船台位移沉降变化规律及形成机制分析

船台位移沉降的变化规律及形成机制分析摘要：本文介绍了从造船基地船台的管桩施工中分析位移沉降变形规律，对船台的位移和沉降的形成原因进行探讨和分析，研究位移以及沉降的发生现象、影响以及处理措施。

关键词：船台；位移沉降；病害原因

一、船台的类型

船台是船厂中经人工处理的用于修造船的场地设施。通常为水平场地，与船舶上、下水的各种滑道相连接，有时也与垂直升船机相连接。船台需承载船舶重量，当荷载大时，应采用地基处理并用钢筋混凝土梁板铺设台面。船台面上装有可拆移的支墩，用以支承船体和方便修造船作业，具体设有供施工用的装焊设备、起重设备以及各种动力供应管线等等。按遮盖形式可分为室内船台、露天船台以及敞开船台这三种。

此外，船台还有倾斜船台和水平船台之分。倾斜船台可使所建造的船舶利用本身的重力而下水，水平船台则需为船舶下水配备专门的下水机构。一般来说，在倾斜船台上适宜建造大型的船舶。在修造船工作量大的船台区内，常需设置横移区，以便船舶进出不同位置的船台。当修造小船时，可将地基较好的自然岸坡加以修整，用作船台。

二、船台的管桩施工质量要点

由于在船台建设中，管桩沉桩的挤土效应会使地基土体产生较

大侧向的水平位移，因此要避免船台位移沉降，就必须首先从管桩沉桩的施工技术入手，把位移值控制在规范允许的范围内。我们从施工效果来看，关于船台管桩的沉桩质量问题，主要有两个通病：（一）桩头、桩身破损

有两个原因会造成桩头、桩身破损，一是桩或打桩船桩架垂直度偏差较大，二是施工区域内大型船只在通过时形成的航行波对打桩船所造成的影响。这两种情况都会使得桩身偏离轴线位置，从而偏心受击，导致桩身破损或桩头碎裂。

另外，与陆上phc管桩不同的是，水下phc管桩在桩身进入水面以下之后，如果出现气爆和高压效应，也会导致桩头或是桩身的破损。一般来说，当phc 管桩在沉桩进入到水面以下后，桩身管腔内的空气或水流是无法立即、全部排出的，这就使得在沉桩过程中，管桩官腔内的空气和水流会因为受到桩锤的击打而被压缩，同时又因为水下的封闭效应而不能立即排出，因此官腔内就产生了相当大的压力，从而挤压管壁。

对于这种情况，我们可以采取以下的措施去处理：

1、可以将桩尖由常规的开口桩尖改成闭口桩尖，用以避免桩底土体的挤压而产生气爆效应；

2、可以在桩头向下大约1米的桩身处预留排气孔，帮助减少因为气爆效应而对管桩壁产生的压力；

3、在施工过程中，如果发现水面有气泡又或是涌水剧烈，应该立即停止锤击，等待水面稳定后再继续沉桩。

（二）平面位置偏差较大

沉桩施工中水下井字梁的安装也非常重要，一旦平面位置出现偏差较大的时候，就有可能会改变梁体的受力情况，对整个船台结构产生不利影响，为船台滑道的正常使用埋下了隐患。那么造成平面位置偏差较大的原因主要有：

1、河床自然坡度造成落桩滑移

管桩从运桩船吊起、就位，然后通过gps与岸上的仪器进行交汇定位和校核之后，就要将桩插入河床并且稳桩、解除钢丝绳，最后进行沉桩。通常我们把这个步骤称之为落桩。落桩一旦完成了，那么桩的平面位置也就基本确定，并且难以再将桩提上来。可是由于河床都有一定的坡度，在桩尖和桩身入土时就会向河床较低的一侧产生一定的滑移，这个滑移的程度少则1 cm 左右，多的话有可能会超过5 cm。

2、落桩提前量的设定不准确

除此之外，在各个不同的施工区域内水流流速、流向等因素，会对桩身在落桩过程中造成一定影响，并且还有风浪、航行尾波产生的涌浪以及某些急涨落潮区域产生的较大水位差等等，也会造成沉桩结束后的桩位偏差。因此，在落桩之前要充分考虑到水域地势等因素，设定一个落桩提前量，使其最终能在一个规范允许的数值范围内，这是沉桩施工中非常重要的一个控制手段。

3、沉桩区域内的河床如果有抛石或大型障碍物，就会给沉桩施工带来很大的麻烦。由于落桩是靠桩的自重来进行的，一旦遇到抛

石或大型障碍物就会让桩身产生很大的位移，在沉桩过程中甚至会造成桩身的断裂。所以这也是一个比较重要的控制点，在落桩之前一定要先确定水下区域的情况，做好应急措施。

针对这种状况，主要应采取预防措施去避免病害的发生：

1、认真勘察施工现场，特别是施工的水下区域，进行详细的地形测量、探摸，预先反复测定施工区域内的水流流向、流速，并且掌握涨落潮情况，慎重设定落桩的提前量，同时还要注意清除水下障碍物，施工时必须调整好桩架的垂直度，以确保落桩的准确性。

2、岸上多设地锚，在水中多抛锚，帮助提高打桩船的抗风浪能力和抗涌浪能力。特别是在特殊地域或是特殊天气下，为满足沉桩的需要，可相应增加岸上的地锚和水中的抛锚，以保证船体的稳定。

3、在沉桩过程中应派专人观察过往的船只，当过往船只出现航速较快有大涌浪现象时，应立即停止锤击。同时还要注意做好防风预案，遇大风天气可停止沉桩作业。

三、船台沉降的形成规律与处理

沉降一般是指，地基受建筑物的自重或者是其他外力作用，在施工过程、使用过程当中发生的垂直向下的移动。船台建设施工中，区域水底的地质条件往往十分复杂，例如分布有厚度较大、未经处理的淤泥层，则具有高压缩性、低强度、高灵敏度、自稳能力差、欠固结等特点；又或是分布厚度变化较大的淤泥质亚粘土层，多呈透镜体状分布，就有较高压缩性、较高含水量、强度较低等特点。而建于淤泥层较厚且分布广泛的地区的桥台，其桩基一般要穿过厚

淤泥层，在船台建设及建后使用的不平衡荷载作用下，淤泥土会产生水平向的塑性变形，使得船台大规模整体下沉，而桩基受到淤泥水平蠕变荷载作用而向河侧倾斜，引起各种病害现象，严重影响着船台的正常使用。

由于船台是用于船舶建设的大型建筑体，对地基的作用力相对于普通沉管或者水下暗埋隧道来说都有明显的增加。船台受地基作用力和水底环境的影响，在不平衡水土压力作用下，有可能会导致位移或是产生较大的不均匀沉降，从而使得船台出现变形较大的问题。

由上图可知，随着深度的变化，桩身水平位移规律性变化是呈凸抛物线型的。其中淤泥层在中上部位移最大，并且平滑地向上下递减。越往深处，桩基水平位移明显减少，这是因为土层强度随深度不断加强的缘故，在深层处较坚硬土层中基本不发生侧向位移的现象。

而另一幅图中可见，从桩顶往下，随着深度的增加，沉降规律是基本呈均匀递减的，从中可明显看出桩基的变形规律。

面对这些问题，如果不采取措施又或是措施不当，就会给今后的使用留下致命的隐患，所以浅埋水底的船台不均匀沉降控制是船厂工程建设与运营中稳定性控制的关键问题之一。

船台施工中对沉降现象的控制，应该要综合地考虑到水文地质条件、填土作用、平台自重、桩-土摩擦、负重荷载等等因素，算出单桩分担的最大荷载，以求得单桩承载力限制在规范允许的数值