重力式碼頭變形影響因素與檢測(cè)試驗(yàn)實(shí)例研究

林世聰

[摘要]本文研究以近幾年施工工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)重力式碼頭變形檢測(cè)和其他多種技術(shù)模式可行性進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)實(shí)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(duì)性建議，并且解析不同檢測(cè)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(cè)以及另外一些工程變形觀測(cè)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]重力式碼頭；變形檢測(cè)；試驗(yàn) 文章編號(hào)：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(gè)設(shè)置為374 m×90 m的工程水域港池；23個(gè)新建的500噸級(jí)的泊位，擁有581萬噸年吞吐力的相對(duì)應(yīng)的陸地區(qū)域配套基本設(shè)施。該港口碼頭貨區(qū)場(chǎng)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(jì)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(jì)和2.4m的最低水位設(shè)計(jì)，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(hù)舷在港池旁邊的設(shè)施。對(duì)完成施工的道路基地進(jìn)行回填，并且使用分層碾壓的方式進(jìn)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(duì)其地質(zhì)進(jìn)行勘探檢測(cè)，該結(jié)果表明：場(chǎng)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(shí)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(dòng)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(jī)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(shí)間中，荷載（如起重機(jī)械荷載、堆貨荷載等）多出的值，會(huì)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(jìn)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(huì)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(huì)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?yàn)樵诠こ虒?shí)施過程中存在以下問題：工程實(shí)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(cè)量不夠及時(shí)、墻后回填順序不當(dāng)、倒濾層級(jí)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(cè)分析

3.1檢測(cè)方案

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

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

（2）擋土墻水平位移監(jiān)測(cè)。GPS系統(tǒng)跟隨時(shí)代進(jìn)步，大大提高了軟件性能。該技術(shù)的水平測(cè)量精度不僅能達(dá)到毫米級(jí)，而且也能到達(dá)亞毫米級(jí)；高程測(cè)量的精度達(dá)到厘米級(jí)也不是問題，這項(xiàng)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(cè)的需求。

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

3.2碼頭沉降檢測(cè)方式

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

（2）沉降點(diǎn)安置。重力式碼頭的沉降點(diǎn)要盡量和水平位移的觀測(cè)點(diǎn)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(cè)碼頭變形特點(diǎn)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_(tái)、吊裝機(jī)械臺(tái)、重力式碼頭與岸上連接的地方、每個(gè)轉(zhuǎn)折上的角等，所以2個(gè)沉降點(diǎn)的距離大多維持在20m～30m。

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

3.3碼頭水平位移檢測(cè)

3.3.1測(cè)量方式的選用

相比沉降，水平上的檢測(cè)要更加困難和復(fù)雜。其中第一和第二等的檢測(cè)更是要嚴(yán)格按照對(duì)中基座用以進(jìn)行更加精確的估值，選用哪類檢測(cè)措施要以檢測(cè)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(shí)盡可能采取更加有效地方式來提高效率。

3.3.2檢測(cè)方式的比較

（1）視準(zhǔn)線法。將兩個(gè)強(qiáng)制對(duì)中基座測(cè)點(diǎn)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(shí)間內(nèi)測(cè)量這些設(shè)置在視準(zhǔn)線上的水平位移測(cè)點(diǎn)的偏差距離，然后將每個(gè)測(cè)量點(diǎn)在不同時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)的偏離值做差，這個(gè)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(huì)使其觀測(cè)條件受到特別大的影響，這就大大降低了測(cè)量的準(zhǔn)確度，但是視準(zhǔn)線法對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的條件沒有特殊要求，測(cè)量也是簡單靈活的，這些都是視準(zhǔn)線法的優(yōu)點(diǎn)。

（2）引用張線法和支距法。將一條經(jīng)過測(cè)量的的直線安置到碼頭后的三角網(wǎng)中。在設(shè)置基點(diǎn)端點(diǎn)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(gè)基點(diǎn)方便日后檢測(cè)。將觀察點(diǎn)設(shè)置在位移形變到基線的垂線垂點(diǎn)上，按期檢測(cè)相應(yīng)和位移觀察點(diǎn)的距離，也就是支距。要運(yùn)用鋼尺來測(cè)量重力式碼頭的位移距離。整個(gè)測(cè)量過程中的測(cè)量分別是設(shè)備沒有精確對(duì)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(jì)算測(cè)量精度，所以，在選用激光測(cè)距儀器測(cè)量位移時(shí)測(cè)點(diǎn)一定要運(yùn)用強(qiáng)制對(duì)中基座。這一方式更加方便和快捷，但對(duì)測(cè)量的對(duì)象如果要使用更加高精度的設(shè)備，那么測(cè)點(diǎn)就要強(qiáng)制對(duì)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(duì)引張線法的干擾比較大，所以這種方式對(duì)環(huán)境因素有比較嚴(yán)格的要求，在測(cè)量環(huán)境合格的情況下引張線法的確是一種有效果的測(cè)量方法。

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

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

全球定位系統(tǒng)測(cè)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(duì)重力式碼頭進(jìn)行不維測(cè)量，而且這個(gè)系統(tǒng)對(duì)天氣變化沒有太大的影響，任何天氣條件都適宜測(cè)量。其次需要注意的是，垂直面的準(zhǔn)確度大于1.5 mm，測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)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(cè)量方法的不同，我們不僅要保證測(cè)量的精確度，而且要結(jié)合具體情況采取適合的測(cè)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。