福建东山岛重力式码头破坏原因分析

彭大勇

（海军某部某某工程大队，山东 青岛 266031）

引 言

本文示例码头兼做防波堤，位于福建省南部沿海东山岛苏尖湾北侧水域，泊位总长度290 m，设计使用年限为50 年。该工程于2018 年底完成施工。

2019 年4 月19 日晚7 时至4 月20 日早上6 时之间，该工程直立式方块码头局部突然发生严重的沉降和位移（图1）。经检测，码头破损段平均沉降量36.4 cm，平均位移30.3 cm 左右；码头前沿最大位移59.9 cm，最大沉降量为69.7 cm。

该码头结构为重力式方块结构，从上到下依次为现浇混凝土胸墙、预制卸荷板、预混凝土方块和抛石基床，墙后为抛填10～300 kg 块石。码头前沿底高程为-5.6 m、泊位宽度为20 m。

图1 码头破坏情况

1 码头检测情况

1.1 外观总体状况

1）根据现场检查结果，变形破损段范围约130 m（K0+338 至K0+468），包含XQ1-XQ7 七个胸墙块体。码头向港池侧位移及沉降最大值均位于破损区段中部，表现出横凸下陷的变形特征。

2）胸墙XQ2 和XQ4 破损情况最为严重，胸墙表面出现了大量裂缝，最大缝宽约3 cm。

3）破损区段外的码头结构基本良好。

4）破损区段扭王字块有相对挡浪墙向下的沉降（有较新的错痕），相对错位量约20 cm。

5）码头变形最严重部位的码头立面向堤心方向倾斜，后方挡浪墙向港池侧倾斜；码头结构及后方回填区向港池侧的位移大于挡浪墙，联锁块与挡浪墙张开距离最大有35 cm。码头最大向前位移量为74 cm。截至5 月13 日，胸墙最大沉降量为80 cm，后方回填区域为96 cm。现场监测结果显示，结构的沉降量持续增长，剔除误差影响后的水平位移量趋于稳定。

码头破损段结构断面如图2 所示。

图2 码头破损段结构断面示意

1.2 钢筋混凝土参数检测

卸荷板钢筋保护层厚度满足设计要求，混凝土表面碳化小于1 mm，可不考虑碳化的影响。经回弹法和钻芯法检测，码头胸墙和方块结构混凝土强度基本满足设计要求。

1.3 水下探摸检测

水下探摸情况显示，在码头西起K0+338+14位置，第二层方块较第一层方块向码头前侧凸出，该处接缝存在较多黑色塑料杂物，对塑料杂物进行清理后测量，最大错台25 cm，向东逐渐变小，至K0+338+30 处凸出3 cm。

码头的抛石基床无冲刷现象，未破损段码头基床前沿与原泥面之间存在沟槽；破损区段的沟槽不明显，该区域破损段码头结构向基床内沉陷，最大沉陷量约1 m。

1.4 多波束测深检测

扫测区域内水下地形总体较为平坦，东南角属于抛石区域，水深较浅；码头东侧离前沿处存在沟槽。根据1:500 水深成果图统计，扫测区域内最浅水深为1.5 m，位于测区西北角边缘位置；东南角抛石区域最浅水深2.0 m；扫测区域内最深水深为8.2 m，位于码头前沿沟槽内。

根据现场检测结果，结合胸墙裂缝走向和码头结构向基床内沉陷情况，初步判断该结构因地基承载力不足而发生失稳破坏。

2 码头安全性复核验算

在码头结构破坏事件发生后，根据原设计的地勘资料分别按照单独考虑码头结构、整体考虑码头及防波堤两种情况对码头结构的破损段设计断面进行安全性复核验算。

2.1 单独考虑码头结构的复核验算

根据原设计断面，采用原设计地勘资料，按设计荷载及7 级地震工况分别对重力式码头承载能力极限状态的持久组合、地震组合和短暂组合进行复核验算，各项稳定性验算内容的最不利工况下的安全性系数计算结果如表1、表2 和表3 所示。按原设计资料进行复核验算的结果表明，该重力式码头（设计断面G-H）在荷载的持久组合和地震组合作用下的抗滑稳定性、抗倾稳定性、基床承载力、地基承载力、整体稳定性均满足设计规范要求，在荷载的短暂组合作用下的地基承载力满足设计规范要求，但安全性系数均偏小。

表1 持久组合复核验算结果

表2 地震组合复核验算结果

表3 短暂组合复核验算结果

2.2 整体考虑码头及防波堤的复核验算

表4 持久组合安全性验算结果

表5 地震组合安全性验算结果

表6 短暂组合安全性验算结果

将码头及防波堤作为整体考虑，对重力式码头破损段设计断面的承载能力极限状态的持久组合、地震组合和短暂组合进行验算，在最不利工况下的各项稳定性验算内容安全性系数计算结果如表4、表5 和表6 所示。

计算结果表明，将码头及防波堤作为整体考虑，设计断面在荷载的持久组合及地震组合作用下的基床承载力、地基承载力均满足设计规范要求；设计断面在荷载的短暂组合作用下的地基承载力不满足设计规范要求。

3 码头破坏原因分析

对于建设于软土地基的重力式结构物，即使持久状况的地基承载力抗力系数满足规范的要求，短暂状况即施工期的地基承载力抗力系数也可能并不满足要求。事实上，对软粘土上的重力式结构，施工期的地基承载力往往是断面稳定的控制因素。

另外，原设计未按照现行行业规范《码头结构设计规范》（JTS 167-2018）第7.2.14 条（原设计依据规范《重力式码头设计与施工规范》（JTS 167-2-2009）第2.3.12 条）规定在基床与软土地基之间设置砂垫层及二片石垫层。本工程块石直接抛填在粉质粘土地基上，缺少砂垫层和二片石垫层作为过渡，上部竖向荷载无法有效地施加于粉质粘土地基，因此粉质粘土难以有效固结，土体抗剪指标和地基承载力就很难通过固结进一步增长。

4 结 语

本工程虽然建设规模不大，但结构型式和地质条件都较为复杂。从结构型式上看，码头外侧为防波堤、内侧为码头；从地质条件看，基床下卧地基有软粘土、砂混泥、中砂等，地质条件十分复杂。这些都增加了设计难度，现有的行业规范中缺乏对此类工程的具体规定与指导。本工程以及近些年来国内不断出现软粘土地基上重力式结构破坏的案例，也更加说明亟需完善和补充规范中关于软基上重力式结构的设计方法。