對結(jié)構(gòu)造成較為嚴(yán)重的影響，這些都是在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中無法進(jìn)行科學(xué)預(yù)測的。雖然制定了完善的設(shè)計(jì)方案，但是由于后續(xù)變動(dòng)情況較為突出，影響結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性而引發(fā)高樁碼頭本身的位移。

2.2 施工因素

施工因素也是導(dǎo)致高樁碼頭位移的主要原因，在碼頭施工的過程中包含了挖泥和回填等不同的操作，施工工序要進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，為了保證整體施工的穩(wěn)定性，要適當(dāng)?shù)募哟笸疗聦Y(jié)構(gòu)的被動(dòng)土壓力，但是由于施工中的種種原因，在實(shí)際施工中所存在的變形問題也較為嚴(yán)重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的情況。例如在實(shí)際施工的過程中整個(gè)土質(zhì)較差，在重力和外界作用下，土體由高處向低處滑動(dòng)，如果在土體內(nèi)部某一個(gè)表面中滑動(dòng)力超過了土體抵抗的滑動(dòng)能力會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的滑坡。除了滑坡太陡之外，挖泥超深、超寬也會出現(xiàn)坡面的沖刷影響了坡面的正常使用，并且會改變土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。如果在實(shí)際施工過程中并沒有進(jìn)行科學(xué)的預(yù)防，會導(dǎo)致位移問題越來越嚴(yán)重，長此以往會限制結(jié)構(gòu)的正常使用。

另外在進(jìn)行打樁施工期間，發(fā)生滑動(dòng)的概率也較高，打樁之所以引起岸坡變形，失穩(wěn)而滑坡，這主要是由于在打入樁時(shí)會受到泥土的作用，并且配合著頻繁的振動(dòng)，產(chǎn)生了較高的孔隙水壓力。按照有效原理可以看出土體抗剪程度逐漸的提高影響結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，在下部施工時(shí)會出現(xiàn)裂縫和斷裂的情況，并且沉樁區(qū)會出現(xiàn)大量的裂縫，嚴(yán)重時(shí)裂縫寬度會高達(dá)5厘米，而引發(fā)較為嚴(yán)重的位移情況。

3.高樁碼頭位移的預(yù)防措施

3.1 前期設(shè)計(jì)

3.1.1 前期的勘察

為了保證高樁碼頭設(shè)計(jì)能夠具備較強(qiáng)的準(zhǔn)確性，在實(shí)際工作中需要做好前期的勘察，規(guī)避各種因素而產(chǎn)生的位移，從而保證整體的設(shè)計(jì)效果。在勘察中需要將重點(diǎn)放在地形地貌和水文地質(zhì)等方面，完善現(xiàn)有的地質(zhì)調(diào)查方案，并且還需要了解擬建碼頭地區(qū)是否出現(xiàn)了滑坡或者是不穩(wěn)定的情況。如果出現(xiàn)各種不利因素，需要按照現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行有效的指導(dǎo)勘察，也可以通過反復(fù)地實(shí)驗(yàn)來完成當(dāng)前的勘察任務(wù)，不要只注重于鉆孔和取樣，要落實(shí)綜合化的工作原則，保證整體的建設(shè)效果。在實(shí)際勘查過程中，一定要深入地分析現(xiàn)場岸坡的不穩(wěn)定因素，例如軟弱層深厚或者是受水流影響而出現(xiàn)滑坡痕跡時(shí)，要在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行信息的標(biāo)識之后，再按照當(dāng)前設(shè)計(jì)要求提出更加科學(xué)的應(yīng)對方案，也可以在部門內(nèi)部商討出最佳的應(yīng)對方法，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新當(dāng)前的設(shè)計(jì)模式，盡一切可能減少位移的發(fā)生，從而滿足當(dāng)前的建設(shè)要求。在實(shí)際勘察過程中也要特別注意地下水的測量，不要僅僅局限于碼頭區(qū)域，要有足夠的范圍，這樣一來可以更加全面的評價(jià)和分析碼頭本身的穩(wěn)定情況，明確主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，預(yù)防各種突發(fā)問題的發(fā)生，從而提高整體設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3.1.2 減少地基的沉降

在預(yù)防高樁碼頭位移的過程中，需要優(yōu)化前期的設(shè)計(jì)模式，嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求完成當(dāng)前的設(shè)計(jì)，并且還需要在前期做好有效的勘察，核對不同的數(shù)值，避免對結(jié)構(gòu)的使用造成較為嚴(yán)重的影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中也要具體問題具體分析，尤其是要減少地基沉降而引發(fā)的位移情況，保證高樁碼頭的正常使用。當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)較差時(shí)，并且后方填土高度較大，在樁基施工之前，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，并且岸坡的坡度不要過陡，要和現(xiàn)場情況進(jìn)行相互的匹配，保證整體設(shè)計(jì)的科學(xué)性。對于回填土的高度和回填間隔時(shí)間需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行有效的確定減少各種因素的影響。在碼頭樁基打入到同一持力層時(shí)，要在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行參數(shù)的反復(fù)核對，可以采取簡單的連接結(jié)構(gòu)，使高樁碼頭運(yùn)行能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，盡可能地規(guī)避各種位移問題的發(fā)生，延長結(jié)構(gòu)本身的使用壽命。

3.1.3 防止岸坡變形

在防止岸坡變形設(shè)計(jì)時(shí)，需要先了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和土質(zhì)強(qiáng)度等等，劃分為不同的設(shè)計(jì)區(qū)域，之后再選擇具有代表性的斷面來完成當(dāng)前的驗(yàn)算，使各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作能夠具備較強(qiáng)的科學(xué)性。值得注意的是，在計(jì)算時(shí)需要特別注意土層中軟弱夾層的影響，尤其是其中的滲透水壓力水位的驟降往往是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的因素，因此在驗(yàn)算時(shí)需要特別注意這一問題，保證各項(xiàng)數(shù)值的準(zhǔn)確性。在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)過程中，還要預(yù)計(jì)后續(xù)的施工壓力，必要時(shí)可以到現(xiàn)場中進(jìn)行反復(fù)的勘察，之后再和設(shè)計(jì)單位共同地制定當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案，防止存在較為嚴(yán)重的位移問題。對于不穩(wěn)定的地區(qū)或者是已經(jīng)發(fā)生滑移的岸坡，為了保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，需要適當(dāng)?shù)母纳苹麦w本身的土質(zhì)，之后再采取井點(diǎn)降水和盲溝排水的方法，降低地下水對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。之后再采取更加科學(xué)的護(hù)坡措施，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行提供重要的基礎(chǔ)。

3.2 施工階段

在施工階段進(jìn)行預(yù)防的過程中，需要優(yōu)化當(dāng)前的施工組織設(shè)計(jì)模式，并且嚴(yán)格地遵循設(shè)計(jì)方案中的內(nèi)容來完善當(dāng)前的設(shè)計(jì)模式，從而保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中需要使邊坡穩(wěn)定系數(shù)能夠得到充分的保證，減少各種不合理的施工工序，在岸坡穩(wěn)定性較差的前提下，為了減輕打樁振動(dòng)對岸坡穩(wěn)定性的影響，在實(shí)際施工的過程中可以采取間隔跳打和停停打打的方式來完成當(dāng)前的施工任務(wù)，并且還需要減少其中的影響范圍，做好現(xiàn)場情況的嚴(yán)格監(jiān)督以及管理規(guī)避各種位移問題的發(fā)生。對于不穩(wěn)定的岸坡要先采取加固措施，之后再進(jìn)行打樁操作。

在實(shí)際施工時(shí)要特別注意水下工程的施工質(zhì)量，邊坡和基槽超挖量要做好嚴(yán)格的控制，在完成驗(yàn)收之后要盡快地進(jìn)行回填，防止出現(xiàn)基槽回淤而形成軟弱夾層的情況，要落實(shí)精細(xì)化的工作原則，從而保證整體的施工效果。在擋土墻地基施工過程中要采取振動(dòng)較小的加固方法，減少不均勻沉降問題的發(fā)生。在各項(xiàng)施工的過程中，要按照現(xiàn)場情況采取對應(yīng)的緊急措施，如果在前期施工中產(chǎn)生較為嚴(yán)重的位移問題，要按照現(xiàn)場情況進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)對，減少對結(jié)構(gòu)使用所產(chǎn)生的影響，并且還需要在內(nèi)部形成完整的抗滑力，使各個(gè)結(jié)構(gòu)能夠具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在實(shí)際施工時(shí)還需要做好地面排水以及改善，例如先進(jìn)行水下工程的強(qiáng)做等等，從而提高整體的施工效果。在完成各項(xiàng)施工之后，需要做好再一次的檢查，減少各種不穩(wěn)定問題的發(fā)生，尤其是在薄弱環(huán)節(jié)要完成重點(diǎn)性的觀測，避免對結(jié)構(gòu)后續(xù)的使用產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，從而提高整體的施工效果。

3.3 使用時(shí)期

在使用時(shí)期需要加強(qiáng)對高樁碼頭的維護(hù)管理，滿足當(dāng)前的維護(hù)要求，并且在發(fā)生位移時(shí)要盡快地上報(bào)給相關(guān)部門提出更加科學(xué)的應(yīng)對方案，減少對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響。在實(shí)際使用期間不要長期超載或者是改變本身的使用性能，在使用時(shí)期大面積長期超負(fù)荷尤其是早期大面積超載，會加速碼頭位移的發(fā)展，因此在實(shí)際維護(hù)管理時(shí)需要特別注意這一問題。另外還需要做好全過程的監(jiān)督以及管理，剔除其中的不規(guī)范問題，優(yōu)化現(xiàn)有的管理方案使位移問題能夠有所解決。與此同時(shí)在實(shí)際管理時(shí)還需要做好各個(gè)分區(qū)管理，調(diào)整現(xiàn)有的壓力數(shù)值，盡一切可能降低位移問題的發(fā)生概率，從而為高樁碼頭的正常運(yùn)行提供重要的保障。

4.結(jié)語

高樁碼頭在使用過程中位移問題較為嚴(yán)峻，影響高樁碼頭的安全系數(shù)，因此在前期設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)需要加強(qiáng)對位移問題的深入性分析，采取更加科學(xué)的預(yù)防措施將不良因素降到最低，以保證高樁碼頭正常運(yùn)轉(zhuǎn)為主優(yōu)化現(xiàn)場的建設(shè)模式，并且還需要規(guī)避自然因素對碼頭的影響，強(qiáng)化后期的管理，從而提高高樁碼頭本身的建設(shè)效果，完善我國基礎(chǔ)設(shè)施。