河港

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什麼是河港

  河港是指建設在具有河流水文特征的水體沿岸的港口(主要設置在河流沿岸),它是實施貨物裝卸貯存、旅客往來的工程設施,是內河運輸的集散地,也是水陸聯運的樞紐,多以內貿為主。

河港的分類

  • 按裝卸貨物種類分:

  ①綜合港(普通港):裝卸各種不同包裝的貨物(包裝、袋裝、 捆裝)、件貨(五金機械、農具)、散堆貨物(煤、礦石、糧食、 肥料),木材及溶體、油類等的港口;

  ②專業港:裝卸某種單一貨物的港口。如礦石港、煤港、油港;

  ③客運港:專門停泊客輪和轉運快件貨物的港口;

  ④其他港口:如軍港、漁港。

  • 按設臵地點分:

  ①河港:沿河修建的港口。如武漢港、南京港等。

  ②運河港:沿人工開挖的河流修建的港口。如京杭運河上的蘇州 港、常州港等。

  ③湖港(水庫港):沿湖邊或水庫邊的港口:如岳陽港、丹江港。

  • 按修建形式分:

  ①順岸式河港;

  ②挖入式河港。

河港的環境岩土工程[1]

河港大環境岩土工程

  河流的空間跨度很大,以長江為例,其可航河道在3000公裡以上。河港因其所處地域的不同,具有不同的地質(岩土)環境:從地形地貌上看,上游河港大多背靠中低山丘,後方陸域場區狹窄,碼頭區系沖刷強烈的礫卵石河漫灘及岩質河床;中下游河港多以階地或河漫灘為陸域,以平緩寬闊的河床為碼頭區,在河漫灘的背後常見古河道遺跡和低窪沼澤地形。河港的岩土特性一般表現為上游基岩裸露,覆蓋層厚度起伏較大,碼頭區常見卵石漂石和粗粒砂土,陸域場區以年代較老的粘性土和粗粒砂土為主;中下游基岩埋藏較深,第四系全新統土層較厚,尤以賦存較厚的軟土層和細粒砂土為特點。上游河港區域地質構造普遍比較發育,地殼相塒上升,新構造運動比較顯現;中下游河港多為隱伏構造,地殼運動相對均衡與穩定。上游河港地下水埋藏較深,對場區建築影響較小,中下游河港地下水普遍較淺,動態變化較大,它對港區工程影響較大,常出現流砂、管涌現象,在吹填砂土地區尤為明顯。此外,在一些河流中下游常見一些隱伏岩溶地形,它對碼頭樁基的設計與施工影響很大,在兒米間距的範圍內基岩面落差達十餘米。河港正是由於這些複雜的地質(岩土)環境的存在,引發了一系列大環境岩土工程。

  1.滑坡引起的環境岩土工程

  河流上游流域在長期的發展演化過程中往往形成了許許多多間歇性的古滑坡、縱橫交錯的沖溝以及河水沖刷的陡峻岸坡,這些地質(岩土)環境往往在一定的條件作用下形成(或者複活)滑坡;中下游河流在枯水季節, 由於河水變化,組成岸坡的軟土層天然容重明顯增大,而軟土層中孔隙水排泄不暢,容易形成軟土滑坡。對滑坡的防治,常用的工程類別有支擋、減載、加固和排水工程等。

  2.泥石流引起的環境岩土工程

  在河流的上游,由於暴雨山洪的沖蝕作用,常在岸邊斜坡地帶形成鬆散的沖洪積物堆積區,從而誘發泥石流。這種情況在黃河上游尤為常見,黃河上游水土流失現象相當嚴重,向源侵蝕的沖溝常切割到下部基岩,大量的黃土層在暴雨的沖蝕下以泥石流的方式輸入溝谷,在溝底形成開闊的鬆散堆積谷地,隨著堆積物的增多,在又一次暴雨季節期間常常釀成大規模的泥石流的產生。對泥石流的防治工程,常見的有攔截、疏導和防護工程。

  3.崩岸引起的環境岩土工程

  依動力作用特征,崩岸形式有流水沖蝕崩岸、地下水滲流變形崩岸和風浪洗蝕崩岸三大類型。河流崩岸主要發生在洪峰過後的河水回落與次年洪水前之間的平、枯水期。原因是高洪水期河水的側壓力和浮力對岸坡起到保護作用,而低水位期地下水的滲透變形作用對崩岸生成和發展起到誘導和加劇作用。解決崩岸的岩土工程措施,常見的有在水下拋石、水上(枯水期)砌石護岸或在上游一定距離處修築挑流磯頭,將主流線挑向河流中心等。

  4.河流淤積引起的環境岩土工程

  在河港的建設與使用過程中,港池航道的淤積是影響港口使用壽命和建設費用的重要因素之一。在河流凸岸和河水分流帶,由於河水迴流作用,泥沙淤積比較明顯,使主航道逐漸變遷,因此而影響碼頭的正常使用,淤積嚴重的地方常常使碼頭停止作業,甚至使水碼頭變為旱碼頭。另外,河道淤積嚴重,會加劇洪水災害,導致河港區地下水位不斷上升,土體有效應力降低,從而產生液化和震陷現象加劇、地基承載力降低等一系列岩土問題。解決淤積的岩土工程措施,常用的是經常對港池和航道進行疏浚。

  5.流土、管涌引起的環境岩土工程

  河流由於其特殊的位置,地基土體往往承受較大的水頭,在滲透力作用下,土體易發生流土和管涌現象。流土破壞的危害性很大,因為流土破壞一旦發生,它是土體的整體破壞、流土通道會迅速向上游或橫向延伸,一旦搶救不及時或措施不得當,就有造成土體結構破壞、引發潰岸(堤)災難的發生。管涌破壞並不會直接造成土體結構破壞,但是管涌型土發生管涌破壞,管涌通道貫通上游後,若滲流坡降繼續增大,管涌型土也會發生流土破壞。解決流土、管涌的岩土工程措施,常用換層、加高培厚土層、灌漿、混凝土面層防護等。

  6.砂土液化引起的環境岩土工程

  河流中下游兩岸往往賦存較厚層鬆散一中密狀態的飽和砂土或粉土,且覆蓋層較薄及地下水埋深較淺。這在地震作用下易發生液化。砂土液化是地震引起的最顯著的震害形式之一,通常伴隨大規模的巨集觀震害,地面顯著沉陷、岸坡迅速滑移、地裂和噴水冒砂等,使工程場地地基失效,導致港口人們生命財產的巨大損失。對砂土液化進行判別和岩土工程處理是河港環境岩土工程的重要組成部分。

河港小環境岩土工程

  1.河港人類生產、生活活動引起的環境岩土工程

  長期以來,大多數岩土工程項目設計都是視荷載條件而定,而忽略了控制所有土木工程結構總體穩定性的岩土環境因素。分析在變化的環境下的岩土體的性能,考慮有害物質對岩土體的危害程度,進而評價河港及碼頭的岩土體的穩定性,是河港環境岩土工程的重要任務。

  自2O世紀8O年代以來,我國許多內河受到工業和城市生活排污水的污染,導致河流流域地表水和地下水的惡化,其危害性不僅直接威脅人們的身體健康,而且威脅到河流兩岸的建(構)築物,而河港首當其衝。各種環境條件下的各類岩土體常常發生許多早期破壞和漸進破壞,這些破壞不僅僅是由荷載因素而引起的,還與其他因素,如化學的、物理化學的和微生物的因素有關,而污染的地表水和地下水對河港岩土體的破壞和處理是河港環境岩土工程亟待解決的重大課題之一。

  除了由上游工業、農業和城市生活污水對河港岩土體造成影響外,河港本身生活、生產活動產生的廢棄物污染也成了重大問題,如河港在裝卸貨物的過程中有害物質滲漏滲入港口地基土中;堆積的散貨下雨時一些可溶物質隨雨水滲入地下;河港的生活垃圾的貯存、處理和管理也是問題。

  2.河港人類工程活動引起的環境岩土工程

  21世紀以來,經濟的快速增長對水運的要求激增和河港基礎設施相對落後的矛盾日益加劇,河港基礎設施需要不斷更新和改善。目前我國河港的工程建設進入了大發展時期,在河港特別是在大型河港的建設中,大開挖、打樁、施工降水、強夯、註漿、各種施工方法的土性改良、回填等,都對河港周圍土體穩定性造成重大影響。由於施工擾動,影響到周圍土體工程性質的變化,如土的應力狀態和應力路徑的改變,密實度和孔隙比的變化,土體抗剪強度的降低和提高以及土體變形特性的改變,等等。長期以來人們利用傳統的土力學理論和方法,以天然狀態的原狀土為研究對象,進行有關物理力學特性的研究,並將其結果直接用於上述受施工擾動影響的土體強度、變形和穩定性問題,顯然不符合由施工過程所引起的周圍土體的應力狀態改變、結構的變化、土體的變形、失穩和破壞的發展過程,從而造成許多岩土工程的失穩和破壞,給工程建設和周圍環境帶來很大危害。例如,岸坡滑坡事故,主要原因之一是對受施工擾動引起周圍土體性質的改變和在施工中結構與土體介質的變形、失穩、破壞的發展過程認識不足,或者雖對此有所認識,但沒有更好的理論和方法去解決而引起的。因而在確保工程自身安全的同時,如何顧及周圍土體介質和構築物的穩定,已經引起人們的重視。這些問題屬於河港環境岩土工程的範疇。

  (1)開挖岸坡的環境岩土工程

  河港開挖邊坡主要有三個方面的原因:一為場區填土石方所用;二為建築材料之故;三為拓展港區場地爭取發展空間。邊坡的開挖改變了岩土的邊界條件,隨著對處於相對平衡狀態的邊坡進行開挖,常使之變為非安全地帶,在某些構造裂隙發育、結構面組合有利於邊坡產生滑動的坡腳開挖土石方,常產生塌方,形成規模不等的滑坡或誘發“死滑坡”的複活。

  (2)打樁的環境岩土工程

  河港的改造和建設中,打樁是最普遍的施工方法。打樁施工會對周圍土體產生擾動,如不加以研究和進行有效控制,會引發環境岩土工程問題,如港區大面積的地基沉陷。由於河港的地下水位普遍受河水位變化的影響,在靠近河邊鬆軟土層賦存的地段進行打樁施工時,常因地下水位的變化而引起大面積的地基沉陷,更有甚者還引起碼頭岸坡土體大面積向河心滑移變形。產生這種現象的原因有三方面:其一是打樁振動引起鬆散砂土的液化;其二是地下水位的下降使土層容重驟然增大,地基土在打樁振動力作用下產生瞬時的固結沉降;其三是施工附加荷載作用。

  (3)港池與航道疏浚的環境岩土工程

  在河港的建設與運營中,港池與航道的疏浚是經常性要做的工作,它改變了港池和航道的地形及水深條件,其所帶來的影響有三個方面:一是水下地形坡降增大,構成水下邊坡。在軟土區易產生向槽內的水平塑流和回淤,甚至形成水下滑坡;二是由於水下地面灘槽水深比的改變,港區自然淤積在局部地段增大,但隨著疏浚面積的擴大,淤積強度會趨於穩定;三是由於港池水深加大,使原地基土的應力釋放,長期強度降低,致使某些重力式碼頭髮生開裂和不均勻沉降。

  (4)填土處理的環境岩土工程

  在上游河港,比較發育縱橫交錯的沖溝,這些沖溝常被各種成分混雜的垃圾、碎磚塊、煤渣等雜填土所掩埋而成為港區建設中不利的岩土工程因素。在我國長江下游及沿海一帶的河港區,常見吹填砂土,它是由水力沖填泥沙而形成的填土,其性質為成分的不均勻性、低強度和易產生潛蝕與流砂。港池和航道疏浚工作中被清理出來的淤泥、淤泥質土、有機質土和生活廢棄物,也是河港建設中的特殊岩土工程因素。對於這些填土的處理,可以考慮採用鹼液註漿、壓密註漿、粉噴樁加固、強夯等辦法,對其進行處理。

參考文獻

  1. 李國明,音俊峰.論河港的環境岩土工程[J].安徽地質,2011(3)
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