打桩作用下码头岸坡稳定性研究

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，在码头施工中，打桩是比较重要的一个施工环节，施工中所产生的振动与超孔隙水压力，对码头岸坡的稳定性影响较大。国内外相关工作人员积极研究打桩施工对岸坡稳定性的影响，并希望可以提出科学的、合理的岸坡稳定性计算方法，有效地降低打桩施工对码头岸坡稳定性的影响。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】打桩岸坡稳定性可靠度

一、绪论

1、高桩码头作为最常见的结构形式出现在港口工程中，常建于岸坡较陡的海岸或河流坡岸上以便获得良好的水深条件。但一些土质较差的建造高桩码头岸坡的稳定性成为其设计和建造中的一个十分值得关注的问题，尤其是施工阶段。工程实践中高桩码头的打桩对其岸坡的稳定性造成极大影响，这是相当不利的。由于打桩作用导致土的有效应力的降低引起的振动加速度变化；土的力学性质变化和周围土体的强度变化。

因此，码头施工时打桩对岸坡的稳定性的影响是十分巨大的。受打桩的影响，常发生本来稳定的岸坡失稳，直接的经济损失相当巨大。其中打桩不仅产生的各种对码头岸坡稳定不利的因素使周围的土体下滑，由于压力的作用导致桩基发生位移和不良弯曲应力。此外受打桩的影响可能发生突然滑坡，造成码头岸坡的整体失稳，其后果将是毁灭性的。国内外已经有不少的高桩码头在打桩施工过程中发生过上述事故，有些工程还造成了很大的生命和财产损失，因此码头打桩施工过程中岸坡的稳定是一个十分值得重视和研究的问题。

二、影响因素分析

1、超孔隙水压力对岸坡的影响

对于打桩力学机理这一方面，分析沉桩过程土体，研究沉其超孔隙水压力的分布，并分析影响因素；研究由打桩产生的超孔隙水压力对岸坡稳定的影响。在工程实践中得出结论，当桩打入土中时，桩周围土体会发生一定的扰动，形成极高的超孔隙水压力，土体产生裂缝，骨架结构破坏严重。由于破坏区域小，因此破坏是塑性的，但是受到挤压的影响，土体有较大的位移和变形。由应力的基本原理中的小孔扩张理论得出无限的土体中这种压力的分布面积还是相当大的。

2、振动加速度变化对岸坡稳定的影响

打桩时产生的加速度对岸坡稳定的影响也是非常重要的一部分。而且对其衰减规律的了解是研究这一部分影响的基本途径。

桩打入时能量发生了传递由动能转化为机械能，从而引起桩周一定范围内的土体发生振动。首先在其周围加速度场衰减规律的分布要研究清楚。而且要考虑阻尼作用以及振动波的质量扩大。对于振动衰减的研究，需要大量资料研究分析，结合工程实践，以及施工时的各种工况来决定。在特定的条件中更能准确地反映出振动加速度的衰减规律。进而研究出确保岸坡稳定的振动加速度。

3、土的灵敏度的影响

打桩时工况相同，但岸边的土质是有区别的，这方面的影响也不容忽视，这种差异是由岸坡土的灵敏度决定的，由于土的物理性质不同导致的。灵敏性粘土，容易在打桩时发生触变使岸坡土体将发生强度降低。由于土体在定范围内扰动，导致附加强度减弱，而且超灵敏粘土，会发生滑移现象。，因此在考虑打桩作用对岸坡稳定影响时，作为内部因素的土的灵敏度就是不可忽略的。

三、打桩作用下岸坡稳定性可靠度分析

1、稳定性计算问题

连续打桩后，产生的超孔隙水压力并不会立即消散，产生超孔隙水压力对岸坡产生不利作用。就计算而言，将打好的桩产生的超孔隙水压力所产生的效果与抗滑力相抵消，相当于计算一个水平力，即使发生变形也不至于由于水平力的缘故发生折断。如果桩的抗滑力充分发挥，桩体将产生极大地变形，周围的土体亦是如此。在正常的施工状态下这种情况是不允许发生的。因此，码头桩基的抗滑力是一个安全储备。

2、打桩速度

由于工作结束时桩体周围的土马上重新还原，因此打桩速度不宜太快，正因为如此，打桩速度成为影响岸坡稳定性的因素，大量的工程技术显示，速度过快会导致很多恶性事件的发生，像岸坡滑移，变形。打桩速度也可以定义为单位时间内打桩量，当然这单位时间内使连续的并没有停顿的，而且，这单位时间也不能太长也不能太短，断了不能反映根数，长了压力会消散过大。因此，可以通过计算单位时间内的打桩量来反映打桩对岸坡的影响。并计算其安全系数，本文根据前辈们的数据做出统计并得出结论，当单位时间内打桩的数量不等时，算出的安全系数也不同，通过这样就能反映出打桩速度对岸坡稳定性的影响。

3、岸坡稳定不利时段和计算断面的选取

码头打桩施工岸坡的稳定受多种因素的共同影响，而且整个施工期的影响程度也存在差异。比如超孔隙水压力、土的强度的变化、不良的振动、惯性力等，但这些值都是变化的，除此之外，打桩的速度和打桩的位置也可能会使同一岸

坡的安全系数产生较大的差异。这对定量分析造成一定困难，但是我们可以结合打桩计划对整个打桩施工期进行分析，在施工的整个时间段中考虑最不利的时刻。

除此之外，同一码头不同岸坡断面也存在差异，应该对码头的整个岸线进行分析然后再进行计算。

四、实例分析

通过分析打桩作用下影响岸坡稳定的因素，并与实际工程进行比较分析，更进一步的了解打桩作用对码头岸坡稳定的具体影响程度现分析如下：

1、码头的基本概况

例如北仑港某工程，属于高桩板梁式结构，共有4个5万吨级以上集装箱泊位，码头后设4座引桥与陆域连接，桩基工程采用预制打入桩和现浇桩帽，码头每榻排架下共布置13根桩基。

2、自然条件

（1）水文条件

码头的的一般水位为十米，码头打桩时岸坡稳定计算的水位线取设计低水位零点五米，由于设计高水位和设计低水位高程相差不足两米，因此在施工过程中不大可能出现较大的水头差，因此不考虑水位骤降对岸坡稳定的影响。

（2）土质