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摘要：本文针对高桩码头的特点，分析高桩码头的工作原理、损伤机理、监测指标。以某运河码头工程监测项目为例，介绍了码头的监测等级、坐标系的选取以及平面基准网的布设，分析探讨了高桩码头变形监测的变化特点和规律，提出了切实可行的变形监测设计方案。
关键词：高桩码头；变形监测；GPS静态测量；分析
引言：随着经济社会的发展，港口码头的功能已经与当前日益发展的形势不相适应，原有码头都开始改造和提升。改造过程中打破了码头的受力平衡，一定程度上影响了码头的结构，容易导致码头整体或局部的变形，从而较易引发安全事故。变形监测应运而生，通过直接、有效地对港口码头的结构变化进行长期、连续的监测，实时提供码头变形监测数据，并及时的给出科学合理的建议，有效保障港口码头的安全生产。本文通过某高桩码头监测数据分析，总结了高桩码头变形监测的变化特点和规律性。
1高桩码头结构损伤机理及监测
1.1桩码头结构损伤机理.在码头监测工程中，测斜监测的主要内容包括：量测挡土墙板、排桩变形后的形状；计算不同深度土体水平位移；监测是否有土体失稳的预兆及现象；总结码头垂直剖面上的水平位移随深度的变化规律。码头实际监测过程中，由于周围复杂的环境和地质情况，再加上码头载货量较大，存在安全隐 患。码头结构一般采用重力式、板桩式、高桩式 3 种形式。其通常由桩基和上部结构组成，工作原理是利用桩基将码头上部结构所受荷载，传到地基深处较好的持力层上、码头上部结构一般采用梁板结构。水运码头由于工作环境特殊，有多种因素容易对其其产生破坏性影响。一是船舶靠岸时产生的水平力影响，水平撞击力超载很容易致使高桩码头桩基断裂；二是码头坡体，在高桩码头运营期间如果桩坡体系发生不均匀沉降，容易造成高桩码头整体滑动失稳；三是集装箱、重车等竖向荷载的作用，竖向超载对高桩码头影响很大，超载不仅直接影响结构的安全，还容易使结构造成较大裂缝，从而引起钢筋的塑性变形或钢筋锈蚀，使结构承载力降低。四是钢筋锈蚀，锈蚀会使钢筋截面减小，并且因为锈蚀会造成钢筋体积增大、顺筋裂缝、保护层剥落，从而降低钢筋和混凝土的粘结力。 由此可以看出，以上几种因素都容易对码头的结构产生破坏性影响，主要表现为水平位移和竖向位移的变化，造成码头各关键点的位移值超限，尤其导梁和帽梁的水平位移发生几率较高，必须进行实时监测。
1.2高桩码头监测。当桩坡体系发生不均匀沉降时，可以利用桩台的位移变化实施监测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将没有外接头的一端套上底盖，使用自攻螺钉拧紧，然后向孔内下测斜管，下一节外接头内插一节，插管要衔接好，用自攻螺钉固定，以此法连接到设计需要的长度为止。当管子安装到位后，要调正方向，调整方向时，要找准管子内壁上的2 对凹槽，先把管子向上提起，将管内的一对凹槽于测量面保持垂直，对准后再压到位，调整好方向盖上盖子，将螺钉拧紧，然后进行回填。回填一般采用现场的砂或细土，边回填边轻晃管子，直到填实为止。回填是要控制好速度，回填太快容易造成塞孔形成空隙，回填时要不间断检查，直到回填料不再下沉直到填满，在管子周围安装保护措施，便可以开始测量。
2高桩码头变形方案设计
平面位移监测的方法有前方交会法、极坐标法、GPS静态测量法等多种方法，本文根据某高桩码头特点和实际，采用GPS静态测量法。高桩码头属于一般性水工建筑物，按照《水运工程测量规范》中三等的要求实施监测，能完全符合其精度要求。
2.1 坐标系选择。变形监测点点位变化一般用坐标分量变化表示，码头变形监测点通常沿着码头岸线呈直线型分布，为了直观清楚的地反应码头变化情况，码头变形监测一般采用独立坐标系，选择一个分量平行于码头岸线、一个分量垂直于码头岸线来进行。GPS数据经过平差处理、平移、旋转后，构成平行于码头岸线的独立坐标系。
2.2 基准网布设。基准网属于整个变形监测关键核心，基准点必须在稳定的区域布设。基准点尽量在码头附近相对稳固的地方埋设，以提高测量精度和工作效率。高桩码头大多是通过栈桥将码头与岸堤连接，根据高桩码头现场实际，一般在相对稳固的码头堤岸布设工作基点。
3码头监测实例
3.1 码头概况 某港口作业区结构形式为高桩码头，该码头平时作业量大，经常重载车辆碾压，地质条件复杂，经调查得知工程施工自上而下采取的图层为回填道渣层、粉质黏土层、淤泥质黏土层。目前码头表面已有明显变形。为了了解码头动态，为码头的改造提升提供科学的参考依据，对该码头实施监测分析。
3.2 测斜孔布设。按照实际要求和码头工程地质条件，设计了测斜管的精确位置，测斜管深度按20 m。依照协管埋设位置，选用φ 108 提土器开孔，开到设计深度时放置测斜管，并分别编号CX1—CX7。在测斜管与钻孔壁之间用粗砂填实直到孔口。需要注意的是，测斜管的管口要与地面高出20～30 cm左右，盖好封盖做好保护措施，防止损坏测斜管。
3.3 测斜孔的水平位移分析。根据该码头深部位移监测数据显示，累积位移-深度变形曲线每种类型代表着不同的内部土体变形特点，主要有下列几种类型。一是曲线底部位移较小，中部、上部位移较大，有明显的波峰和波谷，变形曲线逐渐趋于一致，这表明了在码头的该部位土体内已有多个明显的滑动面出现，随着时间变化，有不断向同一方向推移发展的趋势。二是根据曲线图显示，土体内浅部已经形成明显的滑动面，而且位移波动的较大，但是下部土体处于相对稳定状态，发生位移较小，这些特征表明码头在监测时段内，仍然以中部以上土层整体滑移占据主要趋势。三是曲线底部位移不大，上部位移呈现逐渐增大趋势，中间段也没有出现明显的波峰和波谷。又根据后期监测结果表明位移变化比前期变化更加明显，说明码头的该部位还没有形成较为明显的滑动面，尚处在剪切蠕变阶段 ，但是往往在某一段时间内，总体位移有时出现急剧变化，随着时间的变化，表明在最薄弱的地方有可能已经形成滑动面。
3.4 码头水平位移变化速率分析。根据图示显示，其中有代表性的 2 个监测点水平位移速率-时间关系，CX1号测斜孔在4月 18日— 5月 4 日的位移量变化速度最大，说明该段时间内土体发生水平侧移比较明显，这与土体滑动面的形成直接相关。反映出这段时间码头上的荷载可能突然增加，使土体形成滑动面从而发生较大的水平 位移。随后一段时间对码头进行改造和保护措施后，土体位移变化率下降，表明码头的实际变形与监测仪器反映结果大体一致。另一个监测点CX3 号在6月18日—8月18日位移变化速度最大，说明该段时间土体发生水平位移比较明显，形成了土体滑动面，而且土体变形速度不断加快，在其他时间段相对稳定。通过监测数据表明，码头位移变化速率的影响因素主要包括当地的降雨分布情况、码头的作业量、码头上静荷载和汽车动荷载的运营频率等三个方面。
4 结语
综上所述，高桩码头的变形监测的设计方案需要充分考虑其结构特点，通过监测数据显示，不管是在沉降方面还是在平面位移方面，高桩码头的变形呈现出较为明显的波浪式变化规律。
参考文献：
[1]刘现鹏,刘红彪,韩阳,齐广政,郭畅. 基于光纤Bragg光栅传感器的现役高桩码头结构健康监测系统设计与实施[J].水道港口,2016,(02):170-176.
[2]翟福全,蒋国军.线性回归方程在高桩码头变形监测中的应用[J].港工技术,2010,(06):54-56.
论文作者:高永亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/17
标签：码头论文; 位移论文; 结构论文; 水平论文; 荷载论文; 钢筋论文; 测量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;