彭大勇

（海軍某部某某工程大隊，山東 青島 266031）

引 言

本文示例碼頭兼做防波堤，位于福建省南部沿海東山島蘇尖灣北側(cè)水域，泊位總長度290 m，設計使用年限為50 年。該工程于2018 年底完成施工。

2019 年4 月19 日晚7 時至4 月20 日早上6 時之間，該工程直立式方塊碼頭局部突然發(fā)生嚴重的沉降和位移（圖1）。經(jīng)檢測，碼頭破損段平均沉降量36.4 cm，平均位移30.3 cm 左右；碼頭前沿最大位移59.9 cm，最大沉降量為69.7 cm。

該碼頭結(jié)構(gòu)為重力式方塊結(jié)構(gòu)，從上到下依次為現(xiàn)澆混凝土胸墻、預制卸荷板、預混凝土方塊和拋石基床，墻后為拋填10～300 kg 塊石。碼頭前沿底高程為-5.6 m、泊位寬度為20 m。

圖1 碼頭破壞情況

1 碼頭檢測情況

1.1 外觀總體狀況

1）根據(jù)現(xiàn)場檢查結(jié)果，變形破損段范圍約130 m（K0+338 至K0+468），包含XQ1-XQ7 七個胸墻塊體。碼頭向港池側(cè)位移及沉降最大值均位于破損區(qū)段中部，表現(xiàn)出橫凸下陷的變形特征。

2）胸墻XQ2 和XQ4 破損情況最為嚴重，胸墻表面出現(xiàn)了大量裂縫，最大縫寬約3 cm。

3）破損區(qū)段外的碼頭結(jié)構(gòu)基本良好。

4）破損區(qū)段扭王字塊有相對擋浪墻向下的沉降（有較新的錯痕），相對錯位量約20 cm。

5）碼頭變形最嚴重部位的碼頭立面向堤心方向傾斜，后方擋浪墻向港池側(cè)傾斜；碼頭結(jié)構(gòu)及后方回填區(qū)向港池側(cè)的位移大于擋浪墻，聯(lián)鎖塊與擋浪墻張開距離最大有35 cm。碼頭最大向前位移量為74 cm。截至5 月13 日，胸墻最大沉降量為80 cm，后方回填區(qū)域為96 cm?，F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)的沉降量持續(xù)增長，剔除誤差影響后的水平位移量趨于穩(wěn)定。

碼頭破損段結(jié)構(gòu)斷面如圖2 所示。

圖2 碼頭破損段結(jié)構(gòu)斷面示意

1.2 鋼筋混凝土參數(shù)檢測

卸荷板鋼筋保護層厚度滿足設計要求，混凝土表面碳化小于1 mm，可不考慮碳化的影響。經(jīng)回彈法和鉆芯法檢測，碼頭胸墻和方塊結(jié)構(gòu)混凝土強度基本滿足設計要求。

1.3 水下探摸檢測

水下探摸情況顯示，在碼頭西起K0+338+14位置，第二層方塊較第一層方塊向碼頭前側(cè)凸出，該處接縫存在較多黑色塑料雜物，對塑料雜物進行清理后測量，最大錯臺25 cm，向東逐漸變小，至K0+338+30 處凸出3 cm。

碼頭的拋石基床無沖刷現(xiàn)象，未破損段碼頭基床前沿與原泥面之間存在溝槽；破損區(qū)段的溝槽不明顯，該區(qū)域破損段碼頭結(jié)構(gòu)向基床內(nèi)沉陷，最大沉陷量約1 m。

1.4 多波束測深檢測

掃測區(qū)域內(nèi)水下地形總體較為平坦，東南角屬于拋石區(qū)域，水深較淺；碼頭東側(cè)離前沿處存在溝槽。根據(jù)1:500 水深成果圖統(tǒng)計，掃測區(qū)域內(nèi)最淺水深為1.5 m，位于測區(qū)西北角邊緣位置；東南角拋石區(qū)域最淺水深2.0 m；掃測區(qū)域內(nèi)最深水深為8.2 m，位于碼頭前沿溝槽內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，結(jié)合胸墻裂縫走向和碼頭結(jié)構(gòu)向基床內(nèi)沉陷情況，初步判斷該結(jié)構(gòu)因地基承載力不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞。

2 碼頭安全性復核驗算

在碼頭結(jié)構(gòu)破壞事件發(fā)生后，根據(jù)原設計的地勘資料分別按照單獨考慮碼頭結(jié)構(gòu)、整體考慮碼頭及防波堤兩種情況對碼頭結(jié)構(gòu)的破損段設計斷面進行安全性復核驗算。

2.1 單獨考慮碼頭結(jié)構(gòu)的復核驗算

根據(jù)原設計斷面，采用原設計地勘資料，按設計荷載及7 級地震工況分別對重力式碼頭承載能力極限狀態(tài)的持久組合、地震組合和短暫組合進行復核驗算，各項穩(wěn)定性驗算內(nèi)容的最不利工況下的安全性系數(shù)計算結(jié)果如表1、表2 和表3 所示。按原設計資料進行復核驗算的結(jié)果表明，該重力式碼頭（設計斷面G-H）在荷載的持久組合和地震組合作用下的抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性、基床承載力、地基承載力、整體穩(wěn)定性均滿足設計規(guī)范要求，在荷載的短暫組合作用下的地基承載力滿足設計規(guī)范要求，但安全性系數(shù)均偏小。

表1 持久組合復核驗算結(jié)果

表2 地震組合復核驗算結(jié)果

表3 短暫組合復核驗算結(jié)果

2.2 整體考慮碼頭及防波堤的復核驗算

表4 持久組合安全性驗算結(jié)果

表5 地震組合安全性驗算結(jié)果

表6 短暫組合安全性驗算結(jié)果

將碼頭及防波堤作為整體考慮，對重力式碼頭破損段設計斷面的承載能力極限狀態(tài)的持久組合、地震組合和短暫組合進行驗算，在最不利工況下的各項穩(wěn)定性驗算內(nèi)容安全性系數(shù)計算結(jié)果如表4、表5 和表6 所示。

計算結(jié)果表明，將碼頭及防波堤作為整體考慮，設計斷面在荷載的持久組合及地震組合作用下的基床承載力、地基承載力均滿足設計規(guī)范要求；設計斷面在荷載的短暫組合作用下的地基承載力不滿足設計規(guī)范要求。

3 碼頭破壞原因分析

對于建設于軟土地基的重力式結(jié)構(gòu)物，即使持久狀況的地基承載力抗力系數(shù)滿足規(guī)范的要求，短暫狀況即施工期的地基承載力抗力系數(shù)也可能并不滿足要求。事實上，對軟粘土上的重力式結(jié)構(gòu)，施工期的地基承載力往往是斷面穩(wěn)定的控制因素。

另外，原設計未按照現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范《碼頭結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（JTS 167-2018）第7.2.14 條（原設計依據(jù)規(guī)范《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》（JTS 167-2-2009）第2.3.12 條）規(guī)定在基床與軟土地基之間設置砂墊層及二片石墊層。本工程塊石直接拋填在粉質(zhì)粘土地基上，缺少砂墊層和二片石墊層作為過渡，上部豎向荷載無法有效地施加于粉質(zhì)粘土地基，因此粉質(zhì)粘土難以有效固結(jié)，土體抗剪指標和地基承載力就很難通過固結(jié)進一步增長。

4 結(jié) 語

本工程雖然建設規(guī)模不大，但結(jié)構(gòu)型式和地質(zhì)條件都較為復雜。從結(jié)構(gòu)型式上看，碼頭外側(cè)為防波堤、內(nèi)側(cè)為碼頭；從地質(zhì)條件看，基床下臥地基有軟粘土、砂混泥、中砂等，地質(zhì)條件十分復雜。這些都增加了設計難度，現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范中缺乏對此類工程的具體規(guī)定與指導。本工程以及近些年來國內(nèi)不斷出現(xiàn)軟粘土地基上重力式結(jié)構(gòu)破壞的案例，也更加說明亟需完善和補充規(guī)范中關于軟基上重力式結(jié)構(gòu)的設計方法。