航运码头边坡影响因素分析及影响规律研究

张国庆

摘要：码头工程具有极为复杂的结构，且具有较大的自重和较为集中的受力，对码头地基基础产生的负担极大，会对码头边坡的稳定性造成严重影响。本文以某航运码头为例，根据二维数模形成的计算结果，结合相关实测资料，分析了影响码头边坡的因素并探究了影响规律，发现码头后方堆载、码头打桩以及边坡开挖均可能引发水平位移，影响岸坡稳定。

关键词：航运码头;边坡;影响因素

前言

航运码头对地基土产生的负担较为沉重，软土地基缺乏较强的承载力，形成不均匀沉降和土体变形，极易造成承载桩台和结构物发生裂缝和变形，进而对航运码头的稳定性产生不良影响。航运码头一旦出现地基失稳，即可能导致结构破坏，进而引发严重的安全隐患，造成经济损失。对此，有必要深入分析码头土质具备的特性，并对影响码头边坡稳定性的因素和规律进行探究。

一、工程概况

某沿海地区航运码头位于江苏盐城市，该码头位于泰东线上，向北与S35的距离为28.8km，向西与烟沪线的距离为16.9km，具有十分便利的交通。该码头工程包括三个A、B、C三个码头，本文以B、C两个码头为研究对象，探究其土体变形。

二、数值模拟

通过Plaxis有限元软件展开计算分析，合理确定模型参数率，获取该航运码头在各工期内相应的土体累计水平位移结果云图。

对计算结果进行分析，可得出如下结论：

1、土体水平位移

计算可知，B码头土体发生280mm的累计位移，C码头土体发生190mm的累计位移，在堆载增加的过程中，B码头土体发生的水平累计位移总量，远比在无堆载情况下的C码头发生的土体水平累计位移量要大，这是由于堆载导致土体固结加速，并加快侧向滑移。进一步展开分析，B码头与C码头各自形成的土体位移具有相似的分布情况，软弱土层是主要的位移分布区域，从整体上看，码头位移量随土体深度增加而趋于减小[1]。

堆载结束后，围埝深层土体形成120mm的最大水平位移，边坡开挖后，导致土体结构破坏，变形向着临水侧迅速发展，导致桩基和前方岸坡产生变形，对土质边坡的整体稳定性造成严重影响[2]。

2、孔隙水压力

向土体打入PHC管桩，对打桩瞬间形成的孔隙水压力具体分布进行研究，可知，在打桩瞬间，与地表侧桩体靠近的超空隙水压力实际可达-650Kpa，当打桩入土深度逐渐增大后，附近土体相应的孔隙水压力则呈现出指数级减小，在桩体中部，完成对正常水压力的转变。

选择如下两个特征点，特征点B水平距离打桩区域10m，特征点C水平距离打桩区域为1m，研究打桩过程中，孔隙水压力形成的变化，可知在打桩过程中，特征点C相应的孔隙水压力呈现出周期性变化，而特征点C基本未受到影响。这表明，打桩振动以10m为影响范围。

3、岸坡稳定系数

通过PhiPhi -c迭代法实施2000次运算，获知B码头岸坡稳定系数为0.13，C码头岸坡稳定系数为0.148，由此可知，在堆载作用下，B码头和C码头各自的岸坡稳定系数均受到较大影响。

对各图进行分析对比，可知该航运码头在整体施工期间，其最大累计水平位移大约为240mm，其中，航运码头相应的岸坡地基包含的淤泥层产生的位移最大，在土层深度逐渐增加、且土质变好的具体过程中，水平位移呈现出渐趋减小的态势。进一步展开分析，可以发现边坡土体在整个施工期间，主要包括三部分原因引发的水平位移，一是码头后方堆载，二是码头打桩，三是边坡开挖[3]。对三部分位移的具体大小进行比较，可知码头后方堆载导致的水平位移，比码头打桩导致的水平位移要大，而边坡开挖导致的水平位移小于前两类。将该航运码头边坡断面3m深的土体与10m深的土体实施侧向位移，与航运码头土质的实际情况相结合，考虑边坡断面深度不同的各类土体相应的位移情况，所得结论如下：

（1）该航运码头边坡软土层0到-7m，是发生土体侧向位移的主要区域，而深度在-12m以下的粉砂层以及粉土层具有较好的力学性能，基本未发生侧向位移。在施工影响下，土体产生的侧向位移随土体深度加深而变小。

（2）对比边坡断面3m深土体形成的侧向位移与边坡断面10m深形成的侧向位移，可知在边坡断面上，深度不同的土体单元，在任一施工后的时间，均朝向海侧的方向形成侧向位移，换言之，侧向位移朝迎水面方向发生移动，究其原因，迎水面侧土体具有较大的含水量，土体力学性能相对较差，其结构缺乏稳定性，因而该侧土体极易形成滑动侧移，造成边坡结构整体土体朝着迎水面方向发生移动。

（3）一般，软土边坡形成的滑动面当其剪切应力达到滑移破坏前，会形成塑性变形，为避免发生工程事故引发严重危害，应对岸坡开展及时的稳定性监测，特别是在后方堆载、打桩以及开挖边坡等不利施工作业下。

（4）在对码头工程进行建设维护的实践过程中，在有效应力逐渐趋向稳定时，土体内相应的孔隙水压力随时间流逝基本不会出现变化，软土变形体积会继续以蠕动形式发生变化，此类现象会对码头稳定产生严重危害，甚至导致建成的航运码头无法正常使用。对此，应系统研究软土地基相應的处理措施，防止软土发生蠕动变形而严重影响码头的正常使用。

三、结语

综上所述，航运码头具有较大的自重，对地基基础产生的负担较大，会对码头边坡稳定造成严重的不良影响。通过Plaxis有限元软件，对位于江苏盐城的某航运码头进行研究，探究码头边坡稳定的影响因素并分析规律，可知，在整个施工期间，航运码头边坡土体受后方堆载、码头打桩以及边坡开挖等因素影响，会产生水平位移。边坡土体后方堆载对岸坡稳定性产生的影响最大，码头打桩对岸坡稳定性产生的影响次之，边坡打桩对岸坡稳定性产生的影响最小。结合相关实测资料可知，在施工影响下，土体产生的侧向位移随土体深度加深而减小，且均朝向迎水面发生位移。

参考文献

[1]余颂莉，张鼎，张云毅，卢伟，杨仙，张可能.高速公路拓宽路堑高边坡支护方案优化设计及稳定性研究[J].土工基础，2020，34（05）：533-536+540.

[2]黄小刚.长期负荷载重的情况下岸坡的变形对高桩码头的撞击和安全性产生影响的研究[J].时代农机，2019，46（10）：82+84.

[3]纪伟杰.考虑沉桩挤土效应的楔形管桩纵向振动特性[J].科学技术与工程，2020，20（27）：11280-11287.