淺談軟土地基上新型港工結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問(wèn)題資料

1、港口工程學(xué)淺談軟土地基上新型港工結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問(wèn)題目錄目錄研究背景及意義研究背景及意義傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式適于軟土地基結(jié)構(gòu)型式適于軟土地基結(jié)構(gòu)型式承載承載特性與破壞特性與破壞模式模式結(jié)論與展望結(jié)論與展望研究背景及意義研究背景及意義1 航運(yùn)事業(yè)發(fā)展u改革開(kāi)放u經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化u天津?yàn)I海、珠江口、長(zhǎng)江口2 港工選址u港口、防波堤u近海水域外海水域u波浪、地質(zhì)條件惡劣3 軟土地基u渤海灣沿岸、連云港u杭州灣、閩江口u含水量高、孔隙比大u滲透性差、承載力低2 傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式 u 對(duì)防波堤結(jié)構(gòu)而言，目前工程中大多采用的是傳統(tǒng)型式防波堤，如斜坡式防波堤、重力式防波堤、樁式防波堤等。u 對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)

2、而言，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式主要包括重力式碼頭、板樁碼頭、高樁碼頭等。傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式1 斜坡式防波堤u材料用量、工程造價(jià)與水深有關(guān)u水深增大、造價(jià)大幅增加u不適用于深水條件圖1 斜坡式防波堤圖2 直立式防波堤2 直立式防波堤u水深較大時(shí)造價(jià)比斜坡式低u對(duì)地基不均勻沉降敏感u對(duì)地基承載力要求較高u不適用于軟土地基3 樁式防波堤u分為單排樁式、雙排樁式、格型鋼板樁結(jié)構(gòu)u適用于水深較大、波浪較強(qiáng)情況u施工難度很大圖3 單排樁式防波堤圖4 雙排樁式式防波堤傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式1 重力式碼頭u自重大u對(duì)地基條件要求高u需對(duì)地基大規(guī)模加固處理2 板樁碼

3、頭u靠板樁墻擋土，承受較大土壓力u板樁墻是薄弱構(gòu)件u強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水深影響很大圖5 重力式碼頭圖6 板樁碼頭傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式3 高樁碼頭u適用于深水軟土地基u上部構(gòu)件種類(lèi)繁多u施工難度大u成本較高u耐久性差圖7 高樁碼頭3 適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式u 面對(duì)軟土地基這一難題，許多新型防波堤結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)，如沉入式大直徑圓筒防波堤、半圓形防波堤、箱筒型基礎(chǔ)防波堤等，這些新型結(jié)構(gòu)適用于深水條件。u 近年來(lái)開(kāi)發(fā)的適用于軟土地基的新型碼頭結(jié)構(gòu)主要有大圓筒碼頭、格形鋼板樁碼頭、遮簾樁板樁碼頭等，這些結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)碼頭結(jié)構(gòu)的不足，在深水軟粘海岸地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。圖

4、8 半圓形防波堤結(jié)構(gòu)斷面圖適用于適用于軟土軟土地基的結(jié)構(gòu)型式地基的結(jié)構(gòu)型式1半圓形重力式結(jié)構(gòu)u堤身重量輕，產(chǎn)生地基應(yīng)力小u易于滿(mǎn)足軟土地基承載力要求u圓弧形迎浪面減小水平波浪力u波浪荷載作用方向均通過(guò)圓心u對(duì)堤身不產(chǎn)生傾覆力矩u有利于結(jié)構(gòu)抗滑、抗傾穩(wěn)定性 天津港 防波堤工程 長(zhǎng)江口深水航道整治圖9 箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)斷面適用于適用于軟土軟土地基的結(jié)構(gòu)型式地基的結(jié)構(gòu)型式2筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)u由多組鋼圓筒經(jīng)拼裝焊接而形成整體u將無(wú)底的筒型殼體下部沉入軟土地基u靠地基對(duì)沉入地基中筒體的嵌固作用維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性u(píng)適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式 天津港 防波堤工程 港珠澳大橋 人工島圍堰適用于適用于軟土軟土地基的結(jié)構(gòu)型

5、式地基的結(jié)構(gòu)型式3深水全直樁結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)高樁碼頭結(jié)構(gòu)相比，具有以下特點(diǎn)：u結(jié)構(gòu)的柔性增加、位移增大、自振周期增長(zhǎng)， 波浪結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題和結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題將會(huì)變得明顯。u全直樁碼頭結(jié)構(gòu)的直樁需要同時(shí)承受垂直荷載和水平荷載， 其承載機(jī)理、破壞模式及設(shè)計(jì)計(jì)算方法等與傳統(tǒng)的高樁碼頭結(jié)構(gòu)存在較大差別， 是有待深入研究的課題。圖10 全直樁結(jié)構(gòu)斷面適用于適用于軟土軟土地基的結(jié)構(gòu)型式地基的結(jié)構(gòu)型式4 遮簾式板樁結(jié)構(gòu)u在傳統(tǒng)板樁碼頭地連墻和錨碇墻之間增設(shè)一排或幾排鋼筋混凝土灌注樁（遮簾樁）而形成的新型結(jié)構(gòu)u遮簾樁的作用是承擔(dān)一部分土壓力u減小前墻受力，增強(qiáng)碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性u(píng)遮簾樁的存在，使整個(gè)碼頭結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理

6、變得十分復(fù)雜。圖11 遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖適用于適用于軟土軟土地基的結(jié)構(gòu)型式地基的結(jié)構(gòu)型式4 遮簾式板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算方法圖11 遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖(1)數(shù)值模擬 研究遮簾樁與前墻的距離及遮簾樁剛度對(duì)碼頭穩(wěn)定性的影響結(jié)果表明：前墻內(nèi)力受墻樁距離影響很大，墻樁距離增大會(huì)削弱遮簾樁的擋土作用，而遮簾樁剛度越大，越能有效阻止土體變形，擋土效果越好。(2) ANSYS 有限元計(jì)算 通過(guò)改變遮簾樁間距，從樁體位移、應(yīng)力等方面分析樁間距對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。(3) 土壓力分析 將結(jié)構(gòu)劃分為五個(gè)土壓力計(jì)算區(qū)域，利用郎肯、庫(kù)倫土壓力計(jì)算公式對(duì)各區(qū)域土壓力分別進(jìn)行計(jì)算，討論粘性土與非粘性土兩種情況下土壓力的簡(jiǎn)化

7、計(jì)算方法。4 新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式u 抗滑穩(wěn)定性靠其自身重量保證u 重量過(guò)輕會(huì)產(chǎn)生滑移失穩(wěn)u 重量過(guò)重會(huì)導(dǎo)致地基承載力破壞 在長(zhǎng)江口深水航道治理工程中，安裝的16個(gè)半圓形沉箱導(dǎo)流堤在一次風(fēng)暴潮過(guò)后，其中8個(gè)半圓形沉箱構(gòu)件出現(xiàn)1.0-4.5的沉降；5個(gè)半圓形沉箱構(gòu)件出現(xiàn)1-4m的滑移，一個(gè)半圓形沉箱構(gòu)件的滑移量達(dá)50m。新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式圖12 半圓堤極限承載力包絡(luò)線1 半圓形重力式結(jié)構(gòu)主要失穩(wěn)破壞形式：滑移和地基過(guò)量沉降u 研究初期， 將沉入式大圓筒結(jié)構(gòu)作為重力式結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)江口深水航道治理工程中在筒頂加設(shè)480t重混凝土塊體，試驗(yàn)段4個(gè)大圓筒導(dǎo)流堤

8、全部?jī)A覆。u 在極限狀態(tài)下筒體繞接近筒軸線的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)， 根據(jù)圓筒沉入土中深度與筒徑比值等條件不同， 轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)會(huì)有在同內(nèi)或筒底以下兩種情況。2 筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)u 基床式大圓筒結(jié)構(gòu)屬于重力式結(jié)構(gòu)u 沉入式大圓筒結(jié)構(gòu)屬筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖13 沉入式大圓筒結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞模式新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式3 深水全直樁結(jié)構(gòu)u 承載力主要由樁基豎向承載力、樁基水平承載力、樁身材料承載力決定u 破壞模式有樁基豎向承載力破壞、樁基水平承載力破壞和樁身材料強(qiáng)度破壞圖14 全直樁結(jié)構(gòu)荷載-位移曲線u 荷載-位移曲線：采用彈性模型和彈塑性模型兩種情況u 初期階段均基本呈線性變化u 隨著荷載增大彈塑

9、性模型曲線已經(jīng)出現(xiàn)明顯的漸近線，結(jié)構(gòu)已達(dá)到極限承載狀態(tài)；彈性模型曲線未出現(xiàn)漸近線， 表明結(jié)構(gòu)仍未達(dá)到極限承載狀態(tài)。u 結(jié)論：基樁的塑性破壞是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的控制因素，地基土體的承載力對(duì)結(jié)構(gòu)水平極限承載力不起決定性作用。新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式5 結(jié)論與展望研究開(kāi)發(fā)適用于離岸深水施工和研究開(kāi)發(fā)適用于離岸深水施工和復(fù)雜地質(zhì)條件的新型復(fù)雜地質(zhì)條件的新型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)深化深化研究新型結(jié)構(gòu)的研究新型結(jié)構(gòu)的承載機(jī)理和破壞模式，承載機(jī)理和破壞模式， 完善計(jì)算方法，完善計(jì)算方法， 在工程中得到更廣泛應(yīng)用在工程中得到更廣泛應(yīng)用研究在軟土地基上建造傳統(tǒng)重力式結(jié)構(gòu)的研究在軟土地基上建造傳統(tǒng)重力式

10、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步深入研究循環(huán)荷載作用下軟土強(qiáng)度進(jìn)一步深入研究循環(huán)荷載作用下軟土強(qiáng)度弱化及地基承載弱化及地基承載特性特性波浪波浪-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-軟土地基相互作用軟土地基相互作用物理模型試驗(yàn)、物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬方法研究數(shù)值模擬方法研究結(jié)論與展望結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 范期錦, 李乃揚(yáng). 長(zhǎng)江口二期工程北導(dǎo)堤局部破壞的原因及對(duì)策J. 中國(guó)港灣建設(shè), 2004, (2):1-8. 2 謝世楞. 半圓形防波堤的設(shè)計(jì)和研究進(jìn)展J. 中國(guó)工程科學(xué), 2000, 2(11):35-39. 3 周寶勇. 半圓型防波堤地基承載力計(jì)算方法研究D. 天津大學(xué), 2009.4 肖忠, 王元戰(zhàn), 及春寧,等. 筒型基礎(chǔ)防波堤穩(wěn)定性有限元數(shù)值分析J. 土木工程學(xué)報(bào), 2009, (7):119-125.5 王元戰(zhàn), 肖忠, 遲麗華,等. 筒型基礎(chǔ)防