重力式碼頭抗滑抗傾穩定性探討

吳宏

摘 要：長江流域碼頭數目眾多，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，具有結構堅固耐用，成本低，施工簡便等優點，廣受水運行業歡迎。但是近年來，重力式碼頭的失事事件不斷，調查發現，引起失事的原因很多，主要原因是重力式碼頭結構的抗滑、抗傾的穩定性不足。本文針對重力式碼頭的抗滑抗傾的穩定性進行分析研究，提出了現階段重力式碼頭存在的抗滑、抗傾存在的問題，并進一步提出了相應的解決措施。

關鍵詞：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、抗傾穩定性的理論及其應用得到了迅速的發展，穩定性的研究已經成為各個碼頭設計師共同追求的目標。影響碼頭穩定性的因素很多，因此在碼頭的結構設計時，要綜合考慮所有的影響因素，這樣才能達到碼頭的使用要求。

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、格形鋼板樁式等結構形式，碼頭結構形式不同，受力情況不同，抗滑、抗傾穩定性也有所不同。我國是港口大國，目前已經形成了布局合理功能強大的港，口體系在我國現已建成的港口的碼頭形式中，重力式碼頭的數目占到將近一半，重力式碼頭結構比較堅固，主要是靠結構自身重量來保證其滑動和傾倒穩定性，其結構形式主要決定于墻身的結構，因此在重力式碼頭的設計時，可以在結構形式上多下功夫，以保證在各種荷載作用下水工建筑物的穩定。在碼頭的設計過程中，首先應根據當地的水文、地質條件、建筑設計等級、業主使用要求等擬定構造措施，即構造設計方案，然后進行碼頭結構的強度和穩定性的驗算，最大量的減少重力式擋墻后方土應力及擋墻沉降量。其中，重力式碼頭的主要結構式墻身和墻胸，必須嚴格分析墻身、墻胸所能承受的承載力。長江流域近年出現部分重力式碼頭的失事現象，經過調查分析可以知道，主要是碼頭的抗滑、抗傾穩定性在設計中考慮的因素少，荷載強度考慮不足，造成碼頭的穩定性受到嚴重的影響。因此，抗滑、抗傾穩定性是重力式碼頭設計時必須嚴格考慮的問題。在現行的《重力式碼頭設計與施工規范》中，已經嚴格規定了重力式碼頭的承載能力的各項規格及抗滑、抗傾穩定性的可靠指標。在重力式碼頭設計時，應達到相關規范的要求。

2 長江流域重力式碼頭的抗滑抗傾穩定性計算

重力式碼頭在抗傾抗滑穩定性計算上應該首先給出量值，計算出可靠性指標。

2.1 碼頭的自重和穩定力矩

在碼頭結構設計前，應首先知道碼頭的自重，這樣就需要知道每一層的方塊的數量和質量，以及方塊的浮重度。不僅如此，還需要了解的一個參數是穩定力矩，這就需要知道方塊的重力對每一層碼頭中心的力臂，然后逐一計算出值。

2.2 土壓力計算

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算公式如下：

（1）第n層土壓力強度

（2）第n層土壓力合力計算

2.3 剩余水壓力及力矩

當重力式碼頭進行填料時，要考慮剩余水壓力的作用。計算公式如下：

（1）剩余水壓力合力與碼頭最低面之間的距離：

2.4 碼頭穩定性驗算

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

3 重力式碼頭設計中的問題

重力式碼頭在設計中常常會碰到一些技術上不能解決的難題。主要是因為現如今技術的限制，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的計算方法不能準確反映出碼頭的變形量的。當前針對這個問題，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行一定的控制，但是效果不理想。依照目前我國掌握的技術，還主要依靠經驗計算水平位移。因此，量化計算控制位移的的理論計算方法還不成熟，而且在實際應用中還不能得到發展。②在比較厚的基床沿著基底水平滑動破壞的計算模式下怎么樣才能更合理的展開計算的問題。若部分厚基床當作換填地?？创?，則規范對相關內容應予以修訂。③沒有底板的空腔重力式結構的抗穩定性結構還需要進一步的研究計算。目前在無底板的空腔重力式結構的抗穩定性研究中，還不能確定到底有多少重量可以起作用，這是一個依照目前的技術還不能解決的很復雜的問題。

4 重力式碼頭設計中采取的措施

4.1 適量減少機頂應力

重力式碼頭在施工時，結構施工期的沉降與機頂應力有關系。適當的減少機頂的應力，不僅可以減少使用期與施工期之間的應力差，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，為了進一步的減少沉箱的結構會沉降，在碼頭的底部應回填料。這樣可以有效減少趾前壓力，同時可以通過石塊之間的相互摩擦，集中應力的傳遞范圍增大，這樣也樂意有效降低各個沉箱的沉降不均勻性。

4.2 基槽開挖的質量控制

在沉箱加載后，沉降的位置變化還需要一段時間才能收斂。這就會造成在每次沉降時，基槽都會受到水浸泡而變得軟化，嚴重的會出現崩裂，嚴重影響了碼頭的使用壽命。針對這種現象，我們應該在保證位移穩定的情況下進行軌道的系統安裝。適當加快早期的施工速度，使大多數的負載作用在沉降箱上，加快反應時間。工程實際中，要求在拋石前，先進行一次清槽，拋石的時間應控制在一周之內完成。這樣就可以減少土層厚度，使基槽的開挖質量得到進一步的控制。

4.3 前軌要預留出沉降量

機械設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超標現象，施工之前要預留出20～30cm左右的空隙，也就是前后軌之間的高度差應相差20～30cm之間。

4.4 其他措施

在重力式碼頭施工時，應嚴格按照當地的氣候條件，環境條件進行相應的量化?？梢约哟蠡驳暮粨袅Χ?、施工前進行一次預超載測壓實驗，適當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、抗傾穩定性。

5 結束語

長江流域重力式碼頭在設計的過程中，應不斷改進技術，通過精確地數據進行計算。明確發生問題的原因，通過設計措施盡量避免抗滑抗傾中存在的問題。

參考文獻

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