试析重力式码头抗滑、抗倾稳定性

惠阳鸿 中交第四航务工程勘察设计院有限公司

1.重力式码头概述

重力式码头结构形式多样化，方块式、沉箱式、扶壁式等均是较为典型的形式。各类形式的重力式码头所具备的特点不尽相同，例如其抗滑、抗倾稳定性都有独特性。总体来看，重力式码头结构受力明确，稳定性和耐久性均较为良好，依托于结构自身的重力作用，可以提高抗滑动和抗倾倒的能力，其中墙身是影响结构整体品质的关键部分。随着科学技术的进步和新材料、新技术在重力式码头设计工作中的应用，在设计时要着重考虑结构形式的选择与优化，切实提高其在荷载作用下的稳定性。

码头设计是一项系统性的工作，综合考虑现场地质、水文、功能需求等多个方面，以统筹兼顾的理念为指导，由此生成构造设计方案；此后着重围绕强度、稳定性展开验算，对关键指标做出优化，减小挡墙后方土应力和挡墙沉降量。

在重力式码头的结构体系中，结构式墙身和墙胸两部分较为关键，在设计时考虑到此类结构的承载力特性。在设计中，若抗滑、抗倾稳定性未得到高度重视，则易影响结构的荷载强度，使其在后续的施工以及使用中缺乏稳定性。针对此问题，设计人员必须高度重视抗滑、抗倾稳定性，做好设计工作，提高重力式码头的设计水平。

2.重力式码头抗滑、抗倾稳定性的设计思路

码头结构设计应考虑永久作用、可变作用、地震作用和偶然作用，并分别按照承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。设计过程中首先给出量值，在此基础上做针对性的计算，确定可靠性指标，富有秩序性地完成抗滑、抗倾稳定性设计工作。

在重力式码头的结构组成中，上部地基为重要的应力承载部位，因此为保证码头整体结构的稳定性，需要提高上部地基和下卧层的承载能力。此外，为满足结构的承载性能要求，在重力墙的墙身设计中通常采取抛石基床的方案，并严格控制基床的厚度，以保证重力式码头结构的整体稳定性，使其可以安全使用。

根据该特性，在重力式码头结构的加固改造工作中，需要重点考虑到码头的前沿浚深，做专项加固改造设计。从结构组成的角度来看，码头的抛石基床与前沿浚深间存在制约的关系，其普遍具有较高的复杂度，因此需要立足于实际情况、梳理思路，做全方位的分析以及科学计算，经过对比分析后选定最具可行性的加固改造设计方案，再依据该方案开展相应的加固改造工作，切实保证工作成效。

在加固改造设计中，需要均衡好码头结构的安全性、经济效益、适应性等多重要求，保证经过加固改造后的码头结构可以取得较突出的综合应用效果。当然，在重力式码头结构的加固改造设计工作中，安全是首要考虑的因素，且只有在安全的前提下才能实现效益最大化的目标。对于安全层面的加固改造设计，则重点考虑到前沿浚深与码头结构间的关系，应做好安全性计算验证工作，客观评价各部分结构的安全性，在源头上形成安全保障。不仅于此，也需要充分考虑码头结构抛石基床与前沿浚深的关系，码头结构与船舶停靠的距离需得到控制，在做好此方面的工作后可以显著增强码头结构的整体安全性。

2.1 码头的自重和稳定力矩

立足实际情况确定重力式码头的尺度，由此得到重力式码头结构的自重，结合相关设计水位得到各层方块的质量、数量以及浮重度；此外，需考虑到稳定力矩，为明确该指标的具体值，应掌握方块重力对每一层码头中心的力臂，再计算求得稳定力矩。

2.2 码头稳定性验算

针对实际建设条件判断，即是否存在波浪作用，经过对比分析后判断何种力为可变主导作用力，此后做抗滑稳定性验算（着重考虑的部分有墙底、墙身水平缝以及基床底面），验算码头关键结构的稳定性，若存在不合理之处则优化。

3.重力式码头抗滑、抗倾稳定性设计的主要问题

（1）码头水平位移的可控性较差，依据承载力的计算方法展开计算后，所确定的数值难以准确反映码头的变形量。在此方面的分析中，现阶段普遍以定性控制的方法为主，其能够在一定程度上控制码头的水平位移，但实际控制效果欠佳，控制缺乏全面性与精准性。从现阶段的技术水平来看，普遍依据经验展开关于水平位移的计算。由此看来，量化计算控制位移的方法在实际应用中仍有诸多不足之处，难以给重力式码头的水平位移分析工作提供可靠的依据，随之会对重力式码头的综合设计效果造成影响。

（2）对于无底板的重力式结构，根据其结构特点做特定的分析，从现阶段的行业总体工作状况来看，该类结构的抗稳定性研究方法仍然不够明确，即难以确定该结构中究竟有多少重量可以发挥出作用，从而加大了在重力式码头设计过程中的不确定性。

（3）遇厚度较大的基床时，考虑到沿基床底面水平滑动破坏的模式，选定合适的计算模式至关重要，也是设计过程中较为棘手的问题，极容易由于计算模式选择不合理以及应用不当而出现设计层面的问题。

4.提高重力式码头抗滑、抗倾稳定性的关键措施

4.1 适度减小基床顶面应力

施工环节，结构沉降受到基床顶面应力的影响，在许可范围内降低基床顶面的应力极具重要性，此举一方面能够增强使用期与施工期的应力一致性（减小两阶段的应力差），另一方面则可以控制码头的工后沉降，使其在后续维持相对稳定的状态。为尽可能减小沉箱的下沉量，在码头的底部做回填处理，通过填料的应用减小前趾应力，考虑到石块间的摩擦作用，扩大集中应力的传递范围。在多重优化之下减小沉箱的不均匀沉降量。

4.2 结构基础的质量控制

由重力式码头的结构组成可知，在拥有耐久性好等优势的同时其结构本身重力很大，在施工及后续使用过程中可能会产生沉降位移问题。为控制结构的沉降在安全范围之内，地基的施工极其重要。地基的基槽开挖对码头的沉降影响极大，在基槽开挖施工过程中要确认基槽处土质情况满足规范要求，并加快早期施工速度。施工前应通过相应的处理保证地基的坚实度，包括保证夯实地基的质量、对回淤物质进行清淤等。施工过程中，应保证地基的平整度，并选用符合相应强度、配合比标准的填料以达到良好的填充效果。通过以上措施可以在一定程度上解决重力式码头的沉降位移问题。

4.3 提高轨道系统的适应性

重力式码头在后期使用过程中会出现一定程度的沉降位移现象，为方便后期的维护，对重力式码头的轨道系统应提前考虑应对措施。如合理设置两个相邻轨道的中心线的间距，当发生一定程度的位移时，能够满足轨道正常的使用需求。施工前应考虑前轨的预留沉降20mm，且前后轨道的高度差应低于35mm。

4.4 其他措施

重力式码头施工还易受到现场环境的影响，因此需要查询天气预报信息，掌握未来几天的施工条件，进而优化施工指标，从源头上规避施工问题。例如施工前按规范组织预超载测压实验，更为全面且准确地掌握实际施工条件。

5.结束语

综上所述，重力式码头是码头建设中极为普遍的结构形式，但在现场施工以及后续使用期间均存在诸多干扰因素，结构自身特性、海域条件等均会对其造成影响。抗滑、抗倾稳定性是设计及施工中需要着重考虑的内容，针对现阶段重力式码头工程在此方面所表现出的问题，文章对其做出梳理，继而提出相应的措施，希望能为类似工程提供参考。