淺談T型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)的受力特性

1、    淺談t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)的受力特性    賀飛摘 要：t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)的受力特性較復(fù)雜，在考慮錨錠位移等因素后，采用有限元法分析，前墻入土深度、錨錠墻長(zhǎng)度、拉桿長(zhǎng)度對(duì)錨錠點(diǎn)位移、結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及拉桿內(nèi)力影響較大，需要進(jìn)行控制，直接影響結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合工程量等因素，t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)更適合考慮錨點(diǎn)位移、大噸位碼頭。關(guān)鍵詞：t型樁 組合式碼頭結(jié)構(gòu) 受力特性板樁碼頭結(jié)構(gòu)是三大碼頭結(jié)構(gòu)型式之一，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工速度快、對(duì)復(fù)雜地形條件適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。板樁碼頭的設(shè)計(jì)理論、方法尚不成熟。隨著港口建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，大型

2、深水碼頭需求的增加，碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了豎向彈性地基梁法不同結(jié)構(gòu)、不同土質(zhì)等情況下模型分析，絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為t型截面適合作為大剛度板樁碼頭最適合的截面形式。國(guó)內(nèi)已提出了t型截面連墻施工工藝，即在水泥攪拌土植入鋼砼t型樁，還可進(jìn)行連續(xù)地下施工，一定程度上克服了施工過(guò)程中，取土對(duì)結(jié)構(gòu)載荷的影響。對(duì)于中小型的板樁碼頭結(jié)構(gòu)，實(shí)踐證實(shí)內(nèi)力折減法還是非常有用的，但t型截面連墻往往為大型碼頭鑄造結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法并不適用。本次研究采用有限元分析法簡(jiǎn)要分析t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)的受力特性，為完善該設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)影響因素為利用有限元優(yōu)選連墻碼頭結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)

3、行有限元分析，分析明確敏感因素、影響規(guī)律，從而分析影響碼頭結(jié)構(gòu)內(nèi)力、拉桿拉力、錨錠點(diǎn)唯一的因素。采用plaxis軟件，嘗試分析前墻入土深度、前墻剛度、錨錠墻長(zhǎng)度與剛度、拉桿長(zhǎng)度等因素影響。以10萬(wàn)噸級(jí)t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)為例。前沿泥面標(biāo)高-16.0m，頂標(biāo)高6.0m，錨錠墻頂標(biāo)高3.5m，錨錠點(diǎn)標(biāo)高3.0m，水位0.5m。前墻與錨錠墻為c30鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，e=3.0×104mpa；拉桿q235材質(zhì)，e=2.0×105mpa。距碼頭前沿40m內(nèi)面載30kpa，40m外面載50kpa。地基寬度360m，深度120m，結(jié)構(gòu)距各邊界最小距離>3倍結(jié)構(gòu)尺寸。按照常規(guī)土

4、體物理學(xué)指標(biāo)，板樁墻前土體采用快剪指標(biāo)，墻厚采用固結(jié)快剪。初步計(jì)算，最小前墻入土深度再7m以上，故選擇812m五種情況。計(jì)算結(jié)果如表1。隨著時(shí)間的推移，入土深度的增加，錨錠點(diǎn)位移不斷縮小增加，但隨著入土深度的增加，前板樁墻正彎矩也會(huì)逐漸下降，負(fù)彎矩逐漸上升，錨錠墻的負(fù)彎矩逐漸下降。同法計(jì)算，計(jì)算彎矩情況，滿足配筋、裂縫寬度要求t型前墻肋高需要4200mm，故以500mm為一個(gè)跨度，進(jìn)行分析計(jì)算各截面的抗拉剛度ea、抗彎抗毒ei。結(jié)果顯示各個(gè)階段隨著前墻抗彎剛度的增加，前板樁墻正負(fù)彎度、錨錠點(diǎn)位移、拉桿里不會(huì)發(fā)生顯著變化。從這一角度來(lái)看，設(shè)計(jì)的前墻截面僅需要滿足強(qiáng)度、裂縫要求即可，確定所需的最小

5、錨錠墻長(zhǎng)度為11.5m。以0.5m為跨度進(jìn)行分析，結(jié)果顯示隨著墻體長(zhǎng)度的增加，錨錠點(diǎn)各個(gè)時(shí)間段的唯一逐漸下降，前板樁墻正彎矩逐漸上升、負(fù)彎矩逐漸下降，錨錠墻負(fù)彎矩逐漸上升，拉桿力也逐漸上升。計(jì)算滿足強(qiáng)度配筋、裂縫寬度要求的墻體最小寬度800mm，以200為一個(gè)跨度，向上進(jìn)行分析，計(jì)算ea、ei，結(jié)果顯示其對(duì)錨錠點(diǎn)位移、前板樁墻等影響并不大。故，從工程難以角度來(lái)看，選擇最小截面尺度最為合理。同理計(jì)算得到最佳的拉桿長(zhǎng)度為50m、拉桿單寬抗拉剛度1.33mm。通過(guò)對(duì)以上因素進(jìn)行分析，結(jié)果確定了部分指標(biāo)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，另得出前墻入土深度、錨錠墻長(zhǎng)度、拉桿長(zhǎng)度對(duì)錨錠點(diǎn)位移、結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及拉桿內(nèi)力影響較大，

6、需要進(jìn)行控制。2.工程模擬分析以單錨板樁碼頭為例，主要由前方板樁墻、后方錨錠墻組成，間距35m，拉桿相連接。前墻厚度 1000mm，c30鋼筋混凝土地連墻結(jié)構(gòu)，e=3.0×104mpa；錨錠墻厚8 0 0m m，c25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，e=2.8×104mpa；拉桿85鋼拉桿，材料e=2.0×105mpa，間距1.5m。錨錠點(diǎn)標(biāo)高1.5m，碼頭前沿泥標(biāo)高-14.0m，頂標(biāo)高4.0m。采用大型平面應(yīng)變模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尺寸1000mm×400mm×1000mm，比例尺n=52.6。地基土為自然風(fēng)干粉細(xì)砂，模型基土厚度790mm，構(gòu)建有限元，采用plax

7、is程序建立應(yīng)變模型，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算；采用15點(diǎn)節(jié)點(diǎn)三角形單元，hs模型模擬本構(gòu)關(guān)系，拉桿采用對(duì)點(diǎn)錨桿模擬。結(jié)果顯示如表2。實(shí)測(cè)以及有限元分析結(jié)果相近，相對(duì)誤差在1%以內(nèi)。國(guó)內(nèi)尚缺乏t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)實(shí)例，考慮到bz軟件無(wú)法將拉桿長(zhǎng)度作為可變因素，故僅針對(duì)前墻入土深度、錨錠墻長(zhǎng)度兩個(gè)因素進(jìn)行分析，計(jì)算得出隨著錨錠墻長(zhǎng)度增加，前墻正彎矩增大，則負(fù)彎矩減少，錨錠負(fù)彎矩真極大，拉力增大。而采用規(guī)范方法則認(rèn)為，隨著錨錠點(diǎn)位移增加、結(jié)構(gòu)尺度增加，負(fù)彎矩逐漸成為控制彎矩，考慮可能因?yàn)橐?guī)范方法未能考慮土壓力的影響。3.小結(jié)從有限元分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)于t型截面，直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，前墻入土深度、錨

8、碇墻長(zhǎng)度及拉桿長(zhǎng)度為力學(xué)結(jié)構(gòu)的敏感因素。隨著錨錠位移增加，t型截面前墻所需載面高度下降，考慮錨錠位移對(duì)樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)優(yōu)選影響較大，t型樁基地連墻組合式碼頭結(jié)構(gòu)更適合考慮錨點(diǎn)位移、大噸位碼頭。當(dāng)然，本次研究中，僅進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的有限元分析，未能探討樁間土等因素對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響；除錨點(diǎn)位移外，碼頭前沿土及橫梁底部的豎向位移等參數(shù)也會(huì)影響其力學(xué)特性，不同時(shí)期環(huán)境對(duì)兩側(cè)板樁墻也會(huì)產(chǎn)生影響，造成沉降等負(fù)面后果。需綜合其他因素，分析該結(jié)構(gòu)在各種荷載下不同完建時(shí)期的位移情況，進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。開(kāi)挖的方案對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也較大，直接影響后續(xù)荷載，有必要考慮海側(cè)樁的傾斜度變化，分析施工過(guò)程中兩側(cè)樁以及連墻的土壓力分布。參考文獻(xiàn)：1劉華如.超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)j.科技資訊，2015，08：82.2張煒煌.超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)j.水運(yùn)工程，2014，04：52-56.3薛浩，徐磊，徐士方，等.高應(yīng)變動(dòng)力試樁對(duì)摩擦型樁檢測(cè)的研究分析j.工程質(zhì)量，2014，07：62-65.4林祖鍇，黃俊光.端承型樁基礎(chǔ)在扶壁式擋墻中的應(yīng)用j.廣東水利水電，2014，05：48-51.5閆楠，楊俊杰，董猛榮，等.摩擦型樁表面劣化時(shí)的沉降特性室內(nèi)模擬試驗(yàn)n.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)