地連墻碼頭內(nèi)力、位移計(jì)算分析

王爽

摘 要：以濱州某工程為例，計(jì)算地連墻碼頭的受力和位移，分析其受力特點(diǎn)，探討該地區(qū)建設(shè)地連墻碼頭的適用性。

關(guān)鍵詞：地連墻；內(nèi)力；位移

中圖分類號(hào)：U651+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）06-0064-02

近幾年板樁結(jié)構(gòu)（地連墻）在京唐港、曹妃甸等地運(yùn)用較多，地連墻結(jié)構(gòu)適用于軟土地基、具有干地施工條件的地區(qū)，具有施工速度快、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，后期沉降小，對(duì)荷載不敏感等特點(diǎn)。通過(guò)設(shè)置遮簾樁、卸荷板等結(jié)構(gòu)亦可用于10萬(wàn)噸的大型碼頭。本文以濱州某工程為例，對(duì)地連墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，利用Sap2000計(jì)算地連墻內(nèi)力、位移、拉桿拉力，分析其受力特點(diǎn)，探索地連墻碼頭在該地區(qū)的適用性。

1 工程概況

本工程位于濱州某入海河內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)已形成陸域，為挖入式碼頭。碼頭結(jié)構(gòu)采用單錨板樁結(jié)構(gòu)，板樁采用地連墻，錨碇結(jié)構(gòu)采用地連墻和錨碇墻結(jié)合的方式，碼頭斷面如圖1所示。

1.1 碼頭面及碼頭前沿水深

碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程-6.3m，結(jié)構(gòu)預(yù)留至-7.5m，碼頭面高程5.3m。

1.2 波浪

工程位于入海河口內(nèi)10km，無(wú)波浪作用。

1.3 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)為由于地連墻深度范圍內(nèi)存在軟弱夾層，對(duì)踢腳穩(wěn)定性影響較大，對(duì)前后土層進(jìn)行不同深度的砂樁處理形成復(fù)合地基以改善各土層指標(biāo)，地基處理后的地連墻前后各土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)如下表1、表2所示。

1.4 荷載

碼頭面均載：距碼頭前沿16m范圍內(nèi)取20kpa，距碼頭前沿16-60m范圍內(nèi)取60kpa；系纜力50KN/m，主要由拉桿、錨碇結(jié)構(gòu)承擔(dān)。剩余水頭：考慮排水孔位置及墻后填料，取2m。

2 受力分析

2.1 土壓力

根據(jù)土層分布及《板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-3-2009）計(jì)算土壓力。其中：每延米土體本身主動(dòng)土壓力產(chǎn)生的傾覆力標(biāo)準(zhǔn)值為19233.05KN/m，每延米被動(dòng)土壓力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩標(biāo)準(zhǔn)值為49613.48KN/m，面荷載產(chǎn)生的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值為4505.54KN/m。

2.2 剩余水壓力

剩余水壓力產(chǎn)生的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值為5685.53KN/m。

3 地連墻內(nèi)力、位移分析計(jì)算

計(jì)算方法采用豎向彈性地基梁法，利用Sap2000建立模型模擬地連墻受力、位移。

3.1 地連墻計(jì)算模型

地連墻墻后受力有主動(dòng)土壓力、剩余水壓力、面均載產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力，墻后總受力在疊加時(shí)非簡(jiǎn)單的疊加，需注意規(guī)范要求：入土段（墻前泥面以下）墻后的主動(dòng)土壓力宜計(jì)算由計(jì)算水底以上地面荷載加土體產(chǎn)生的土壓力。

入土段墻后受力為均布力，所示前墻施加彈簧模擬變形和內(nèi)力，錨碇地連墻只在墻前施加彈簧，無(wú)需施加墻后土壓力。其中板樁彈簧系數(shù)根據(jù)參照地勘資料提供的m值和板樁規(guī)范附錄A。

3.2 模型建立

本文采用Sap2000模擬單延米地連墻受力、位移，建模時(shí)注意：

（1）混凝土彈性模量取允許開(kāi)裂彈性模量，即0.8Ec；

（2）拉桿設(shè)置釋放，即不產(chǎn)生彎矩，只承受軸向力；

（3）拉桿內(nèi)力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮系纜力的作用，系纜力主要由拉桿承擔(dān)；

（4）指定荷載為標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算出來(lái)的彎矩、拉桿拉力均為標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算、拉桿直徑根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值和規(guī)范要求的分項(xiàng)系數(shù)確定荷載；

（5）由于是二維受力分析，分項(xiàng)選型應(yīng)設(shè)置為Ux、Uz、Ry。

3.3 內(nèi)力、位移分析

前墻地連墻、錨碇地連墻彎矩標(biāo)準(zhǔn)值和位移如圖2、3所示。

3.4 結(jié)果分析

（1）前墻墻地連墻受力分析：最大正彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為963.51KN/m，出現(xiàn)在前沿港池泥面以上，標(biāo)高在-5.31m處，最大正剪力標(biāo)準(zhǔn)值為361.5KN，標(biāo)高為-9.5m。最大負(fù)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為-770.45KN/m，出現(xiàn)在前沿港池泥面以下，標(biāo)高為-13.5m，最大負(fù)剪力為333.87KN，標(biāo)高為0.0m；

（2）錨碇地連墻受力分析：最大負(fù)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為-549.59KN/m，標(biāo)高為-3.11m，正彎矩較小，不考慮，最大正剪力標(biāo)準(zhǔn)值為331.85KN，標(biāo)高為0.5m；

（3）胸墻受力分析：胸墻最大負(fù)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為-287.89KN/m，出現(xiàn)在拉桿與胸墻錨固處，此時(shí)無(wú)正彎矩，此時(shí)錨固處最大剪力標(biāo)準(zhǔn)值為360.05KN；根據(jù)得到的混凝土構(gòu)件彎矩、剪力、最大受力位置等，可參照規(guī)范進(jìn)行混凝土構(gòu)件的配筋計(jì)算及檢查結(jié)構(gòu)尺寸的合理性。

（4）拉桿受力：拉桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值為461.39KN，此時(shí)施加了系纜力。根據(jù)規(guī)范要求和拉桿間距可確定單根拉桿受力標(biāo)準(zhǔn)值，確定拉桿直徑，如不合理可調(diào)整拉桿間距、直徑優(yōu)化設(shè)計(jì)，拉桿的位置對(duì)踢腳穩(wěn)定性、前地連墻、錨碇地連墻受力等均有一定的影響，在滿足施工要求的情況拉桿標(biāo)高盡量放低，可節(jié)省部分工程投資。

（5）位移分析：前地連墻最大水平位移為3.18cm，錨碇地連墻最大水平位移為1.96cm，可根據(jù)位移情況來(lái)檢查設(shè)計(jì)合理性及位移是否可滿足使用、規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)計(jì)算，地連墻結(jié)構(gòu)對(duì)工程區(qū)以粉砂、粉質(zhì)粘土為主的地質(zhì)條件是適宜的，且工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，在該地區(qū)有推廣價(jià)值。

隨著板樁型式不斷應(yīng)用于10萬(wàn)噸以上碼頭，板樁型式在未來(lái)會(huì)有更廣闊的前景，可在碼頭、基坑支護(hù)、護(hù)岸等方面使用。