某高桩码头岸侧基桩弯曲变形分析与预防措施

黄夏幸

（广州航海学院，广东510330）

某高桩码头岸侧基桩弯曲变形分析与预防措施

黄夏幸

（广州航海学院，广东510330）

文章研究了某高桩码头发生桩基倾斜、开裂现象的原因，并提出应对措施。通过现场检测及计算复核结果显示，该码头桩基倾斜、开裂的主要原因是施工期码头边坡滑移所致。且边坡滑移时，近岸侧桩受力最大，离岸侧桩受力逐渐减少，其受力并不均等；使用期间岸坡在自然环境的作用下调整密实并自然恢复到稳定状态，构件受力在正常使用范围内。提出对高桩码头的岸坡进行边坡稳定计算时，除用土的力学指标平均值在淤泥层厚度最大的截面进行边坡稳定验算外，对取样得出土的力学指标较低的截面也需进行稳定性验算，施工期还要根据施工工艺荷载进行边坡稳定验算。

软土地基；桩基裂缝；边坡稳定；应对措施

珠江三角洲地区地势平坦开阔，境内有三纵三横三线通航水道和8个出海口，水运业发达。受建港自然条件、码头岸线、通航水深及土地资源的限制，该地区建设的海港、河港码头工程地质条件较差，有深厚的淤泥层，常利用海滩、河滩回填后作为码头的仓库堆场，业主对码头的使用要求和施工工期的限制，对码头结构的质量、安全带来挑战。近几年中，某些高桩码头岸侧基桩出现弯曲开裂甚至断裂现象，也发生过整体滑移事故［1-3］。导致失稳的原因可能是施工［4-5］原因，也可能是设计相关地质参数考虑不足［6］原因。查明原因后根据实际情况可以采用卸荷［7］，也可以采用软基加固［8］等方法修复加固。本文根据某高桩码头岸侧基桩弯曲开裂甚至断裂现象，分析其产生原因，提出应对及预防措施，供同行参考。

图1 2007年码头结构横断面图Fig.1 Cross⁃sectional view of wharf structure in 2007

1 高桩码头基桩弯曲变形实例

1.1 码头概况

某河口港高桩梁板式码头，设计船型为3 000 t级沿海散货船，码头长100.5m，宽18m，码头两端设栈桥与陆域相接，码头港池底高程-8.5m，码头面高程+2.96m，码头分二个结构段，横向排架自码头上游向下游编号，P1～P11排架为上游结构段，P12～P21排架为下游结构段，排架间距5m，设计图纸中桩基础全部采用500mm×500mm钢筋混凝土直桩，并交替在每个横向排架的A轴桩内侧或B轴桩外侧增加了一根直径Ø500mm、斜度3：1、扭角15°的钢管斜桩。桩顶上现浇混凝土桩帽，其上设置纵横向水平撑和立柱，A轴直桩、B轴直桩、C轴和D轴桩与立柱在同一轴线上，码头结构横断面见图1。码头于1991年2月竣工并投入使用。

1.2码头工程地质和水下地形

1.2.1 码头区域的地质特征

根据工程地质勘察报告，码头和引桥区域上覆土层为第四系全新统珠江三角洲冲积层和第四系晚更新统残积地层，自上而下主要为淤泥、淤泥质粉质粘土，砂类土和粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩。其中，淤泥为暗灰色，饱和，上部含粘土较多，呈流塑～软塑状态，向下粉砂逐渐增加，呈软塑状态，属高压缩性软土，层厚13.9～22.2m。

2010年码头扩建进行地质勘探，根据码头下游侧引桥附近的钻孔柱状图，-0.58～-25.28m为淤泥，淤泥的直接快剪凝聚力c为2.25 kPa，内摩擦角ø为4.7°。工程地质勘察报告淤泥的固结快剪凝聚力平均值c为8.9 kPa，内摩擦角平均值ø为12.5°。淤泥层以下是粗砾砂及全风化花岗岩层，桩基入全风化花岗岩层不小于1m。

1.2.2 码头区域水下地形

根据码头设计断面图，设计港池底高程-8.50m，设计岸坡1：5。2007年8月业主计划对码头后方进行改造，测量了水下地形，14～16排架码头前沿港池底高程-7.4m，码头内侧泥面高程-0.9m，接岸挡墙处泥面高程-0.6。2010年又测量了码头水下地形图，14～16排架码头前沿港池底高程-6.7m，码头内侧泥面高程-0.2m，码头内侧至接岸挡墙间杂填土层泥面高程+1.2m（码头扩建期间回填后自然密实）（图2）。

1.3 码头桩基现状

2008年对码头后方进行了改造，原码头结构不变，在码头内侧、两栈桥间扩建了桩基结构后平台和垂直码头的龙门吊轨道梁（为独立结构，设结构缝与原结构分离），建成后码头前方桩台与后方堆场连成一片。改造施工时，施工方对后平台桩基采用陆上推进施工法，将后平台部分浅滩未经软基处理直接回填土，在后平台桩基施工过程中，码头部分基桩出现了倾斜现象。2011年对码头结构进行检测，码头混凝土桩共84根，除岸侧19根D轴桩被填土基本掩埋没有检测外，有21根桩桩顶段开裂，其中部分桩有明显倾斜现象，主要集中发生在P10～P18排架。裂缝分二种类型，一种是在距桩帽底面20～40 cm范围内出现一条或多条横向裂缝，另一种是在距桩帽底面15～60 cm范围内出现一条或多条斜向裂缝。表1为部分桩基桩顶段倾斜检测的结果，表中桩位P11-C表示第11排架C桩，其余类同。对10根桩顶段有裂缝的桩，以裂缝截面以下桩身外观良好处为检测面，进行低应变动力检测，检测结果判定5根桩为Ⅰ类桩，5根桩为Ⅱ类（表2）。

图2 码头断面地形变化图Fig.2 Topography variation of wharf cross section

表1 水上可视部分桩基垂直度Tab.1 Pile verticality of visible part

表2 基桩低应变反射波法检测结果Tab.2 Results of pile in low strain test reflected wavemethod

2 桩基变形开裂原因分析

2.1 码头岸坡变形分析

根据码头水下地形测量成果，码头于1991年2月竣工并投入使用，至2007年8月，码头前沿港池淤积厚度1.1m，码头内侧淤积厚度4.1m，这是码头水域泥沙运动自然淤积结果，据业主反映，码头在这段使用期内没有发现位移、桩基弯曲现象。

2008年对码头后方进行改造扩建，码头吨级不变，仅在码头内侧、两栈桥间扩建桩基结构后平台和龙门吊轨道梁，采用陆上推进法施工，施工方将码头内侧浅滩未经软基处理直接回填土，形成工作面后施打桩基。以2008年8月施工方案的地形边坡为计算边坡、施工荷载以及2010年码头扩建工程地质勘察报告中的土层力学指标平均值为计算参数，在不考虑地震荷载、打桩震动影响条件下，采用瑞典条分法，利用易工水工结构计算软件进行边坡稳定计算，边坡稳定安全系数为1.001，如果按7度烈度考虑地震荷载，边坡稳定安全系数为0.85。即如果考虑施工荷载和浅滩填土后随即进行的沉桩施工震动影响，边坡将处于失稳状态。

2.2 桩基开裂变形分析

根据设计图纸，码头前方作业平台横向排架布置了5根直桩，桩顶主筋伸入桩帽和立柱中，上部结构纵横向水平撑、立柱、纵横梁形成框架结构，桩的刚度远小于框架结构，因此，桩顶可视为嵌固在框架中。桩基开裂前，桩所受的水平荷载由桩身混凝土与受力钢筋共同承担。当岸坡发生滑动趋势时，桩基除承受轴力外，滑动土体对桩产生向外土压力同时承受较大的弯矩和剪力，滑动面以上部分桩段向外弯曲，本工程桩基为矩形断面，根据规范［9］7.1.1-2受弯构件矩形截面正截面抗裂验算相关公式。

而

显然，在荷载及桩基截面尺寸、混凝土强度、钢筋品种及类型一定的情况下（此时γm、αct、ftk一定），影响构件正截面抗裂的主要因素是w0，即桩基受土体滑动影响到一定程度时，在弯矩相对最大、w0相对薄弱的截面，也就是截面有效高度h0较小，即混凝土保护层较厚处（h0=h-as，因施工原因造成）桩身段将首先出现横向或斜向裂缝。可能出现这种裂缝的位置一是桩顶附近位置（平衡点以上受弯曲荷载相对较大位置），其次是紧邻滑动面以下的桩段位置（平衡点以下弯曲荷载相对较大位置）。

2.3 检测情况

根据检测结果，在C轴桩出现倾斜、近桩帽处桩段开裂的P10～P18横向排架，靠岸侧的D轴桩因填土掩埋未能检查其开裂情况，在C轴桩有轻微开裂缺陷的横向排架中，D轴桩因同样受土体滑动趋势的影响可能出现开裂等轻微缺陷现象。近桩帽处桩段，A轴桩没有倾斜现象，近桩帽的桩段也没有裂缝现象；B轴桩虽然没有明显倾斜现象，但近桩帽近岸面的桩段均有斜向或水平裂缝，裂缝宽度较C轴桩小；C轴桩有明显倾斜现象，近岸面近桩帽的桩段均有斜向裂缝，裂缝宽度较大（图3）。

这种现象表明边坡有滑动趋势时，岸侧桩受滑动土体的推力较大，离岸侧桩因岸侧桩的遮拦作用，受力较小，边坡滑动时桩基虽然同时受力，但受力并不均等。

2.4 桩基开裂变形结论

基于岸坡变形计算结果、桩基受力分析及现场检测情况，可以得出该码头桩基开裂变形主要原因是码头岸坡变形，然后引起桩基弯曲变形，继而造成桩基开裂。2008年对码头后方进行改造，在码头内侧、两栈桥间扩建桩基结构后平台和龙门吊轨道梁时，采用陆上推进施工法，施工方将码头内侧浅滩未经软基处理直接回填土，形成工作面后施打桩基。打桩产生的振动波，破坏土体整体稳定，使土体抗剪强度降低，增大了岸坡主动土压力，减小被动土压力，同时因回填工作面及打桩施工增加了施工期荷载，共同作用造成岸坡轻度失稳，岸坡失稳导致了桩基的弯曲变形，进而导致局部的桩基开裂。

表2中基桩低应变反射波法的检测面距桩帽底面60 cm，边坡稳定计算安全系数最小时的圆弧滑动面在C轴桩处距桩帽底面9.31m，表2中C轴桩有轻微缺陷的位置在理论圆弧滑动面以下，检测结果基本反映了岸坡发生滑动趋势时桩身受力及裂缝位置特征。

因此，2008年在码头内侧进行桩基结构后平台和龙门吊轨道梁施工时，没有进行软基处理就直接进行浅滩回填及后平台桩基采用陆上施工，造成施工期岸坡轻度失稳，是岸侧桩发生倾斜、开裂的主要原因。

3 应对措施

3.1 对码头桩基的修复

根据以上分析，在深厚软土地区进行码头改造施工，存在因施工方案的原因造成岸坡发生圆弧滑动，岸侧桩受滑动土体的推力较大，离岸侧桩因岸侧桩的遮拦作用，受力较小，岸坡滑动时桩基虽然同时受力，但受力并不均等。根据2011年实测使用期岸坡、桩基检测情况，码头桩基开裂并没有出现进一步发展的趋势，码头岸坡稳定计算结果处在安全范围内、也就是说改造完成并经过土体的自然沉降密实后，码头岸坡处在稳定状态，鉴于现有桩基存在不同程度的损伤，采用高压喷浆方式对受损的桩基进行修复，同时在码头及岸坡结构段位置设置位移观测点，及时了解码头及岸坡的情况，修复至今已经2 a，至今未见异常，回访情况良好。

3.2 预防措施

（1）在深厚软土地区进行码头改造建设或新建码头时，对于边坡稳定计算，除用土的力学指标平均值、淤泥层厚度最大处为计算截面评定边坡稳定性外，对连续取样得出土的力学指标较低的截面也要进行稳定性验算。

（2）在改造工程施工时，应该结合现有码头的使用现状及施工方案进行岸坡稳定计算，合理安排施工顺序，必要时可以先进行软基加固，再进行桩基的施工，避免施工期岸坡失稳影响码头建设质量。

（3）新建码头设施时，应论证并合理确定高桩码头的排架结构尺度、岸坡的长度及坡度，做到既节省工程造价，又避免岸坡失稳事故的发生。

（4）码头建成投入使用后，及时建立码头变形观测系统，定期对码头变形情况及构件的受损情况进行观测，对出现的问题及时研究处理，保障码头的安全运行。

4 小结

本文在深入分析该码头桩基受损的原因后，提出了应对措施，较好地解决了该码头改造建设中面对的岸坡失稳导致桩基受损问题并提出了预防此类情况出现的预防措施。该案例可以为该地区上下游码头的改造建设提供借鉴，也可以为珠三角地区深厚软土地区岸线的开发利用提供实践经验。

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釜山新港拟新建15个泊位

据报道，韩国釜山新港宣布，将进行港口空间工程，建造包括集装箱码头、支线码头和多用途码头的15个新泊位，并将釜山新港的年集装箱吞吐能力增至1 580万TEU。通过扩建，航道将浚深至17m，以便超大型集装箱船能够挂靠釜山港。扩建后，釜山港将巩固其作为全球第一流集装箱港口的地位，同时还将成为东北亚的转运枢纽。包括这15个新建泊位在内，釜山新港还计划在2018年前，新造1个LNG燃料设施和物流园区。（殷缶，梅深）

舟山远洋渔业码头又添新泊位

据报道，2015年4月15日下午，舟山市定海区惠群远洋渔业冷链物流基地5 000 t级的3号泊位全新亮相，等待竣工验收。作为舟山国家远洋渔业基地建设的重要组成部分，惠群远洋渔业冷链物流基地已拥有两个万吨级码头及一个5 000 t级码头，年卸货量将达30万～40万t，不但能满足全市远洋渔船的卸货需求，还能供全国的远洋渔船停泊卸货。（殷缶，梅深）

Analysis and precaution on dock side bending deformation of a high⁃piled wharf

HUANG Xia⁃xing
（Guangzhoumaritime Institute,Guangzhou 510725,China）

The causes of pile inclination and pile cracks of a high⁃piled wharf were studied in this paper,and the countermeasures were proposed.Through field testing and rechecking,the calculation results show that themain reason of pile inclination and pile cracks is the slope sliding of wharf during construction period.When the slope is slipped,the force exerted on the inshore side pile is the largest,and it is gradually reduced on the offshore side.Its force is not uniform.During the application period,the slope is adjusted to the compact state under the ac⁃tion of the natural environment,and it is stabilized after natural restoration.The force is within the normal range.It is proposed that in addition to the slope stability checking calculation on the cross⁃section with the largest silt layer thickness by the averagemechanical indexes,the checking calculation of slope stability is also necessary when the soilmechanical indexes are relatively low.It also applies the construction load for checking the slope stability calcu⁃lation during construction period.

soft soil foundation;pile cracks;slope stability;countermeasures

U 655.54+4.1

A

1005-8443（2015）03-0248-05

2014-12-12；

2015-03-10

黄夏幸（1969-），女，广东省湛江人，副教授，主要从事港口工程教学研究。

Biography：HUANG Xia⁃xing（1969-），female，associate professor.