深水大直径钢管混凝土桩稳定性风险分析

2015-10-21盖礴

建筑工程技术与设计 2015年30期

盖礴

【摘要】随着我国日益蓬勃的航运事业，不断增长的的对外海深水泊位的需求，跨越大江大河甚至跨越海湾的桥梁的修建，对此外海深水水域发展对码头桩基结构要求越来越高，作为关键环节的深水桩基工程来说也是新的挑战；因此如何降低深水桩基础的施工风险至关重要。本文的研究基桩的可靠度分析。论文不仅仅研究文献，还切实结合工程实际，采用相关学术理论，对深水大直径钢管混凝土桩稳定性做出专业的分析和论证，计算得到相关参数及其变异性变化时的失效概率。此外基桩的成本和直接经济损失分析也是本文介绍的部分内容。论文对深水桩基不同施工阶段成本进行分析，参照实际工程合同造价，以及各种相关因素施工对成本的影响，为损失比的确定提供参考。

【关键词】钢管混凝土桩深水桩基稳定性风险

引言

随着中国港口建筑的发展钻孔灌注桩早已经广泛应用于各类地基中，其中包括黄土，软土等这类特殊土质。于此同时，大直径管桩，大直径钢管桩也随着交通业和航运快速发展，诸如苏通大桥，上海国际航运中心洋山深水港区的一二期工程等等。

外海深水泊位的需求量增加，港口工程不断向深水海域发展，这些都要求这深水大直径混凝土桩性能的提升，将来跨越的不仅仅是大江，甚至是大洋。这对施工技术来说是一个极其重大的挑战，因此如何降低施工风险和提高稳定性都成为迫在眉睫的问题，我们必须找到一个合理的方法来解决这一问题，以求达到施工风险低，基本建设速度快，节约建设投资，保证人员安全等诸多方面的要求。

一、施工背景及相关工程概况

1、相关工程

马迹山矿石中转港二期工程，位于马迹山岛，扩建工程设计年吞吐能力位3000万吨。云游的工程于02年12 月停工，二期工程总厂431米，其中包括码头实体部分376米，款37米的梁板式码头，东侧设有平米案尺度位33米长，15米宽的系揽墩。施工区域内左右范围内岩基有软土覆盖，其余为较薄或者无覆盖，岩面标高低。由于嵌岩桩大部分覆盖层太薄，无法满足稳定性的要求，因此采用人工桩。

2、主要问题

深水基础是整个结构的关键工程，除了需要解决一些技术难题外，还有计算方面的问题，工程造价也有相当大的方面。我国虽然在这方面的工作有一些基础，但并不纯熟，而且水下地质条件过于复杂，且深水地区极其难以掌握，考虑到工程的高风险，必须建立泪湿的风险分析模型进行分析，指导施工，进而依靠主管走向客观。

3、国内外研究的基本情况

岩土方面的港工发展的历程机器艰苦，纯粹是半理论半经验的曲线发展，分风险分析这一项工作作为补充阶段有着极其重要的作用。作为概率分析的一部分，可靠性分析是以参数或者目标的不确定性作为研究对象，它实现技术、经济、环境这三者的平衡。

桩基工程的研究主要针对近海桩基，上个世纪70年代末开始研究，至于可靠性分析则于80年代后期开始研究。我国在这个时期研究工作也十分活跃，也有大量的研究成果输出，比如桩基承载力，承载上拔、水平荷载的几个方面，我国以概率论为基础的极限状态设计方法进行计算标志着我国桩基可靠性研究已进入实用阶段。

当然我国的技术并不是完美的，研究过程中存在这很多问题，这引起了国际风险分学者的高度重视，并且在大型土木工程实践中不断中介经验，并且研究分析，其问题主要体现在相关资料欠缺，无法实现真正的风险定量分析和缺乏有效的交流与合作等方面。

二、桩基相关事故分析

1、相关资料

桩基工程应用设计理论和技术在不断改进，但由于外海施工的原因，施工過程中出现了不少的事故，而且大型的项目对桩基工程提出了越来越高的要求，因此总结前人经验，提高质量和效率显得极其重要。各种资料显示施工事故主要体现在钢管混凝土未填实这一类。

2、原因分析

大量的实现数据和现场实例表明，在整个钢管桩下沉阶段事故尤其容易发生。约占三分之二左右。而这类事故主要体现在桩顶偏离预定位置，和桩下沉不到预定高度这两个方面。

然而复杂的地势，地理条线，地下其他异物等都有可能影响施工效果。对于深水桩基础而言，风浪才是最致命的因素，因此在前期设计阶段，必须充分考虑风浪因素，并在施工过程中施以保护措施。

三、桩基施工阶段可靠度分析

1、工程可靠性

工程结构在要求上都有一定的可靠性，但在施工过程中由于施工因素复杂会引起安全结构的变化，使得适用性，耐久性都会发生变化。在里边的不确定性大致包括几个方面，例如事物的随机性，事物的模糊性和知识的不完善性等等。近海深水桩基工程客观环境特殊施工条件复杂中都蕴含着大量的事物的随机性，事物的模糊性和不确定性，但是通过概率模型，统计参数的分析是没有办法完全解决这一方面的问题，因此需要正确使用结构可靠度分析。

2、基桩的极限状态和失效形式

承载力的极限状态主要包括结构的部分失稳，滑动、倾覆等，还有结构变为机动体系，构件失稳……而正常使用时的极限状态是在正常使用的情况下达到的极限值，这里涉及结构的工况，包括外观变形影响和不影响使用、正常使用时的耐久性破坏（局部或非局部），影响使用的震动等等

四、桩基施工期损失分析

1、概述

涉及风险的研究中，一般包括两个方面，一个是风险发生的不确定性，一个是风险损失的不确定性，而前者发生的不确定性决定后者损失的不确定性。施工期损失分析是制定各项施工指标的重要依据，从广义上讲，这里涉及是经济学，社会学，环境学等方面的学问，当然这里最重要的是人员的伤亡问题。从施工角度分析，人员的按原是否能得到保证才是最重要的。

2、施工成本

作为基础性工作，施工成本分析成为最基础的工作，他决定后续的线管工作能否顺利进行。基桩可能因为某些导致危险的因素无法继续执行承载任务，对于深海来说，浪的影响是最大的，而台风的到来直接是毁灭性的影响，无论其处于施工阶段，报废阶段还是其他阶段，他的承载力都是会大大下降的。

3、阶段分析

在实际施工过程中，即使遵循施工操作步骤的基础上各阶段的费用计算的准确性和可操作性也分为施工准备期等几个阶段。施工配套设施这一方面包括供电、通信、给排水、控制、保暖等简短的费用，人工机床抛填等费用平摊到每一天。

4、不同地质条件下的分析

在不同的地质条件下，人工机床抛填、钻进施工等成本会有不同程度的增加或减少，折旧与进本分析形成了差异，在讨论不同地质条件时基本分为两个阶段，人工机床的相对成本比例随着岩层的不同变化确实并不大，二地层的不同对钻进施工的影响非常明显。

5、不同桩长的施工成本

涉及钻进深度，混凝土灌注量的不同，由此引起的成本变化差异也很大。

五、结论

本文主要对深水大直径钢管混凝土桩结构进行了风险分析，统计得到了钢管桩及混凝土桩施工期的最大风险因素和导致的原因均属于地质因素。风浪，潮流冲刷也是导致风险的重要因素，而对于钢管桩而言，设计因素导致的事故也不可忽略。

参考文献：

1、蔡斌；钢筋混凝土结构可靠性若干问题研究【D】；吉林大学；2011年