河港

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什么是河港

  河港是指建设在具有河流水文特征的水体沿岸的港口(主要设置在河流沿岸),它是实施货物装卸贮存、旅客往来的工程设施,是内河运输的集散地,也是水陆联运的枢纽,多以内贸为主。

河港的分类

  • 按装卸货物种类分:

  ①综合港(普通港):装卸各种不同包装的货物(包装、袋装、 捆装)、件货(五金机械、农具)、散堆货物(煤、矿石、粮食、 肥料),木材及溶体、油类等的港口;

  ②专业港:装卸某种单一货物的港口。如矿石港、煤港、油港;

  ③客运港:专门停泊客轮和转运快件货物的港口;

  ④其他港口:如军港、渔港。

  • 按设臵地点分:

  ①河港:沿河修建的港口。如武汉港、南京港等。

  ②运河港:沿人工开挖的河流修建的港口。如京杭运河上的苏州 港、常州港等。

  ③湖港(水库港):沿湖边或水库边的港口:如岳阳港、丹江港。

  • 按修建形式分:

  ①顺岸式河港;

  ②挖入式河港。

河港的环境岩土工程[1]

河港大环境岩土工程

  河流的空间跨度很大,以长江为例,其可航河道在3000公里以上。河港因其所处地域的不同,具有不同的地质(岩土)环境:从地形地貌上看,上游河港大多背靠中低山丘,后方陆域场区狭窄,码头区系冲刷强烈的砾卵石河漫滩及岩质河床;中下游河港多以阶地或河漫滩为陆域,以平缓宽阔的河床为码头区,在河漫滩的背后常见古河道遗迹和低洼沼泽地形。河港的岩土特性一般表现为上游基岩裸露,覆盖层厚度起伏较大,码头区常见卵石漂石和粗粒砂土,陆域场区以年代较老的粘性土和粗粒砂土为主;中下游基岩埋藏较深,第四系全新统土层较厚,尤以赋存较厚的软土层和细粒砂土为特点。上游河港区域地质构造普遍比较发育,地壳相埘上升,新构造运动比较显现;中下游河港多为隐伏构造,地壳运动相对均衡与稳定。上游河港地下水埋藏较深,对场区建筑影响较小,中下游河港地下水普遍较浅,动态变化较大,它对港区工程影响较大,常出现流砂、管涌现象,在吹填砂土地区尤为明显。此外,在一些河流中下游常见一些隐伏岩溶地形,它对码头桩基的设计与施工影响很大,在儿米间距的范围内基岩面落差达十余米。河港正是由于这些复杂的地质(岩土)环境的存在,引发了一系列大环境岩土工程。

  1.滑坡引起的环境岩土工程

  河流上游流域在长期的发展演化过程中往往形成了许许多多间歇性的古滑坡、纵横交错的冲沟以及河水冲刷的陡峻岸坡,这些地质(岩土)环境往往在一定的条件作用下形成(或者复活)滑坡;中下游河流在枯水季节, 由于河水变化,组成岸坡的软土层天然容重明显增大,而软土层中孔隙水排泄不畅,容易形成软土滑坡。对滑坡的防治,常用的工程类别有支挡、减载、加固和排水工程等。

  2.泥石流引起的环境岩土工程

  在河流的上游,由于暴雨山洪的冲蚀作用,常在岸边斜坡地带形成松散的冲洪积物堆积区,从而诱发泥石流。这种情况在黄河上游尤为常见,黄河上游水土流失现象相当严重,向源侵蚀的冲沟常切割到下部基岩,大量的黄土层在暴雨的冲蚀下以泥石流的方式输入沟谷,在沟底形成开阔的松散堆积谷地,随着堆积物的增多,在又一次暴雨季节期间常常酿成大规模的泥石流的产生。对泥石流的防治工程,常见的有拦截、疏导和防护工程。

  3.崩岸引起的环境岩土工程

  依动力作用特征,崩岸形式有流水冲蚀崩岸、地下水渗流变形崩岸和风浪洗蚀崩岸三大类型。河流崩岸主要发生在洪峰过后的河水回落与次年洪水前之间的平、枯水期。原因是高洪水期河水的侧压力和浮力对岸坡起到保护作用,而低水位期地下水的渗透变形作用对崩岸生成和发展起到诱导和加剧作用。解决崩岸的岩土工程措施,常见的有在水下抛石、水上(枯水期)砌石护岸或在上游一定距离处修筑挑流矶头,将主流线挑向河流中心等。

  4.河流淤积引起的环境岩土工程

  在河港的建设与使用过程中,港池航道的淤积是影响港口使用寿命和建设费用的重要因素之一。在河流凸岸和河水分流带,由于河水回流作用,泥沙淤积比较明显,使主航道逐渐变迁,因此而影响码头的正常使用,淤积严重的地方常常使码头停止作业,甚至使水码头变为旱码头。另外,河道淤积严重,会加剧洪水灾害,导致河港区地下水位不断上升,土体有效应力降低,从而产生液化和震陷现象加剧、地基承载力降低等一系列岩土问题。解决淤积的岩土工程措施,常用的是经常对港池和航道进行疏浚。

  5.流土、管涌引起的环境岩土工程

  河流由于其特殊的位置,地基土体往往承受较大的水头,在渗透力作用下,土体易发生流土和管涌现象。流土破坏的危害性很大,因为流土破坏一旦发生,它是土体的整体破坏、流土通道会迅速向上游或横向延伸,一旦抢救不及时或措施不得当,就有造成土体结构破坏、引发溃岸(堤)灾难的发生。管涌破坏并不会直接造成土体结构破坏,但是管涌型土发生管涌破坏,管涌通道贯通上游后,若渗流坡降继续增大,管涌型土也会发生流土破坏。解决流土、管涌的岩土工程措施,常用换层、加高培厚土层、灌浆、混凝土面层防护等。

  6.砂土液化引起的环境岩土工程

  河流中下游两岸往往赋存较厚层松散一中密状态的饱和砂土或粉土,且覆盖层较薄及地下水埋深较浅。这在地震作用下易发生液化。砂土液化是地震引起的最显著的震害形式之一,通常伴随大规模的宏观震害,地面显著沉陷、岸坡迅速滑移、地裂和喷水冒砂等,使工程场地地基失效,导致港口人们生命财产的巨大损失。对砂土液化进行判别和岩土工程处理是河港环境岩土工程的重要组成部分。

河港小环境岩土工程

  1.河港人类生产、生活活动引起的环境岩土工程

  长期以来,大多数岩土工程项目设计都是视荷载条件而定,而忽略了控制所有土木工程结构总体稳定性的岩土环境因素。分析在变化的环境下的岩土体的性能,考虑有害物质对岩土体的危害程度,进而评价河港及码头的岩土体的稳定性,是河港环境岩土工程的重要任务。

  自2O世纪8O年代以来,我国许多内河受到工业和城市生活排污水的污染,导致河流流域地表水和地下水的恶化,其危害性不仅直接威胁人们的身体健康,而且威胁到河流两岸的建(构)筑物,而河港首当其冲。各种环境条件下的各类岩土体常常发生许多早期破坏和渐进破坏,这些破坏不仅仅是由荷载因素而引起的,还与其他因素,如化学的、物理化学的和微生物的因素有关,而污染的地表水和地下水对河港岩土体的破坏和处理是河港环境岩土工程亟待解决的重大课题之一。

  除了由上游工业、农业和城市生活污水对河港岩土体造成影响外,河港本身生活、生产活动产生的废弃物污染也成了重大问题,如河港在装卸货物的过程中有害物质渗漏渗入港口地基土中;堆积的散货下雨时一些可溶物质随雨水渗入地下;河港的生活垃圾的贮存、处理和管理也是问题。

  2.河港人类工程活动引起的环境岩土工程

  21世纪以来,经济的快速增长对水运的要求激增和河港基础设施相对落后的矛盾日益加剧,河港基础设施需要不断更新和改善。目前我国河港的工程建设进入了大发展时期,在河港特别是在大型河港的建设中,大开挖、打桩、施工降水、强夯、注浆、各种施工方法的土性改良、回填等,都对河港周围土体稳定性造成重大影响。由于施工扰动,影响到周围土体工程性质的变化,如土的应力状态和应力路径的改变,密实度和孔隙比的变化,土体抗剪强度的降低和提高以及土体变形特性的改变,等等。长期以来人们利用传统的土力学理论和方法,以天然状态的原状土为研究对象,进行有关物理力学特性的研究,并将其结果直接用于上述受施工扰动影响的土体强度、变形和稳定性问题,显然不符合由施工过程所引起的周围土体的应力状态改变、结构的变化、土体的变形、失稳和破坏的发展过程,从而造成许多岩土工程的失稳和破坏,给工程建设和周围环境带来很大危害。例如,岸坡滑坡事故,主要原因之一是对受施工扰动引起周围土体性质的改变和在施工中结构与土体介质的变形、失稳、破坏的发展过程认识不足,或者虽对此有所认识,但没有更好的理论和方法去解决而引起的。因而在确保工程自身安全的同时,如何顾及周围土体介质和构筑物的稳定,已经引起人们的重视。这些问题属于河港环境岩土工程的范畴。

  (1)开挖岸坡的环境岩土工程

  河港开挖边坡主要有三个方面的原因:一为场区填土石方所用;二为建筑材料之故;三为拓展港区场地争取发展空间。边坡的开挖改变了岩土的边界条件,随着对处于相对平衡状态的边坡进行开挖,常使之变为非安全地带,在某些构造裂隙发育、结构面组合有利于边坡产生滑动的坡脚开挖土石方,常产生塌方,形成规模不等的滑坡或诱发“死滑坡”的复活。

  (2)打桩的环境岩土工程

  河港的改造和建设中,打桩是最普遍的施工方法。打桩施工会对周围土体产生扰动,如不加以研究和进行有效控制,会引发环境岩土工程问题,如港区大面积的地基沉陷。由于河港的地下水位普遍受河水位变化的影响,在靠近河边松软土层赋存的地段进行打桩施工时,常因地下水位的变化而引起大面积的地基沉陷,更有甚者还引起码头岸坡土体大面积向河心滑移变形。产生这种现象的原因有三方面:其一是打桩振动引起松散砂土的液化;其二是地下水位的下降使土层容重骤然增大,地基土在打桩振动力作用下产生瞬时的固结沉降;其三是施工附加荷载作用。

  (3)港池与航道疏浚的环境岩土工程

  在河港的建设与运营中,港池与航道的疏浚是经常性要做的工作,它改变了港池和航道的地形及水深条件,其所带来的影响有三个方面:一是水下地形坡降增大,构成水下边坡。在软土区易产生向槽内的水平塑流和回淤,甚至形成水下滑坡;二是由于水下地面滩槽水深比的改变,港区自然淤积在局部地段增大,但随着疏浚面积的扩大,淤积强度会趋于稳定;三是由于港池水深加大,使原地基土的应力释放,长期强度降低,致使某些重力式码头发生开裂和不均匀沉降。

  (4)填土处理的环境岩土工程

  在上游河港,比较发育纵横交错的冲沟,这些冲沟常被各种成分混杂的垃圾、碎砖块、煤渣等杂填土所掩埋而成为港区建设中不利的岩土工程因素。在我国长江下游及沿海一带的河港区,常见吹填砂土,它是由水力冲填泥沙而形成的填土,其性质为成分的不均匀性、低强度和易产生潜蚀与流砂。港池和航道疏浚工作中被清理出来的淤泥、淤泥质土、有机质土和生活废弃物,也是河港建设中的特殊岩土工程因素。对于这些填土的处理,可以考虑采用碱液注浆、压密注浆、粉喷桩加固、强夯等办法,对其进行处理。

参考文献

  1. 李国明,音俊峰.论河港的环境岩土工程[J].安徽地质,2011(3)
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