港口碼頭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與抗震措施

王鑫

摘要：基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法已為國(guó)外多本高樁碼頭抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)所采用，相比于傳統(tǒng)的基于力的方法，這一方法可以使設(shè)計(jì)人員在關(guān)注結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)考慮地震引起的經(jīng)濟(jì)損失和碼頭震后運(yùn)行的恢復(fù)。雖然該方法已在國(guó)外高樁碼頭工程中應(yīng)用多年，但仍有很多問(wèn)題亟待深入研究。在該方法中，準(zhǔn)確合理地確定碼頭位移需求是關(guān)鍵。目前替代結(jié)構(gòu)法是確定位移需求的主要方法之一，計(jì)算等效阻尼比則是該方法的重要步驟，而現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中采用的計(jì)算公式未能考慮碼頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及土體對(duì)體系耗能的貢獻(xiàn)。另外，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中用于位移需求分析中考慮雙向水平地震激勵(lì)和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的動(dòng)力放大系數(shù)計(jì)算公式的適用范圍有限。

關(guān)鍵詞：港口碼頭；抗震設(shè)計(jì)；措施

中圖分類號(hào)：U12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，貨物的進(jìn)出口對(duì)河運(yùn)、海運(yùn)的依賴度日益提高。港口碼頭，作為水上運(yùn)輸交通樞紐，直接關(guān)系國(guó)家的對(duì)外貿(mào)易以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，在我國(guó)地震多發(fā)地區(qū)如環(huán)渤海、東南沿海和臺(tái)灣地區(qū)，地震已列入港口破壞威脅的首要因素。因此，最大程度上降低地震對(duì)港口碼頭建筑物的破壞，以及盡可能降低由此引發(fā)的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失，已成為港口工程建設(shè)中核心課題。

1、港口碼頭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

第一，對(duì)于高烈度區(qū)的重力式碼頭而言，可以將拋石棱體填充在墻后，這樣可以將動(dòng)土的壓力大幅度地降低；如果處于地震多發(fā)區(qū)域，其里面布置和平面布置都應(yīng)該簡(jiǎn)單，并且應(yīng)該盡可能將重心位置和建筑物的自重降低，這樣才可以將地震的荷載減少，也有利于結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性的增加。在重力式碼頭結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中，除開(kāi)驗(yàn)算碼頭的抗滑移和抗傾覆之外，同時(shí)，還應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向沉降變形和水平殘余變形加以密切地關(guān)注。另外，還應(yīng)該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。比如，方塊重力墩和重力式方塊碼頭，就應(yīng)該將其整體性提高，就可以采取以下幾種措施：（1）將方塊的層數(shù)盡量減少，在方塊之間可以預(yù)留出豎向空洞和槽，插入型鋼或者是鋼筋籠，并且將水泥混凝土灌注進(jìn)入；（2）胸墻最好是采取現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式，這樣才可以并聯(lián)成為一塊。為了防止沉降，將地基的承載力增強(qiáng)，還可以利用真空預(yù)壓、搶夯法、樁基等加固的方式，做好相應(yīng)的處理。而板樁碼頭以及高樁碼頭在處理地基的時(shí)候，其方式同重力式碼頭是基本一致的。第二，在板樁碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，最好是將擋土墻換成緊密的砂石料，這樣可以避免在地震發(fā)生的時(shí)候出現(xiàn)錨碗結(jié)構(gòu)位移或者是碼頭平面沉降的情況。在高烈度區(qū)域，最好是采取叉樁錨碗，從而將上部的水平荷載力轉(zhuǎn)移到較為深的穩(wěn)定上層，這樣也可以將所承受的拉力能力提升，并且還可以將上部的帽梁適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)；叉樁應(yīng)該盡可能地不知在排架當(dāng)中自重反力相對(duì)較大的位置，這樣可以承受較大的豎向壓力，并且還應(yīng)該做到盡可能地對(duì)稱布置，這樣可以避免水平力后樁太出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況；另外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還應(yīng)該考慮到整體的結(jié)構(gòu)，并且還應(yīng)該保證在同一段板樁碼頭上的錨碗結(jié)構(gòu)形式能夠保持一致。

2、港口碼頭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)及抗震措施

港口碼頭的抗震設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的抗震措施的選擇應(yīng)根據(jù)不同的碼頭結(jié)構(gòu)、地震烈度、土質(zhì)情況、液化土層的厚度、深度及位置、加固措施的可行性、工程費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性與時(shí)間成本綜合考慮，以實(shí)現(xiàn)抗震效果、工程費(fèi)用及工期的最佳組合。在高烈度區(qū)的重力式碼頭，墻后宜填充拋石棱體以較大幅度降低動(dòng)土壓力；在多發(fā)地震區(qū)，平、立面布置宜簡(jiǎn)單對(duì)稱，且盡量減輕建筑物自重和降低重心位置，從而減少地震荷載，并增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在重力式碼頭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，除碼頭的抗傾覆和抗滑移驗(yàn)算外，對(duì)結(jié)構(gòu)的水平殘余變形和豎向沉降變形同樣需要給予密切關(guān)注。此外，應(yīng)盡量加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，如對(duì)于重力式方塊碼頭或方塊重力墩，為提高結(jié)構(gòu)的整體性，宜采用以下措施：（1）減少方塊層數(shù)，在方塊間設(shè)置榫槽或預(yù)留豎向孔洞，插入鋼筋籠或型鋼并灌注水平混凝土；（2）胸墻宜現(xiàn)場(chǎng)澆筑，并與下方塊聯(lián)成整體。為增強(qiáng)地基承載力以及防止沉降程度，可利用樁基、擠實(shí)砂樁法、強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓、超載預(yù)壓等加固方法進(jìn)行處理（板樁碼頭與高樁碼頭的地基處理同）。

在板樁碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)于的擋土墻宜換緊密的砂石料，避免地震時(shí)造成碼頭平面沉降或錨碇結(jié)構(gòu)位移。對(duì)于高烈度區(qū)，宜采用叉樁錨碇，將上部水平荷載傳至較深的穩(wěn)定上層，以增強(qiáng)承受拉力的能力，并適當(dāng)加強(qiáng)上部的帽梁；對(duì)于叉樁應(yīng)盡量布置在排架中自重反力大的位置以承受較大的豎向壓力，并盡量對(duì)稱布置以避免受水平力后樁臺(tái)發(fā)生扭轉(zhuǎn)；同樣，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)注意結(jié)構(gòu)的整體性，并保持同一段板樁碼頭上的錨碇結(jié)構(gòu)形式一致。

在高樁碼頭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，盡量采用樁基相對(duì)于縱、橫軸均對(duì)稱的布置方式以及碼頭的縱向剛度設(shè)計(jì)；對(duì)于地震區(qū)的高樁碼頭，應(yīng)采用應(yīng)力混凝土樁。碼頭結(jié)構(gòu)的平面布置宜簡(jiǎn)單、規(guī)整；若平面較復(fù)雜時(shí)，宜盡量采用分縫的方法，如設(shè)置抗震縫等將碼頭平面分為若干獨(dú)立單元。上部結(jié)構(gòu)宜采用輕型、高強(qiáng)度、裝配整體性好的結(jié)構(gòu)與構(gòu)件，以減少結(jié)構(gòu)自重及地震慣性力，并提供較好的剛度。碼頭的前后樁臺(tái)間家設(shè)置隔震緩沖材料，以緩和其碰撞、減速輕震害。

3、結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)化港口碼頭的抗震能力，以實(shí)現(xiàn)港口碼頭的可持續(xù)運(yùn)作關(guān)系到地區(qū)乃至整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文就重力式碼頭、板樁碼頭和高樁碼頭三種最為常用的港口碼頭結(jié)構(gòu)，就其地震破壞機(jī)理、對(duì)應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)方法與抗震措施進(jìn)行了重點(diǎn)的分析與探討。通過(guò)有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及抗震措施的應(yīng)用，可以最大程度上提高港口碼頭的抗震能力，從而有效避免不必要的地震損失，實(shí)現(xiàn)港口經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3]李穎.高樁碼頭抗震性能計(jì)算分析[D].大連理工大學(xué)，2011.

（作者單位：黑龍江省航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院）