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、錨錠墻長度、拉桿長度對錨錠點(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)簡單、施工速度快、對復(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，大型深水碼頭需求的增加，碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來越高。國內(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程中，取土對結(jié)構(gòu)載荷的影響。對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)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、錨錠墻長度與剛度、拉桿長度等因素影響。

以10萬噸級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8～12m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，確定所需的最小錨錠墻長度為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度為50m、拉桿單寬抗拉剛度1.33mm。通過對以上因素進(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、錨錠墻長度、拉桿長度對錨錠點(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。

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PLAXIS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，拉桿采用對點(diǎn)錨桿模擬。結(jié)果顯示如表2。

實(shí)測以及有限元分析結(jié)果相近，相對誤差在1%以內(nèi)。國內(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軟件無法將拉桿長度作為可變因素，故僅針對前墻入土深度、錨錠墻長度兩個(gè)因素進(jìn)行分析，計(jì)算得出隨著錨錠墻長度增加，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)果來看，對于T型截面，直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，前墻入土深度、錨碇墻長度及拉桿長度為力學(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。開挖的方案對結(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，分析施工過程中兩側(cè)樁以及連墻的土壓力分布。

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