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

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

目錄研究背景及意義傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式適于軟土地基結(jié)構(gòu)型式承載特性與破壞模式結(jié)論與展望研究背景及意義1航運(yùn)事業(yè)發(fā)展改革開(kāi)放經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化天津?yàn)I海、珠江口、長(zhǎng)江口2港工選址港口、防波堤近海水域→外海水域波浪、地質(zhì)條件惡劣3軟土地基渤海灣沿岸、連云港杭州灣、閩江口含水量高、孔隙比大滲透性差、承載力低2傳統(tǒng)港工結(jié)構(gòu)型式

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。對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)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1斜坡式防波堤材料用量、工程造價(jià)與水深有關(guān)水深增大、造價(jià)大幅增加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直立式防波堤水深較大時(shí)造價(jià)比斜坡式低對(duì)地基不均勻沉降敏感對(duì)地基承載力要求較高不適用于軟土地基3樁式防波堤分為單排樁式、雙排樁式、格型鋼板樁結(jié)構(gòu)適用于水深較大、波浪較強(qiáng)情況施工難度很大圖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1重力式碼頭自重大對(duì)地基條件要求高需對(duì)地基大規(guī)模加固處理2板樁碼頭靠板樁墻擋土，承受較大土壓力板樁墻是薄弱構(gòu)件強(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3高樁碼頭適用于深水軟土地基上部構(gòu)件種類繁多施工難度大成本較高耐久性差圖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。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8半圓形防波堤結(jié)構(gòu)斷面圖適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式半圓形重力式結(jié)構(gòu)堤身重量輕，產(chǎn)生地基應(yīng)力小易于滿足軟土地基承載力要求圓弧形迎浪面減小水平波浪力波浪荷載作用方向均通過(guò)圓心對(duì)堤身不產(chǎn)生傾覆力矩有利于結(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)斷面適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由多組鋼圓筒經(jīng)拼裝焊接而形成整體將無(wú)底的筒型殼體下部沉入軟土地基靠地基對(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軟土地基的結(jié)構(gòu)型式深水全直樁結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)高樁碼頭結(jié)構(gòu)相比，具有以下特點(diǎn)：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。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)斷面適用于軟土地基的結(jié)構(gòu)型式4遮簾式板樁結(jié)構(gòu)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)遮簾樁的作用是承擔(dān)一部分土壓力減小前墻受力，增強(qiáng)碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遮簾樁的存在，使整個(gè)碼頭結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理變得十分復(fù)雜。圖11遮簾式板樁碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖適用于軟土地基的結(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)化計(jì)算方法。4新型結(jié)構(gòu)的承載特性與破壞模式抗滑穩(wěn)定性靠其自身重量保證重量過(guò)輕會(huì)產(chǎn)生滑移失穩(wěn)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)流堤全部?jī)A覆。

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)基床式大圓筒結(jié)構(gòu)屬于重力式結(jié)構(gòu)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3深水全直樁結(jié)構(gòu)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-位移曲線荷載-位移曲線：采用彈性模型和彈塑性模型兩種情況初期階段均基本呈線性變化隨著荷載增大彈塑性模型曲線已經(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)。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5結(jié)論與展望研究開(kāi)發(fā)適用于離岸深水施工和復(fù)雜地質(zhì)條件的新型結(jié)構(gòu)淺談軟土地基上新型港工結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問(wèn)題深化研究新型結(jié)構(gòu)的承載機(jī)理和破壞模式，完善計(jì)算方法，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)的基礎(chǔ)理論和應(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)度弱化及地基承載特性波浪-結(jié)構(gòu)-軟土地基相互作用物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬方法研究結(jié)論與展望參考文獻(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)防波堤穩(wěn)定性簡(jiǎn)化計(jì)算方法[J].巖土力學(xué),2009,30(5)