港口码头结构的抗震设计与抗震措施

王鑫

摘要：基于位移的抗震设计方法已为国外多本高桩码头抗震设计规范和标准所采用，相比于传统的基于力的方法，这一方法可以使设计人员在关注结构安全的同时考虑地震引起的经济损失和码头震后运行的恢复。虽然该方法已在国外高桩码头工程中应用多年，但仍有很多问题亟待深入研究。在该方法中，准确合理地确定码头位移需求是关键。目前替代结构法是确定位移需求的主要方法之一，计算等效阻尼比则是该方法的重要步骤，而现行规范和标准中采用的计算公式未能考虑码头结构特点以及土体对体系耗能的贡献。另外，规范和标准中用于位移需求分析中考虑双向水平地震激励和扭转效应的动力放大系数计算公式的适用范围有限。

关键词：港口码头；抗震设计；措施

中图分类号：U12 文献标识码：A

引言

随着我国经济的快速发展，货物的进出口对河运、海运的依赖度日益提高。港口码头，作为水上运输交通枢纽，直接关系国家的对外贸易以及经济发展。然而，在我国地震多发地区如环渤海、东南沿海和台湾地区，地震已列入港口破坏威胁的首要因素。因此，最大程度上降低地震对港口码头建筑物的破坏，以及尽可能降低由此引发的直接或间接经济损失，已成为港口工程建设中核心课题。

1、港口码头结构的抗震设计要点

第一，对于高烈度区的重力式码头而言，可以将抛石棱体填充在墙后，这样可以将动土的压力大幅度地降低；如果处于地震多发区域，其里面布置和平面布置都应该简单，并且应该尽可能将重心位置和建筑物的自重降低，这样才可以将地震的荷载减少，也有利于结构本身的稳定性的增加。在重力式码头结构抗震设计当中，除开验算码头的抗滑移和抗倾覆之外，同时，还应该对结构的竖向沉降变形和水平残余变形加以密切地关注。另外，还应该加强结构的整体性。比如，方块重力墩和重力式方块码头，就应该将其整体性提高，就可以采取以下几种措施：（1）将方块的层数尽量减少，在方块之间可以预留出竖向空洞和槽，插入型钢或者是钢筋笼，并且将水泥混凝土灌注进入；（2）胸墙最好是采取现场浇筑的方式，这样才可以并联成为一块。为了防止沉降，将地基的承载力增强，还可以利用真空预压、抢夯法、桩基等加固的方式，做好相应的处理。而板桩码头以及高桩码头在处理地基的时候，其方式同重力式码头是基本一致的。第二，在板桩码头的结构设计上，最好是将挡土墙换成紧密的砂石料，这样可以避免在地震发生的时候出现锚碗结构位移或者是码头平面沉降的情况。在高烈度区域，最好是采取叉桩锚碗，从而将上部的水平荷载力转移到较为深的稳定上层，这样也可以将所承受的拉力能力提升，并且还可以将上部的帽梁适当地增强；叉桩应该尽可能地不知在排架当中自重反力相对较大的位置，这样可以承受较大的竖向压力，并且还应该做到尽可能地对称布置，这样可以避免水平力后桩太出现扭转的情况；另外，在结构设计上还应该考虑到整体的结构，并且还应该保证在同一段板桩码头上的锚碗结构形式能够保持一致。

2、港口码头结构的抗震设计及抗震措施

港口码头的抗震设计以及相应的抗震措施的选择应根据不同的码头结构、地震烈度、土质情况、液化土层的厚度、深度及位置、加固措施的可行性、工程费用的经济性与时间成本综合考虑，以实现抗震效果、工程费用及工期的最佳组合。在高烈度区的重力式码头，墙后宜填充抛石棱体以较大幅度降低动土压力；在多发地震区，平、立面布置宜简单对称，且尽量减轻建筑物自重和降低重心位置，从而减少地震荷载，并增强结构的稳定性。在重力式码头结构的抗震设计中，除码头的抗倾覆和抗滑移验算外，对结构的水平残余变形和竖向沉降变形同样需要给予密切关注。此外，应尽量加强结构的整体性，如对于重力式方块码头或方块重力墩，为提高结构的整体性，宜采用以下措施：（1）减少方块层数，在方块间设置榫槽或预留竖向孔洞，插入钢筋笼或型钢并灌注水平混凝土；（2）胸墙宜现场浇筑，并与下方块联成整体。为增强地基承载力以及防止沉降程度，可利用桩基、挤实砂桩法、强夯法、真空预压、超载预压等加固方法进行处理（板桩码头与高桩码头的地基处理同）。

在板桩码头的结构设计上，对于的挡土墙宜换紧密的砂石料，避免地震时造成码头平面沉降或锚碇结构位移。对于高烈度区，宜采用叉桩锚碇，将上部水平荷载传至较深的稳定上层，以增强承受拉力的能力，并适当加强上部的帽梁；對于叉桩应尽量布置在排架中自重反力大的位置以承受较大的竖向压力，并尽量对称布置以避免受水平力后桩台发生扭转；同样，在结构设计时注意结构的整体性，并保持同一段板桩码头上的锚碇结构形式一致。

在高桩码头结构的抗震设计中应注意，尽量采用桩基相对于纵、横轴均对称的布置方式以及码头的纵向刚度设计；对于地震区的高桩码头，应采用应力混凝土桩。码头结构的平面布置宜简单、规整；若平面较复杂时，宜尽量采用分缝的方法，如设置抗震缝等将码头平面分为若干独立单元。上部结构宜采用轻型、高强度、装配整体性好的结构与构件，以减少结构自重及地震惯性力，并提供较好的刚度。码头的前后桩台间家设置隔震缓冲材料，以缓和其碰撞、减速轻震害。

3、结语

强化港口码头的抗震能力，以实现港口码头的可持续运作关系到地区乃至整个国家的经济发展。本文就重力式码头、板桩码头和高桩码头三种最为常用的港口码头结构，就其地震破坏机理、对应的抗震设计方法与抗震措施进行了重点的分析与探讨。通过有针对性的结构设计以及抗震措施的应用，可以最大程度上提高港口码头的抗震能力，从而有效避免不必要的地震损失，实现港口经济的可持续发展。

参考文献

[1]贺飞.港口码头结构的抗震设计探析[J].珠江水运，2014（13）：58-59.

[2]娄文波.港口码头结构的抗震设计与抗震措施[J].中国水运（下半月），2013，13（05）：237-238+240.

[3]李颖.高桩码头抗震性能计算分析[D].大连理工大学，2011.

（作者单位：黑龙江省航务勘察设计院）