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        堤身開槽對(duì)防波堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析

        2022-03-13 07:31:06
        科海故事博覽 2022年7期
        關(guān)鍵詞:施工

        李 誠

        (中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司,天津 300452)

        防波堤是港口工程的重要組成部分,建造成本在港口工程建設(shè)中占有很高的比例。防波堤的作用主要是防浪,還可以防沙[1],如開槽、定向鉆等施工可能會(huì)影響防波堤穩(wěn)定性、縮短防波堤壽命,甚至?xí)?dǎo)致防波堤在施工期或施工后失穩(wěn)坍塌,造成港口工程的巨大經(jīng)濟(jì)損失,所以對(duì)施工條件下防波堤穩(wěn)定性進(jìn)行分析至關(guān)重要[2-3]。本文利用“港口地基工程計(jì)算軟件”對(duì)堤身開槽情況下的防波堤進(jìn)行穩(wěn)定性分析,科學(xué)核算了施工后的防波堤的穩(wěn)定性,同時(shí)也總結(jié)了堤身開槽施工條件下防波堤穩(wěn)定性呈現(xiàn)的一些特點(diǎn)和規(guī)律。

        1 工程概述

        電纜敷設(shè)工程穿越某處防波堤時(shí),擬采用堤身開槽法穿越。

        防波堤總體施工順序?yàn)椋海?)臨時(shí)擋土墻;(2)吊離工字塊和塊石開挖;(3)胸墻開槽;(4)無縫鋼管敷設(shè)施工;(5)塊石、扭王字塊、胸墻恢復(fù)(后續(xù)按后澆帶恢復(fù));(6)水泥砂袋和混凝土壓塊施工;(7)拆除臨時(shí)擋土墻;(8)電纜溝和工作井施工;(9)電纜拖拉施工;(10)路面恢復(fù)。施工中的胸墻開槽、電纜溝和工作井施工等施工步驟可能對(duì)防波堤穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。[4-5]

        防波堤穩(wěn)定性分析應(yīng)綜合考慮以下5 個(gè)方面:(1)護(hù)面塊體的穩(wěn)定重量和護(hù)面層厚度;(2)堤前護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量;(3)胸墻的強(qiáng)度和抗滑、抗傾穩(wěn)定性;(4)整體穩(wěn)定性;(5)地基沉降等。本工程電纜敷設(shè)完成后按照原斷面對(duì)防波堤進(jìn)行恢復(fù),故上述計(jì)算內(nèi)容中的第(1)、(2)、(3)項(xiàng)維持與原設(shè)計(jì)斷面不變,故可不進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。本工程爬坡段電纜敷設(shè)采用鋼管保護(hù),鋼管上方設(shè)置水泥沙袋及混凝土蓋板,其重度比原有堤身塊石略大,對(duì)現(xiàn)有防波堤的穩(wěn)定和沉降基本無影響,且防波堤已建成投入運(yùn)營(yíng)很長(zhǎng)時(shí)間,故對(duì)地基沉降可不進(jìn)行核算。

        綜上所述,本次穩(wěn)定核算的主要內(nèi)容是針對(duì)開槽的施工期和使用期工況進(jìn)行整體穩(wěn)定復(fù)核,復(fù)核計(jì)算主要包括堤身斜坡面表層開槽工況、堤頂電纜溝開槽工況的堤身穩(wěn)定復(fù)核、施工荷載對(duì)防波堤穩(wěn)定的影響復(fù)核及使用期堤身穩(wěn)定復(fù)核四種工況。[6-7]

        2 分析方法

        2.1 計(jì)算軟件

        “港口工程地基計(jì)算系統(tǒng)”軟件適用于各類港口工程的分析計(jì)算,如各類碼頭、護(hù)岸、各類堤、壩、軟土地基加固等工程。

        2.2 計(jì)算方法及計(jì)算條件

        2.2.1 計(jì)算方法

        根據(jù)相關(guān)規(guī)范[8],對(duì)防波堤的地基穩(wěn)定計(jì)算,可按平面問題考慮,采用復(fù)合滑動(dòng)面法、簡(jiǎn)單條分法或簡(jiǎn)化畢肖普法驗(yàn)算。其危險(xiǎn)滑弧應(yīng)滿足以下極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式:

        Msd——作用于危險(xiǎn)滑動(dòng)面上滑動(dòng)力矩的設(shè)計(jì)值(KN.m/m)。

        MRK——危險(xiǎn)滑動(dòng)面上抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值(KN.m/m)。

        γR——抗力分項(xiàng)系數(shù)。

        2.2.2 計(jì)算水位

        本次復(fù)核計(jì)算為施工期穩(wěn)定復(fù)核,根據(jù)相關(guān)規(guī)范,短暫組合計(jì)算水位應(yīng)分別采用設(shè)計(jì)高水位和設(shè)計(jì)低水位。同時(shí)考慮在整體穩(wěn)定計(jì)算中,低水位為不利工況,故計(jì)算水位為設(shè)計(jì)低水位(0.53m)。

        2.3 計(jì)算荷載

        1.工況一:堤身斜坡面表層開槽施工期堤身穩(wěn)定復(fù)核。堤身斜坡面表層開槽采用水上開槽的施工方案,施工機(jī)械荷載對(duì)堤身穩(wěn)定無影響,但考慮到施工期間堤頂可能會(huì)有車輛通行需要,故整體穩(wěn)定計(jì)算暫按堤頂均布10kPa 荷載考慮。

        2.工況二:堤頂電纜溝開槽施工期穩(wěn)定的影響復(fù)核。根據(jù)總體施工安排,防波堤和胸墻恢復(fù)施工完成后進(jìn)行電纜溝開槽施工,電纜溝開槽采用陸上施工,溝槽寬度約5.0m,施工機(jī)械可能會(huì)在溝槽內(nèi)進(jìn)行開槽施工,故整體穩(wěn)定計(jì)算暫按堤頂均布20kPa 荷載考慮。

        3.工況三:施工荷載對(duì)防波堤穩(wěn)定的影響復(fù)核。此工況主要是復(fù)核開槽過程中施工機(jī)械對(duì)現(xiàn)有防波堤的穩(wěn)定影響,整體穩(wěn)定計(jì)算暫按堤頂均布20kPa 荷載考慮。

        4.工況四:使用期工況。此工況考慮電纜敷設(shè)完成后,防波堤的穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算,主要考慮到堤頂車輛通行需要,故整體穩(wěn)定計(jì)算暫按堤頂均布10kPa 荷載考慮。

        2.4 工程地質(zhì)

        本次穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算所選用的地質(zhì)資料參照CZ2 號(hào)鉆孔,其土層分布詳見表1。

        表1 CZ2 號(hào)鉆孔土層分布表

        2.5 計(jì)算模型

        (1)工況一:堤身斜坡面表層開槽施工期堤身穩(wěn)定復(fù)核。(2)工況二:堤頂電纜溝開槽施工期穩(wěn)定的影響復(fù)核。(3)工況三:施工荷載對(duì)防波堤穩(wěn)定的影響復(fù)核。

        2.6 重要力學(xué)指標(biāo)取值

        核算使用的主要材料及土層力學(xué)指標(biāo)如表2 所示。

        表2 主要材料及土層物理力學(xué)指標(biāo)表

        防波堤斜坡面電纜敷設(shè)結(jié)構(gòu)及堤頂電纜溝結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)材料重度采用加權(quán)平均求得。其中主要材料天然重度取值如表3 所示,經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算防波堤斜坡面電纜敷設(shè)結(jié)構(gòu)及堤頂電纜溝結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定計(jì)算中重度取值如表4 所示。

        表3 主要材料天然重度取值表

        表4 重要對(duì)象重度取值表

        3 復(fù)核計(jì)算與分析

        3.1 復(fù)核計(jì)算原則

        此次復(fù)核計(jì)算采用簡(jiǎn)單條分法計(jì)算,地基土層選用直剪固結(jié)快剪指標(biāo),根據(jù)相關(guān)規(guī)范[9],查該規(guī)范可知,抗力分項(xiàng)系數(shù)最小值=1.1~1.3,施工期的穩(wěn)定計(jì)算等短暫狀況計(jì)算,抗力分項(xiàng)系數(shù)最小值取低值。

        3.2 復(fù)核計(jì)算結(jié)果

        經(jīng)計(jì)算,整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表5 所示。

        表5 整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果匯總表

        3.3 計(jì)算分析

        防波堤的地基穩(wěn)定計(jì)算是基于公式(1),抗力分項(xiàng)系數(shù)γR在公式分?jǐn)?shù)的分母上,故認(rèn)為抗力分項(xiàng)系數(shù)γR越大(越偏離最小抗力分項(xiàng)系數(shù)),防波堤越穩(wěn)定。綜合分析四種工況下防波堤穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算結(jié)果,得出以下分析結(jié)論:

        1.在四種工況中,防波堤臨海側(cè)(外側(cè))的抗力系數(shù)總是高于防波堤內(nèi)側(cè)(內(nèi)側(cè)),外側(cè)抗抵抗施工影響的能力更強(qiáng)。即使是在堤身斜坡面表層開槽(工況一)情況下,即外側(cè)直接承受施工載荷,外側(cè)抗力分項(xiàng)系數(shù)也高于內(nèi)側(cè)。

        2.堤身斜坡面表層開槽(工況一)情況下,防波堤內(nèi)外側(cè)的分項(xiàng)抗力系數(shù)最低,因此該項(xiàng)施工對(duì)防波堤穩(wěn)定性影響最大;堤頂電纜溝開槽(工況二)情況下,防波堤內(nèi)外側(cè)的分項(xiàng)抗力系數(shù)最小,因此該項(xiàng)施工對(duì)防波堤穩(wěn)定性影響最小,甚至低于使用期的工況(工況四)。[10-11]

        4 結(jié)論

        1.綜合考慮工程概況,從計(jì)算方法、計(jì)算載荷、工程地質(zhì)、計(jì)算模型及重要力學(xué)參數(shù)取值等方面,結(jié)合“港口地基工程計(jì)算系統(tǒng)”,經(jīng)復(fù)核計(jì)算,堤身開槽施工不會(huì)影響防波堤穩(wěn)定性。

        2.在四種施工工況中,防波堤臨海側(cè)的穩(wěn)定性總是高于防波堤內(nèi)側(cè)。

        3.在四種施工工況中,堤身斜坡面表層開槽(工況一)對(duì)防波堤穩(wěn)定性影響最大;堤頂電纜溝開槽(工況二)對(duì)防波堤穩(wěn)定性影響最小。

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