航运码头边坡影响因素分析及影响规律研究

程 星，傅 贵

(江苏交通科学研究院股份有限公司，南京 210000)

随着现代工业化浪潮以及水运成本低廉的明显优势，进出口贸易对港口码头的依赖性越来越强，同时码头的建立建设是港口发展的重要结构基础[1]，中国水系水资源发达、河流纵横，是世界上的航运大国，仅江苏省就有多达480 km的海岸线，早已规划、建立了数量众多的各类码头[2-4]，然而，由于码头工程结构复杂，工程量巨大，自重会给地基土带来极为沉重的负担，常出现因为软土地基承载能力缺陷而导致的土体变形与不均匀沉降，进而导致结构物、承载桩台的变形与裂缝，影响码头工程的稳定运行和正常使用.根据不完全统计，在码头工程建设历史上，曾多次出现因为码头地基失稳而产生的结构破坏，给国家和人民带来了巨大的经济损失和安全隐患[5-8]，因此，对航运码头的土质特性详细分析，探究影响码头边坡稳定的影响因素及具体影响规律，具有十分重大的研究价值.

1 工程项目概况

本工程选择江苏省连云港港疏港区某沿海航运码头作为研究对象，该航运码头位于江苏连云港市板桥镇(见图1)，烧香河北岸，西距G25长深告诉公路2.5 km，北离G30连霍高速公路1.6 km，河对面是S242云港线，交通十分便利.

图1 江苏连云港港疏港某航运码头地理位置示意图

2 数值模拟

本文采用Plaxis有限元软件进行计算分析，

模型参数率定见文献[9].将本项目在各工期内的土体累计水平位移结果云图(见图2～图5).

对比分析各图可知，在整个施工期内，码头项目工程最大累计水平位移有240 mm左右，其中，位移产生的最大区域主要出现在码头岸坡地基中的淤泥层，并且在土层深度增加、土质逐渐变好的过程中，水平位移逐渐减小.进一步分析可知，在整个施工期内码头边坡土体的水平位移有三部分造成，即码头后方堆载引起的水平位移、码头打桩引起的水平位移以及码头边坡开挖引起的水平位移，从这几部分的位移大小来看，码头后方堆载引起的水平位移要大于码头打桩引起的水平位移，码头边坡开挖引起的水平位移值最小.

图2 施工期内累计水平位移计算云图

图3 堆载期内累计水平位移计算云图

图4 打桩期内累计水平位移计算云图

图5 边坡开挖期内累计水平位移计算云图

将施工过程中，研究工程边坡断面3 m深与10 m深的土体侧向位移(见图6～图7).

结合研究工程实际土质情况以及研究工程边坡断面不同深度土体位移情况(见图6～图7)，可得到以下结论：

(1)研究工程边坡土体侧向位移主要发生在0～-7 m的软土层区域，而-12 m以下的粉土层和粉砂层的力学性能较好，基本没有侧向位移.同时，土体深度越大，受施工影响产生的土体侧向位移就越小.

(2)分析对比图6与图7，可见断面上各不同深度的土体单元在施工后的任一时间，其侧向位移的方向都是朝向海测，即迎水面方向移动的，这主要是因为迎水面这一侧土体含水量大，土体力学性能较差，结构较不稳定，因此这侧的土体容易滑动侧移，导致整个边坡结构土体朝迎水面移动.

(3)在通常情况下，软土边坡滑动面在剪切应力达到滑移破坏前都会产生塑性变形，为防止这一工程事故发生带来的巨大损害，必须及时进行岸坡稳定监测，尤其是在边坡开挖、打桩、后方超堆载等不利作业情况下.

(4)在码头工程建设和维护中，当有效应力趋于稳定，土体内孔隙水压力基本不随时间而变化时，软土的变形仍然不会终止，且以蠕动的形式继续在体积大小方面发生变化，这种现象严重危害码头的稳定，并会影响建成码头的正常使用，因此，必须对软土地区地基处理措施展开更为系统的研究，尽量避免因软土蠕动变形对码头使用带来的不利影响.

图6 3 m深土层土体侧向位移

图7 10 m深土层土体侧向位移

3 结 论

本文针对航运码头自重大，给地基基础造成极大负担，严重影响码头边坡稳定的问题，采用Plaxis有限元软件，选择江苏省连云港港疏港区某沿海航运码头作为研究对象,对其影响码头边坡稳定的具体规律进行了详细的规律，研究发现，在整个施工期内码头边坡土体的水平位移码头后方堆载引起的水平位移、码头打桩引起的水平位移以及码头边坡开挖引起的水平位移这三部分组成，且这三个因素对码头岸坡稳定的影响作用逐次减小，同时，根据实测资料来看，土体深度越大，受施工影响产生的土体侧向位移就越小，且位移都朝向迎水面移动.

参考文献：

[1] 祝玉学，张绪珍，王国中．露天矿边坡优化设计方法[J]．岩土工程学报，1989，11(3)：11-21．

[2] GHIGLIAZZA R. M., HOLMES P..On the Dynamics of Cranes, or Spherical Pendula with Moving Supports. International Journal of Non-linear mechanics, 2002, 37(7): 1211-1221.

[3] 张永兴．岩石高陡边坡的岩体模型及其参数研究[J]．岩土工程学报,1995,17(4)：77-84.

[4] 唐世栋.用有效应力原理分析桩基承载力的变化全过程[D].上海:同济大学，1990.

[5] 苑耕浩．高桩码头的接岸处理川[J]．港口工程，1992(3)：1-11．

[6] 文唐磊．公路路堑高边坡坡率优化设计探讨[J]．河南大学学报:自然科学版，2011，38(6)：653-657．

[7] 余神光.高桩码头岸坡稳定分析理论与优化设计研究[D].天津:天津大学,2012.

[8] 陈海丰.考虑沉桩挤土效应的单桩极限承载力研究[D].江苏:河海大学,2005.

[9] SUN，K．,PIRES，J．A．.Simplified Approach for Pile and Foundation Interaction Analysis[J]．Journal of Geotechnical Engineering，1993,119(9)：1462-1479．