重力式碼頭變形影響因素與檢測試驗實例研究

林世聰

[摘要]本文研究以近幾年施工工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)，對重力式碼頭變形檢測和其他多種技術(shù)模式可行性進行分析，同時對實踐過程中暴露的問題分析研究，在分析的基礎(chǔ)上提出了針對性建議，并且解析不同檢測方法的優(yōu)越性和存在的問題，為以后的重力式碼頭變形觀測以及另外一些工程變形觀測的實施奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]重力式碼頭；變形檢測；試驗 文章編號：2095—4085（2017）04—0035—02

1工程概況及水文地質(zhì)條件

該重力式碼頭處于某市河段最寬水面處的一內(nèi)河港口，港口總建設(shè)占地面積為5880 mu，其中操作一期的工程占地總面積為846 mu。操作一期工程中有：南港池和北港池，是2個設(shè)置為374 m×90 m的工程水域港池；23個新建的500噸級的泊位，擁有581萬噸年吞吐力的相對應(yīng)的陸地區(qū)域配套基本設(shè)施。該港口碼頭貨區(qū)場地的一些建設(shè)如下：碼頭使用的樁是PHC管樁，其樁的基礎(chǔ)規(guī)格為：直徑0.6m，長20 m；地面的標(biāo)準(zhǔn)高度是4.10 m，胸墻的直徑設(shè)計是50 mm；材料是混凝土；排水管之間的距離是1500 mm；擋土墻為5.54 m的最高水位設(shè)計和2.4m的最低水位設(shè)計，其擋土墻底部是-10 m標(biāo)準(zhǔn)高度的混凝土底板以及長度2.6 m的鋼護舷在港池旁邊的設(shè)施。對完成施工的道路基地進行回填，并且使用分層碾壓的方式進行道路回填，使用土工布包扎和碎石倒濾層使地面回填后的標(biāo)準(zhǔn)高度達(dá)到5.6m。對其地質(zhì)進行勘探檢測，該結(jié)果表明：場地的地形平坦，其在從下到上的施工過程中相關(guān)的重要土層結(jié)構(gòu)是：①層粉質(zhì)黏土；②層淤泥質(zhì)和黏土；③層回填道渣。

2重力式碼頭變形影響因素分析

2.1各種荷載作用的影響

在工程實施和操作過程中，能作用于碼頭的荷載有可變荷載、偶然荷載及永久荷載。其中依次舉例：冰荷載、波浪的力、施工荷載、船舶荷載、流動性荷載、碼頭面可變作用產(chǎn)生的壓力、堆貨荷載等為可變荷載；地震作用等是偶然荷載；剩余水壓力、固定機械設(shè)備自重力、墻后填料產(chǎn)生的土壓力及建筑物自重力等是永久荷載。碼頭在經(jīng)營時間中，荷載（如起重機械荷載、堆貨荷載等）多出的值，會造成碼頭垂直上力的推力，使碼頭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了程度不一的變化，甚至形成了一種變形狀態(tài)，進而使碼頭安全問題發(fā)生改變。

2.2地質(zhì)水文情況的影響

地基土質(zhì)的優(yōu)劣是碼頭形變的主要原因。較差的地基土壤，在各種荷載以及自身重量的條件下，則會導(dǎo)致碼頭質(zhì)量壓縮變量大，使其變形。除此之外，壓縮模量、基地應(yīng)力以及土體的應(yīng)力都會受到地下水位變化的影響，從而改變碼頭結(jié)構(gòu)。

2.3施工條件及施工質(zhì)量的影響

碼頭的胸墻、擋土墻以及基礎(chǔ)部分發(fā)生形變的原因，大多數(shù)都是因為在工程實施過程中存在以下問題：工程實施條件不完善、過程不合理、槽挖開部分深度超出部分過大、基槽開挖所需的土質(zhì)要求不合格、碼頭沉降位移的觀察測量不夠及時、墻后回填順序不當(dāng)、倒濾層級配不良、基床塊石規(guī)格控制不嚴(yán)等問題。

3重力式碼頭變形檢測分析

3.1檢測方案

現(xiàn)場監(jiān)測某內(nèi)河港口重力式碼頭的兩個重要方面，包括地表位移監(jiān)測以及深層土體位移監(jiān)測。其中，垂直位移監(jiān)測與水平位移監(jiān)測又同屬于地表位移監(jiān)測的范圍內(nèi)。

（1）深層土體位移監(jiān)測。對土壤水平位移方面的觀測是對深處土體唯一檢測的重要方式。首先是打孔和鋪設(shè)柔性測斜管在需要測量的地方，然后再運用測斜管和儀器對深處土體進行檢測。

（2）擋土墻水平位移監(jiān)測。GPS系統(tǒng)跟隨時代進步，大大提高了軟件性能。該技術(shù)的水平測量精度不僅能達(dá)到毫米級，而且也能到達(dá)亞毫米級；高程測量的精度達(dá)到厘米級也不是問題，這項技術(shù)的精度已經(jīng)達(dá)到常規(guī)重力式碼頭水平位移監(jiān)測的需求。

（3）擋土墻垂直位移監(jiān)測。即使GPS技術(shù)有很多優(yōu)點，但是在工程地形的測量和日常生活中，該項技術(shù)只能測出大地高度，不能滿足其使用要求。

3.2碼頭沉降檢測方式

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)安置。在整個工程的監(jiān)測過程中最主要的控制點是水準(zhǔn)基準(zhǔn)點。水準(zhǔn)點擺放點能夠與水平監(jiān)測網(wǎng)點擺放點和選埋相互應(yīng)用，埋放的地點要著重注意施工便捷、牢固穩(wěn)定，并且采用2～3個為一組的構(gòu)點方式。在碼頭形態(tài)改變因素范圍之外的擺放點中，車輛過往為無，以便長期保留，且位置相對比較隱蔽，其埋放水準(zhǔn)點的深淺程度大約為1mm。然后依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展測量和水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)位置，對觀測點的沉降程度進行觀測。

（2）沉降點安置。重力式碼頭的沉降點要盡量和水平位移的觀測點設(shè)置整理在一起，并且要設(shè)置在既易觀察的地方又可以觀測碼頭變形特點的地方。例如在基樁頂部安置的聯(lián)結(jié)各樁頂?shù)匿摻罨炷疗脚_、吊裝機械臺、重力式碼頭與岸上連接的地方、每個轉(zhuǎn)折上的角等，所以2個沉降點的距離大多維持在20m～30m。

（3）基準(zhǔn)網(wǎng)以及沉降點測量。測量上使用的設(shè)備要進行固定，依靠的測量基點，沉降觀察點，基準(zhǔn)點保持不變；保證前后測量的周圍環(huán)境條件沒有太大差異，測量人員也不能更換；測量路線、步驟和方式要保持一致，保證測量的準(zhǔn)確性，減小誤差。

3.3碼頭水平位移檢測

3.3.1測量方式的選用

相比沉降，水平上的檢測要更加困難和復(fù)雜。其中第一和第二等的檢測更是要嚴(yán)格按照對中基座用以進行更加精確的估值，選用哪類檢測措施要以檢測標(biāo)準(zhǔn)以及具體情況為依據(jù)來確定。在提高準(zhǔn)確性的同時盡可能采取更加有效地方式來提高效率。

3.3.2檢測方式的比較

（1）視準(zhǔn)線法。將兩個強制對中基座測點設(shè)置在重力式碼頭的變形影響范圍之外，由此出現(xiàn)一條視準(zhǔn)線。在相同間隔時間內(nèi)測量這些設(shè)置在視準(zhǔn)線上的水平位移測點的偏差距離，然后將每個測量點在不同時間測量數(shù)據(jù)的偏離值做差，這個差就是水平位移值。視準(zhǔn)線法受天氣因素的影響比較大，還有大氣折光也會使其觀測條件受到特別大的影響，這就大大降低了測量的準(zhǔn)確度，但是視準(zhǔn)線法對測量現(xiàn)場的條件沒有特殊要求，測量也是簡單靈活的，這些都是視準(zhǔn)線法的優(yōu)點。

（2）引用張線法和支距法。將一條經(jīng)過測量的的直線安置到碼頭后的三角網(wǎng)中。在設(shè)置基點端點的地方依據(jù)需要將基線的兩側(cè)延長后連接到碼頭相應(yīng)的位置上，再設(shè)立兩個基點方便日后檢測。將觀察點設(shè)置在位移形變到基線的垂線垂點上，按期檢測相應(yīng)和位移觀察點的距離，也就是支距。要運用鋼尺來測量重力式碼頭的位移距離。整個測量過程中的測量分別是設(shè)備沒有精確對中和設(shè)備沒有精確校準(zhǔn)的誤差，然后根據(jù)數(shù)據(jù)計算測量精度，所以，在選用激光測距儀器測量位移時測點一定要運用強制對中基座。這一方式更加方便和快捷，但對測量的對象如果要使用更加高精度的設(shè)備，那么測點就要強制對中。引張線的方法在重力式碼頭后方連接一條線，即引張線。引張線法也是支距法的第二種方式。將輔助墩安置在重力式碼頭后方的兩邊，借助其拉力將引張線自由垂釣，讓其投射一條線于水平面上，這條線就是標(biāo)準(zhǔn)線了。由于環(huán)境對引張線法的干擾比較大，所以這種方式對環(huán)境因素有比較嚴(yán)格的要求，在測量環(huán)境合格的情況下引張線法的確是一種有效果的測量方法。

（3）前方交會法。根據(jù)前方交會法選用相對精確的裝備測量儀器對位移進行測量，前方交會法需選用裝備高精度測量儀器和設(shè)備，而且觀測點要安置強制對中基座，不過這個方案的測量不可以長時間測量外部環(huán)境的各種原因，也對該方案的測量影響程度比較大，對測量的準(zhǔn)確度、精確性有一定的影響。其也具備測量工作靈活便捷，測量環(huán)境要求低等優(yōu)點，而位移觀察點和基點共同形成合格的圖形最為重要。

（4）全球定位系統(tǒng)（GPS）測量。基準(zhǔn)點和測量點這兩個部分都包含在全球定位系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)收集中，測量基準(zhǔn)點需要選取2～3個，主要是為了增加測量的準(zhǔn)確性與真實性。最大力度使安置在碼頭兩邊的基準(zhǔn)點距離離測點300 m以上，以此使基準(zhǔn)點穩(wěn)固并達(dá)到全球定位系統(tǒng)測量的標(biāo)準(zhǔn)。GPS數(shù)量要大于四部，并且每次測量2～3個測量點。其次就是定位的相關(guān)數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的分析也需要運用GPS系統(tǒng)檢測，運用平差法計算測量數(shù)據(jù)，算出每一個測點甲維坐標(biāo)，采用重復(fù)觀測來測量重力式碼頭的變形狀況。

全球定位系統(tǒng)測量具備精確性，注意重力式碼頭離岸邊距離的控制，這樣的方式可以對重力式碼頭進行不維測量，而且這個系統(tǒng)對天氣變化沒有太大的影響，任何天氣條件都適宜測量。其次需要注意的是，垂直面的準(zhǔn)確度大于1.5 mm，測點相對基準(zhǔn)點和精度在水平面之內(nèi)要大于1.0 mm。

4結(jié)語

碼頭周邊環(huán)境不同以及碼頭結(jié)構(gòu)上的不同導(dǎo)致了重力式碼頭測量方法的不同，我們不僅要保證測量的精確度，而且要結(jié)合具體情況采取適合的測量方案，以更好保證重力式碼頭在施工過程中的安全。另外，碼頭建設(shè)作業(yè)的細(xì)節(jié)處理也要引起重視，如此一來就可以降低碼頭出現(xiàn)變形的幾率。