天津港高樁碼頭土體變形與基樁受損

天津港高樁碼頭土體變形與基樁受損

港口邊坡土壤由低密度和高水分的軟土組成。軟土層厚度大，埋深，因此碼頭結(jié)構(gòu)通常采用高樁結(jié)構(gòu)。建筑在軟土地基上的高樁碼頭,雖然岸坡的整體穩(wěn)定性滿足要求,但由于地基土的蠕變和土體在荷載作用下除產(chǎn)生壓縮沉降外,還產(chǎn)生側(cè)向變形,使結(jié)構(gòu)可能發(fā)生較大的水平位移,甚至造成結(jié)構(gòu)的破損。近幾年來,天津港高樁碼頭由于岸坡土體變形造成的擋土墻前基樁的破損現(xiàn)象越來越多,如有的基樁移位達(dá)到了30cm左右,已嚴(yán)重影響到碼頭結(jié)構(gòu)的安全。1長期的破損或者有部位的斷裂從破損情況看,土體的變形對高樁碼頭的損壞主要發(fā)生在后承臺擋土墻前的3排基樁。這3排基樁主要是受水平力而變形,造成樁帽與橫梁之間錯位或開裂、樁帽與面板間錯位或開裂、樁頂開裂等。天津港9～11段碼頭、12～13段碼頭、13～14段轉(zhuǎn)角碼頭、15～16段轉(zhuǎn)角碼頭、16～18段碼頭、20～21段轉(zhuǎn)角碼頭、21～22段轉(zhuǎn)角碼頭、22～24段碼頭、25～26段碼頭、26～27段轉(zhuǎn)角碼頭都明顯存在這些破損現(xiàn)象。根據(jù)碼頭的破損形態(tài)及特征,主要分為3種型式:構(gòu)件之間錯位、構(gòu)件連接部位掰裂、基樁頂部開裂。1.1無梁板式港區(qū)樁帽與面板間和樁帽之間的錯位構(gòu)件之間錯位的破損型式對碼頭結(jié)構(gòu)造成的危害最嚴(yán)重。對梁板式碼頭,若基樁變位方向為沿碼頭橫向,造成橫梁在樁帽上的搭接長度變小;若基樁變位方向為沿碼頭縱向,則造成橫梁一側(cè)懸空于樁帽外。這種變位嚴(yán)重的達(dá)到30cm左右,使得橫梁在樁帽上的搭接寬度只有5cm,對碼頭結(jié)構(gòu)受力十分不利。對于無梁板式碼頭,岸坡土體變形造成的構(gòu)件錯位現(xiàn)象主要為樁帽與面板間錯位,這種錯位5～20cm。有的地方由于基樁的變位較大,造成樁帽與面板間脫離,基樁在外力作用下產(chǎn)生晃動,說明該基樁完全喪失了支撐作用,使得該基樁上面板跨度增1倍,對面板受力十分不利。1.2板式港區(qū)的破損型式天津港高樁碼頭后承臺擋土墻前的基樁大多為直樁,岸坡土體變形造成直樁傾斜,當(dāng)基樁傾斜變形較大時,造成構(gòu)件之間的連接部位開裂。對梁板式碼頭,破損現(xiàn)象主要表現(xiàn)為樁帽與橫梁間在基樁變位方向的反方向一側(cè)連接處掰裂,梁與樁帽由面接觸變成了線接觸,造成樁帽支撐側(cè)局部受壓邊緣劈裂,基樁由軸心受壓變成了偏心受壓,使得橫梁、樁帽和基樁的受力都更加不利。對于無梁板結(jié)構(gòu),破損型式與梁板結(jié)構(gòu)類似,只是破損現(xiàn)象發(fā)生在面板與樁帽間。相對于構(gòu)件之間的錯位破損,發(fā)生構(gòu)件連接部位掰裂破損的碼頭部位,其基樁變位較小,破損程度也相對較輕。1.3港區(qū)內(nèi)港區(qū)這種破損型式出現(xiàn)的較少,集中出現(xiàn)在13～14段轉(zhuǎn)角碼頭的無梁板區(qū)。該區(qū)域的碼頭結(jié)構(gòu)由于樁帽較大,與面板間的連接性能好,而基樁斷面較小,樁身為薄弱環(huán)節(jié),所以當(dāng)基樁發(fā)生變位時,最早在基樁頂部出現(xiàn)開裂破損。2突堤頂部轉(zhuǎn)角港區(qū)的基樁損傷對天津港最近4年的碼頭調(diào)查資料進(jìn)行總結(jié)分析,得到天津港岸坡土體變形造成碼頭靠近擋土墻的3排基樁的變形破損情況(表1)。從表1可見,天津港從1961～1981年建設(shè)的部分碼頭,在靠近擋土墻的3排基樁中普遍存在變形破損。尤其是位于突堤根部的轉(zhuǎn)角碼頭的基樁變形破損最為嚴(yán)重,13～14段轉(zhuǎn)角碼頭、15～16段轉(zhuǎn)角碼頭、20～21段轉(zhuǎn)角碼頭、21～22段轉(zhuǎn)角碼頭、26～27段轉(zhuǎn)角碼頭基樁變形破損數(shù)量分別占到總數(shù)量的100%,78%,76%,70%和58%?？梢?突堤根部轉(zhuǎn)角碼頭的基樁變形破損十分嚴(yán)重。高樁碼頭后3排基樁的變形與接岸擋土結(jié)構(gòu)型式有很大關(guān)系。天津港7～8段、9～11段、12～13段以及21段碼頭是由斜頂樁、鋼板樁與帽梁組成的擋土結(jié)構(gòu),屬于深層支護(hù)的擋土結(jié)構(gòu),其后3排基樁的變形破損相對較少,9～11段破損率為5%,12～13段破損率為16%,7～8段和21段沒有出現(xiàn)破損,其破損型式主要是構(gòu)件之間的掰裂,程度較輕。16～18段、22～24段、25～26段碼頭接岸結(jié)構(gòu)為拋石棱體上的擋土墻型式,這些碼頭后3排基樁的變形破損相對前一種接岸結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的多,分別占14%,36%和28%,其破損型式主要為構(gòu)件之間錯位,破損程度比較嚴(yán)重。16～18段碼頭有一根基樁由于移位造成橫梁在樁帽上的搭接長度只有5cm,而且該橫梁下的樁帽劈裂,嚴(yán)重影響碼頭安全。另外,許多樁帽上的橫梁出現(xiàn)部分懸空或全部懸空的破損形態(tài)。由上述可見,突堤根部轉(zhuǎn)角碼頭后3排基樁的變位破損比較嚴(yán)重,接岸結(jié)構(gòu)為拋石棱體上擋土墻型式的碼頭與由斜頂樁、鋼板樁、帽梁組成接岸結(jié)構(gòu)的碼頭相比,其后3排基樁變位破損更嚴(yán)重。從表1還可見,20世紀(jì)60年代初和20世紀(jì)80年代左右建造的高樁碼頭,盡管相差20a的使用時間,但基樁的破損率相差不大,說明岸坡土體變形與碼頭使用時間長短之間關(guān)聯(lián)不明顯,岸坡土體變形可能是集中在某一個時間段內(nèi)出現(xiàn)的。表1所列的基樁變形破損是在近4a碼頭調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的。而這幾年港口的吞吐量是逐年上臺階,碼頭的使用率保持在很高的水平上?；鶚蹲冃纬霈F(xiàn)的時間規(guī)律,說明其與碼頭使用條件的變化有很大關(guān)系。3土體損傷對于結(jié)構(gòu)的作用天津港高樁碼頭近岸的3排基樁變位數(shù)量較多、結(jié)構(gòu)破損程度較嚴(yán)重的區(qū)域主要是3個突堤根部轉(zhuǎn)角處。突堤根部轉(zhuǎn)角處碼頭接岸結(jié)構(gòu)多為拋石棱體上的擋土墻,棱體下方為砂墊層及吹填土。盡管地基做過處理,但其承載能力有限,還處于漫長的壓縮固結(jié)過程中,在動、靜荷載的長期共同作用下,土體產(chǎn)生壓縮變形,這種壓縮變形增大到一定限度時,就會產(chǎn)生地基土體的剪切破損,繼而土體產(chǎn)生側(cè)向位移,造成岸坡土體向擋土墻前蠕動。土體在蠕動過程中對基樁產(chǎn)生了很大的推力,這種推力有一個能量聚積的過程,當(dāng)推力聚積能量大于基樁的抵抗力時,基樁就產(chǎn)生變位,而整體性的碼頭上部結(jié)構(gòu)限制了基樁這一局部變形趨勢,從而在碼頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生巨大的約束力,該約束力造成碼頭結(jié)構(gòu)連接部位、樁頂?shù)认鄬Ρ∪醐h(huán)節(jié)出現(xiàn)開裂,呈現(xiàn)出前面所述的各種破損現(xiàn)象。從現(xiàn)場調(diào)查可知,突堤根部轉(zhuǎn)角碼頭擋土墻后方主要為貨物堆場和車輛通道,貨場長期超載堆放,過往車輛也十分的頻繁,這就給土體的壓縮變形提供了外力。4調(diào)查和防治建議岸坡土體變形引起天津港高樁碼頭結(jié)構(gòu)破損現(xiàn)象嚴(yán)重,給碼頭安全生產(chǎn)帶來巨大隱患,而且這一破損型式具有一定的突然性和隱蔽性,破損造成的后果可能非常嚴(yán)重,所以對其進(jìn)行防治是十分必要的。根據(jù)對上述破損情況的總結(jié)和破損機(jī)理的分析,提出以下防治建議:(1)加強(qiáng)碼頭結(jié)構(gòu)破損情況普查,及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件破損和變形隱患。(2)對變形趨勢明顯的重點(diǎn)部位,尤其是突堤根部轉(zhuǎn)角部位的岸坡土體變形和碼頭位移進(jìn)行監(jiān)測,探索變形規(guī)律,以便及時采取相應(yīng)的工程措施。(3)對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的岸坡土體變形造成的碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損及時進(jìn)行維修加固。對構(gòu)件之間的錯位可采取外包樁帽以加大橫梁支撐面的方案解決,對構(gòu)件連接部位的掰裂可采取在樁帽與上部梁板之間的縫隙中填塞環(huán)氧砂漿以改善構(gòu)件支撐情況的方法解決,對基樁頂部開裂采用外包鋼筋混凝土的方法加固。(4)其他可供選用的方法還有限載法、加固接岸結(jié)構(gòu)法等。加固接岸結(jié)構(gòu)法有鋼板樁、鋼管樁、灌注樁承臺等,采用該方法應(yīng)采取措施防止打樁振動和擠土效應(yīng)對接岸結(jié)構(gòu)的影響。5基樁變位的原因岸坡土體的變形導(dǎo)致高樁碼頭基樁產(chǎn)生變位,繼而造成基樁上部結(jié)構(gòu)的破損,嚴(yán)重影響碼頭安全。天津港高樁碼頭位于突堤根部轉(zhuǎn)角處的基樁產(chǎn)生變位較多,而轉(zhuǎn)角處擋土墻后方長期作用的動、靜荷載是基樁產(chǎn)生變位的主要原因。不同接岸