李文遠 陳晨

摘 要：采用ABAQUS軟件建立分離卸荷式板樁碼頭數(shù)值分析模型，研究卸荷平臺結構參數(shù)對分離卸荷式板樁碼頭結構力學性能的影響。結果表明：卸荷平臺的灌注樁和卸荷平臺的存在使碼頭前墻的土壓力和水平位移有較大幅度的減??；就京唐港分離卸荷式板樁碼頭而言，卸荷平臺結構的最佳參數(shù)：灌注樁間距為5.25 m，卸荷平臺寬度為10.0 m，卸荷平臺高程為-3.7 m。

關鍵詞：卸荷平臺 板樁碼頭 力學性能 數(shù)值分析

中圖分類號：U65 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0085-04

現(xiàn)代碼頭正向大型化、深水化發(fā)展。板樁碼頭以其強度高、耐腐蝕性強、能夠適應不同地基的變化、能滿足不同水位的施工條件等優(yōu)點，在現(xiàn)代碼頭中發(fā)揮著日益重要的作用。近年來，中外學者對板樁碼頭的研究主要集中在卸荷板[1]，遮簾樁對擋土墻土壓力的減壓作用和對位移的控制作用[2]；同時研究灌注樁樁長[3]、卸荷平臺高程、卸荷平臺寬度，灌注樁間距等結構參數(shù)的優(yōu)化處理問題[4-5]?，F(xiàn)代試驗模擬方法眾多，但多數(shù)是通過工程實例結合數(shù)值模擬的方法對板樁碼頭進行設計。其中，中交一航設計院在半遮簾板樁碼頭和全遮簾板樁碼頭的基礎上提出分離卸荷式連續(xù)墻板樁碼頭這種新型結構可以有效提高板樁碼頭的力學性能。文章以京唐港分離卸荷式板樁碼頭為研究對象，通過ABAQUS的二維數(shù)值模擬，探索了卸荷平臺結構參數(shù)對分離卸荷式板樁碼頭結構力學性能的影響規(guī)律，研究成果可為分離卸荷式板樁碼頭結構設計提供理論基礎。

1 數(shù)值分析模型

1.1 工程概況

根據京唐港區(qū)工程地質和泊位要求，在#18、#19深水泊位采用分離卸荷式板樁碼頭。該碼頭泥面高程為-15.5 m，碼頭頂面高程為4.0 m，碼頭前板樁墻結構采用地下連續(xù)墻型式，板樁墻的自由高度為20 m左右，板樁墻厚度為1.05 m，墻底標高為-34.0 m，板樁墻上部澆筑胸墻。卸荷平臺的基礎橫向為兩根灌注樁，中心間距為5.25 m，灌注樁縱向中心間距為4.4 m。海側樁為1 200 mm×1 600 mm灌注樁，距離前墻凈距為1.75 m，樁底標高為-34.0 m；陸側樁為1 200 mm×1 200 mm灌注樁，樁底標高為-40.0 m，混凝土卸荷平臺厚度為1.0m，承臺頂標高為-3.7 m，底標高為-2.7 m，錨碇墻厚為1.1 m，墻底標高為-19.0 m，其上澆筑導梁，導梁頂標高為-1.0 m。前板樁墻和錨碇墻之間采用Q345Φ95的鋼拉桿連接。起重機導軌基礎由灌注樁組成，中心距為4.4 m。碼頭區(qū)在鉆孔50 m深度范圍土層自上而下為粉細砂，淤泥質粘土，細中砂，粉質粘土夾層，細中砂。碼頭斷面如圖1所示。

1.2 數(shù)值分析模型

該模型土體所采用的本構關系為理想線彈性Morh-Coulomb模型，灌注樁和板樁碼頭主體均采用彈性材料?；诰€性減縮積分單元的特點，土體及樁模型均采用二維四節(jié)點平面單元（CPE4R），單元類型平面應變單元。模型網格劃分如圖2所示。

拉桿的連接點與錨碇板，前墻的接觸方式為TIE約束，卸荷平臺與承載灌注樁接觸部分采用TIE約束，碼頭結構與土體的其余接觸面采用摩擦接觸。摩擦接觸定義為General contact（Explicit），ABAQUS/Explicit中的通用接觸。為了模擬真實土體的受力狀態(tài)，需要對模型的初始應力進行定義，該模型采用ABAQUS中的Geonstatic對模型進行初始應力平衡。

1.3 模型驗證

南京水利水科研究院巖土工程研究所的龔麗飛[12]以及中國海洋大學的劉延致[5]結合京唐港#18、#19泊位碼頭結構運用離心模型試驗技術對分離卸荷式結構的受力狀態(tài)和變形特點的研究結果可用于ABAQUS軟件數(shù)值模擬結果的對比。分離卸荷式板樁碼頭前墻陸側土壓力強度的離心模擬試驗結果與ABAQUS數(shù)值模擬結果如圖3所示。

由圖3可以看出，ABAQUS模擬出的結果與離心模型試驗結果比較吻合。從而驗證了文章建立的分離卸荷式板樁碼頭結構的數(shù)值分析模型的有效性。

1.4 計算工況

工況1：為了討論分離卸荷式板樁碼頭灌注樁間距對碼頭力學性能的影響，模型樁間距按照表1取值，卸荷平臺寬度取10.0 m，其余尺寸按照工程實際大小設計。

工況2：為了討論分離卸荷式板樁碼頭結構的平臺寬度對碼頭力學性能的影響，模型中樁間距取5.25 m，卸荷平臺寬度按照表2取值，其余尺寸按照工程實際尺寸設計。

工況3：為了討論分離卸荷式板樁碼頭卸荷平臺高程對碼頭力學性能的影響，該模型樁間距取5.25 m，卸荷平臺寬度取10.0 m，卸荷平臺高程按照表3取值，其余尺寸按照實際設計。

2 計算結果及分析

2.1 灌注樁間距對分離卸荷式板樁碼頭結構力學性能的影響

不同樁間距下板樁陸側土壓力和水平位移的模擬結果如圖4、圖5所示。

圖中豎向位移向下為負方向，水平方向向海側為負方向。從圖4、圖5中可以看出，灌注樁間距取5.25 m時，前板樁墻最大土壓力、最大位移值都為最小，這也與前人原型觀測試驗以及離心模型試驗得出的合理樁間距（5.25 m）[4-5]相同。

2.2 卸荷平臺寬度對分離卸荷式板樁碼頭碼頭結構力學性能的影響

不同寬度卸荷平臺的板樁墻陸側土壓力和水平位移分布圖如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7可以看出，前板樁墻土壓力、位移曲線都顯示卸荷平臺寬度在10.0 m時板樁墻所受到的土壓力和位移變形作用最小，這也與前人原型觀測試驗以及離心模型試驗得出合理的卸荷平臺寬度（10.0 m）[4-5]相吻合。

2.3 卸荷平臺高程對分離卸荷式板樁碼頭碼頭結構力學性能的影響

不同高程卸荷平臺的前板樁陸側土壓力、水平位移分布圖如圖8、圖9所示。

由圖8、圖9可以看出，前板樁墻受到的主動土壓力、位移值都顯示卸荷平臺高程在-3.7 m時板樁碼頭力學性能最好，與前人原型觀測試驗以及離心模型試驗得出結果[4-5]相吻合。

3 結論

（1）通過與前人離心模型試驗結果對比分析，證明了ABAQUS在分離卸荷式板樁碼頭二維模型數(shù)值模擬的有效性。

（2）分離卸荷式板樁碼頭中，由于前遮簾樁和卸荷平臺的存在，使得碼頭的前板樁所承受的土壓力和產生的位移都有較大幅度的減小。

（3）通過數(shù)值分析得到，卸荷平臺結構的最佳參數(shù)為：卸荷平臺灌注樁樁間距為5.25 m，水平卸荷平臺寬度為10.0 m，卸荷平臺高程為-3.7 m。

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