港口高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析與探討

安 慧，宋 玉，張錦陽

(三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

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港口高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析與探討

安 慧，宋 玉，張錦陽

(三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

為了確定港口高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素，本文基于大量的文獻(xiàn)閱讀同時(shí)結(jié)合上海洋山深水港沉樁作業(yè)的實(shí)例，確定了影響港口高樁碼頭沉樁作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素，從而構(gòu)建有關(guān)港口高樁碼頭的沉樁作業(yè)指標(biāo)體系，其中包括地基土層不穩(wěn)定因素，打樁設(shè)備安全隱患風(fēng)險(xiǎn)因素，外界環(huán)境的影響，打樁人員自身問題，樁身的問題五個(gè)一級(jí)指標(biāo)和十六個(gè)二級(jí)指標(biāo)，運(yùn)用物元可拓法確定各個(gè)因素的關(guān)聯(lián)度，評(píng)價(jià)出港口高樁碼頭沉樁作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；針對(duì)港口高樁碼頭沉樁作業(yè)的不同等級(jí)的安全因素提出解決方法和對(duì)策，保證港口高樁碼頭沉樁作業(yè)的順利實(shí)施。

高樁碼頭；沉樁作業(yè)；物元可拓法；風(fēng)險(xiǎn)分析；探討

高樁碼頭的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要由基樁、上部結(jié)構(gòu)、接岸結(jié)構(gòu)、岸坡和碼頭設(shè)備等構(gòu)成，它的結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他的碼頭結(jié)構(gòu)輕，從造價(jià)的角度考慮是十分經(jīng)濟(jì)的。在高樁碼頭的施工工序中，沉樁作業(yè)是最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的施工工序，如果處理不當(dāng)，很容易造成樁基碼頭產(chǎn)生位移甚至損壞。近年來，隨著大型深水港的增多，高樁碼頭這種結(jié)構(gòu)型式得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，沉樁作業(yè)事故由2%上升到7%，這一上升趨勢(shì)引起了施工單位的關(guān)注，因此研究高樁碼頭沉樁作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

很多專家學(xué)者都對(duì)港口高樁碼頭的施工作業(yè)進(jìn)行分析，白如冰等[1]在江蘇沿江高樁碼頭加固改造設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)研究中對(duì)高樁碼頭提出了加固改造的設(shè)計(jì)，施曉迪等[2]在EPC模式下高樁碼頭樁基優(yōu)化中對(duì)高樁碼頭樁基布置進(jìn)行優(yōu)化，胡曉倫等[3]在杭州灣大橋鋼管樁沉樁施工工藝一文中，結(jié)合工程實(shí)例介紹沉樁技術(shù)的新方法，郭喜柱等[4]在高樁碼頭改建沉樁施工工藝中提出了沉樁的新技術(shù)，岳海林[5]在淺談高樁碼頭工程施工階段監(jiān)理要點(diǎn)中提出施工階段的關(guān)鍵控制因素。然而以上的研究大都只是針對(duì)一些大型碼頭施工風(fēng)險(xiǎn)的探索或者是對(duì)整個(gè)碼頭的施工過程進(jìn)行系統(tǒng)地研究，很少有針對(duì)港口碼頭具體施工過程的研究。本文正是針對(duì)高樁碼頭沉樁作業(yè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，并提出應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)采取的安全措施，以期為高樁碼頭的沉樁作業(yè)提供參考，更好地為港口建設(shè)服務(wù)。

1 港口高樁碼頭沉樁作業(yè)指標(biāo)體系的構(gòu)建

指標(biāo)體系的建立：本文結(jié)合上海洋山深水港沉樁作業(yè)的實(shí)際情況得到如下安全因素，如表1所示。

2 物元可拓方法的簡(jiǎn)介

物元可拓法通過計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，對(duì)應(yīng)得到各個(gè)安全因素在各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)中所對(duì)應(yīng)的隸屬度，從而確定該安全因素所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將各個(gè)影響高樁碼頭沉樁作業(yè)的安全因素所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)量化，然后針對(duì)量化的結(jié)果采取對(duì)應(yīng)的措施。本文做了定量的分析。

根據(jù)構(gòu)建指標(biāo)體系的相關(guān)研究成果，建立各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)域：

(1)

式(1)中：Vj為各個(gè)等級(jí)域，在本文中分為4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，即j=1,2,3,4，見表2。

為了建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的多元可拓級(jí)評(píng)價(jià)，現(xiàn)對(duì)各個(gè)量進(jìn)行定義，見表3。

表1 安全因素匯總表

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)域

表3 模型參數(shù)的定義

2.1 確定指標(biāo)等級(jí)的經(jīng)典域和節(jié)域

根據(jù)表2，確定港口高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)級(jí)的經(jīng)典域：

(2)

式(2)中：Dj為U關(guān)于Vj所規(guī)定的量值范圍。

構(gòu)造高樁碼頭沉樁作業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的節(jié)域。

(3)

式(3)中：DV為U關(guān)于全部等級(jí)V所規(guī)定的量值范圍。

(4)

式(4)中：υi k為N關(guān)于Ui k的量值，即待評(píng)對(duì)象所得的具體數(shù)據(jù)。

2.2 計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)

根據(jù)關(guān)聯(lián)函數(shù)的定義，確定待評(píng)對(duì)象Ui的二級(jí)指標(biāo)Ui k關(guān)于評(píng)價(jià)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度：

(5)

其中：

(6)

考慮各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重影響，則有各二級(jí)安全因素指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度矩陣如下：

同理可得一級(jí)安全因素指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度矩陣:

2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)

(7)

(8)

則稱j*為目標(biāo)層即高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變量特征值，屬于某評(píng)價(jià)等級(jí)的程度。

3 模型的計(jì)算

以上海洋山深水港沉樁作業(yè)為實(shí)例分析。

(1)以U4為例進(jìn)行計(jì)算，其他以此類推，先計(jì)算U4的經(jīng)典域。

(2)確定待評(píng)定的物元，根據(jù)上述計(jì)算式得到關(guān)聯(lián)度如表4。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及關(guān)聯(lián)度

(3)進(jìn)行一級(jí)評(píng)價(jià)，對(duì)U4各元素確定其對(duì)評(píng)級(jí)的關(guān)聯(lián)度。

(-0.6903,-0.0620,0.1570,-1.0853)

同理可得其他指標(biāo)體系的關(guān)聯(lián)度如表5。

表5 指標(biāo)層多級(jí)可拓評(píng)價(jià)

由表5計(jì)算可得指標(biāo)層關(guān)聯(lián)度的最大值1.3578隸屬于j=3屬于關(guān)注級(jí)，得出高樁碼頭沉樁作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)屬于關(guān)注級(jí),有必要采取防范措施。其中單因素評(píng)價(jià)指標(biāo)，地基土層不穩(wěn)定因素關(guān)聯(lián)度的最大值2.7170隸屬于j=3,屬于關(guān)注級(jí)風(fēng)險(xiǎn)；打樁設(shè)備自身存在問題關(guān)聯(lián)度的最大值1.6776隸屬于j=1,屬于可以接受等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)；外界環(huán)境的影響在沉樁施工過程中的安全因素關(guān)聯(lián)度的最大值為2.7179隸屬于j=3,屬于關(guān)注級(jí)風(fēng)險(xiǎn)；打樁人員自身的問題在沉樁施工過程中的安全因素關(guān)聯(lián)度的最大值為0.1570隸屬于j=3,屬于關(guān)注級(jí)風(fēng)險(xiǎn)；樁自身的問題在沉樁施工過程中的安全因素關(guān)聯(lián)度的最大值為0.6981隸屬于j=4,屬于嚴(yán)重級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

4 評(píng)估結(jié)果分析

本文風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)為關(guān)注級(jí)，應(yīng)該采取措施防范風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。在單因素評(píng)價(jià)指標(biāo)中，地基土層不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)、打樁設(shè)備自身問題風(fēng)險(xiǎn)、外界環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、打樁人員自身問題風(fēng)險(xiǎn)、樁自身問題風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別為關(guān)注級(jí)、可以接受、關(guān)注級(jí)、關(guān)注級(jí)、嚴(yán)重級(jí)。

本文針對(duì)關(guān)注級(jí)和嚴(yán)重級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的影響因素提出應(yīng)對(duì)措施。

(1)針對(duì)地基不穩(wěn)定因素，應(yīng)認(rèn)真勘測(cè)地質(zhì)土層構(gòu)成，同時(shí)在打樁范圍內(nèi)應(yīng)及時(shí)清理裸露巖體。

(2)針對(duì)外界環(huán)境的影響，應(yīng)分析施工當(dāng)天的風(fēng)向和水流速度，作好記錄，從而在沉樁的過程中能分析樁的受力情況，保證沉樁的順利實(shí)施。

(3)針對(duì)打樁人員自身問題，應(yīng)該嚴(yán)格監(jiān)督，制定合理的獎(jiǎng)懲制度，便于管理和規(guī)范打樁人員的行為。

(4)針對(duì)樁自身存在的問題，應(yīng)該與供應(yīng)商簽訂售后協(xié)議，與供應(yīng)商共同分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，也可以派專人監(jiān)督樁的整個(gè)制作過程，確保樁身的質(zhì)量。

5 結(jié) 語

針對(duì)高樁碼頭沉樁作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問題，本文從沉樁作業(yè)的人員、環(huán)境和設(shè)備三個(gè)大方向去分析，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用物元可拓方法，計(jì)算各個(gè)因素的關(guān)聯(lián)度，最后確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并針對(duì)其中的一些問題提出改進(jìn)的措施。其中，根據(jù)物元可拓方法定量計(jì)算得到的地基土層不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為關(guān)注級(jí)，打樁設(shè)備自身問題的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為可以接受級(jí)，外界環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為關(guān)注級(jí)，打樁人員自身問題風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為關(guān)注級(jí)，樁自身問題風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為嚴(yán)重級(jí)，并對(duì)以上單因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提出了應(yīng)對(duì)方法。最后由計(jì)算結(jié)果得到高樁碼頭沉樁作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為關(guān)注級(jí)，在施工作業(yè)的過程中，一定要嚴(yán)格按照施工工序操作，降低施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，保證沉樁作業(yè)的順利進(jìn)行。

[1] 白如冰,方海東,王姣.江蘇沿江高樁碼頭加固改造設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)研究[J].中國水運(yùn),2015,15(11):276-277.

[2] 施曉迪,郜衛(wèi)東,顧寬海，等.EPC模式下高樁碼頭樁基優(yōu)化[J].水運(yùn)工程,2015(11):89-93.

[3] 胡曉倫,楊江虎.杭州灣大橋鋼管樁沉樁施工工藝[J].橋梁建設(shè),2006(1):52-55.

[4] 郭喜柱,葉躍平,佟冠中.高樁碼頭改建沉樁施工工藝[J].水運(yùn)工程,2015(8):74-77.

[5] 岳海林.淺談高樁碼頭工程施工階段監(jiān)理要點(diǎn)[J].建設(shè)監(jiān)理,2009(6):78-80.

Risk analysis and discussion on pile sinking operation ofhigh pile wharf in habour

AN Hui, SONG Yu, ZHANG Jinyang

(WaterResourcesandEnvironmentCollegeofChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002,China)

Based on a large number of literature and examples of Shanghai Yangshan deep water pile driving job, the risk factors about high-pile wharf port operations of pile driving were determined in the paper. Then the index system that was served for pile sinking operation of high pile wharf was built, which included subgrade soil instability, piling equipment safety hazard factors, environment factors, human factors, the pile itself factors such as five first-level indicators and sixteen secondary indexes. The relevance of every factor was concluded by element extension method, which can evaluate the level of risk. Meanwhile,the tactics and solving method were proposed. All of these can ensure port high-pile pile driving operations smoothly.

high-pile wharf；pile driving works；element extension；risk analysis；discussion

國家自然科學(xué)基金(51379110)

安 慧(1976-)，女，副教授，主要從事水利工程經(jīng)濟(jì)與管理研究。

宋 玉(1990-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樗こ探ㄔO(shè)管理。

U656.1+13

A

2096-0506(2016)11-0001-04