重力式码头抗滑抗倾稳定性探讨

吴宏

摘 要：长江流域码头数目众多，码头形式多种多样，其中最常见的就是重力式码头，这种重力式码头在我国是分布最广的一类码头形式，具有结构坚固耐用，成本低，施工简便等优点，广受水运行业欢迎。但是近年来，重力式码头的失事事件不断，调查发现，引起失事的原因很多，主要原因是重力式码头结构的抗滑、抗倾的稳定性不足。本文针对重力式码头的抗滑抗倾的稳定性进行分析研究，提出了现阶段重力式码头存在的抗滑、抗倾存在的问题，并进一步提出了相应的解决措施。

关键词：重力式码头；抗滑抗倾；问题；措施

近几十年来，重力式码头的抗滑、抗倾稳定性的理论及其应用得到了迅速的发展，稳定性的研究已经成为各个码头设计师共同追求的目标。影响码头稳定性的因素很多，因此在码头的结构设计时，要综合考虑所有的影响因素，这样才能达到码头的使用要求。

1 长江流域重力式码头简介

重力式码头通常分为方块式、沉箱式、扶壁式、大圆筒式、格形钢板桩式等结构形式，码头结构形式不同，受力情况不同，抗滑、抗倾稳定性也有所不同。我国是港口大国，目前已经形成了布局合理功能强大的港，口体系在我国现已建成的港口的码头形式中，重力式码头的数目占到将近一半，重力式码头结构比较坚固，主要是靠结构自身重量来保证其滑动和倾倒稳定性，其结构形式主要决定于墙身的结构，因此在重力式码头的设计时，可以在结构形式上多下功夫，以保证在各种荷载作用下水工建筑物的稳定。在码头的设计过程中，首先应根据当地的水文、地质条件、建筑设计等级、业主使用要求等拟定构造措施，即构造设计方案，然后进行码头结构的强度和稳定性的验算，最大量的减少重力式挡墙后方土应力及挡墙沉降量。其中，重力式码头的主要结构式墙身和墙胸，必须严格分析墙身、墙胸所能承受的承载力。长江流域近年出现部分重力式码头的失事现象，经过调查分析可以知道，主要是码头的抗滑、抗倾稳定性在设计中考虑的因素少，荷载强度考虑不足，造成码头的稳定性受到严重的影响。因此，抗滑、抗倾稳定性是重力式码头设计时必须严格考虑的问题。在现行的《重力式码头设计与施工规范》中，已经严格规定了重力式码头的承载能力的各项规格及抗滑、抗倾稳定性的可靠指标。在重力式码头设计时，应达到相关规范的要求。

2 长江流域重力式码头的抗滑抗倾稳定性计算

重力式码头在抗倾抗滑稳定性计算上应该首先给出量值，计算出可靠性指标。

2.1 码头的自重和稳定力矩

在码头结构设计前，应首先知道码头的自重，这样就需要知道每一层的方块的数量和质量，以及方块的浮重度。不仅如此，还需要了解的一个参数是稳定力矩，这就需要知道方块的重力对每一层码头中心的力臂，然后逐一计算出值。

2.2 土压力计算

土压力作用形式分为永久作用和可变作用，一般重力式码头后方回填采用无黏性材料，下面给出回填无黏性材料挡墙后单宽主动土压力计算公式如下：

（1）第n层土压力强度

（2）第n层土压力合力计算

2.3 剩余水压力及力矩

当重力式码头进行填料时，要考虑剩余水压力的作用。计算公式如下：

（1）剩余水压力合力与码头最低面之间的距离：

2.4 码头稳定性验算

首先应确定是否考虑波浪作用，确定何种力为可变主导作用力，再對墙底、墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性验算，同样，对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性。

3 重力式码头设计中的问题

重力式码头在设计中常常会碰到一些技术上不能解决的难题。主要是因为现如今技术的限制，要解决还有一定的难度。①重力式码头的水平位移不能控制；按照码头承载力的要求和承载力极限状态的计算方法不能准确反映出码头的变形量的。当前针对这个问题，主要是采用定性的控制。这种定性控制虽然能对重力式码头的水平位移进行一定的控制，但是效果不理想。依照目前我国掌握的技术，还主要依靠经验计算水平位移。因此，量化计算控制位移的的理论计算方法还不成熟，而且在实际应用中还不能得到发展。②在比较厚的基床沿着基底水平滑动破坏的计算模式下怎么样才能更合理的展开计算的问题。若部分厚基床当作换填地模看待，则规范对相关内容应予以修订。③没有底板的空腔重力式结构的抗稳定性结构还需要进一步的研究计算。目前在无底板的空腔重力式结构的抗稳定性研究中，还不能确定到底有多少重量可以起作用，这是一个依照目前的技术还不能解决的很复杂的问题。

4 重力式码头设计中采取的措施

4.1 适量减少机顶应力

重力式码头在施工时，结构施工期的沉降与机顶应力有关系。适当的减少机顶的应力，不仅可以减少使用期与施工期之间的应力差，而且可以有效的减少施工之后码头的沉降量。在施工的后期，为了进一步的减少沉箱的结构会沉降，在码头的底部应回填料。这样可以有效减少趾前压力，同时可以通过石块之间的相互摩擦，集中应力的传递范围增大，这样也乐意有效降低各个沉箱的沉降不均匀性。

4.2 基槽开挖的质量控制

在沉箱加载后，沉降的位置变化还需要一段时间才能收敛。这就会造成在每次沉降时，基槽都会受到水浸泡而变得软化，严重的会出现崩裂，严重影响了码头的使用寿命。针对这种现象，我们应该在保证位移稳定的情况下进行轨道的系统安装。适当加快早期的施工速度，使大多数的负载作用在沉降箱上，加快反应时间。工程实际中，要求在抛石前，先进行一次清槽，抛石的时间应控制在一周之内完成。这样就可以减少土层厚度，使基槽的开挖质量得到进一步的控制。

4.3 前轨要预留出沉降量

机械设备要求码头的前后轨之间的距离差不能超过45cm，为了有效的避免施工后期出现超标现象，施工之前要预留出20～30cm左右的空隙，也就是前后轨之间的高度差应相差20～30cm之间。

4.4 其他措施

在重力式码头施工时，应严格按照当地的气候条件，环境条件进行相应的量化。可以加大基床的夯击力度、施工前进行一次预超载测压实验，适当延长总体施工的工期等措施，可以有效的增加重力式码头的抗滑、抗倾稳定性。

5 结束语

长江流域重力式码头在设计的过程中，应不断改进技术，通过精确地数据进行计算。明确发生问题的原因，通过设计措施尽量避免抗滑抗倾中存在的问题。

参考文献

[1]齐明柱.长江中下游港口工程结构抗滑抗倾稳定性设[M].人民交通出版社，2013，4（01）：67～68.

[2]赵广强.重力式码头的稳定性设计[M].中国铁道科学2011，3（02）：79～80.

[3]梁玉.重力式码头可靠性分析[M].西南交通大学出版社，2012，2（04）：18～19.

[4]邱驹.港工建筑物天津大学出版社，2008，7（03）.