高樁碼頭樁基在傾斜泥面中的水平承載性能研究

林典新

摘 要：當(dāng)前的高樁碼頭設(shè)計在計算樁基水平承載力時，一般是假設(shè)為水平泥面，而在傾斜泥面的狀態(tài)下，暫無成熟的水平承載力計算方法，本研究建立室內(nèi)模型研究水平承載力在傾斜泥面上的特性，提出不同坡度下的承載力修正公式，為高樁碼頭樁基在泥面傾斜狀態(tài)下的設(shè)計和計算提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭；傾斜泥面；水平承載性能

中圖分類號：TU473.11 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0102-01

高樁碼頭的樁基一般都要從軟弱土層穿過，樁尖進入到持力層，且高樁碼頭的修建地點通常都為岸坡土體，需要承受水文動力和靜力的因素。高樁碼頭樁基不僅受到垂直方向的荷載，在水平方向也要承擔(dān)較大的荷載。樁基在水平荷載作用下的受力分析較為復(fù)雜，需充分考慮土、樁和結(jié)構(gòu)間的問題，滿足三者的變形協(xié)調(diào)和靜力平衡。

1 實驗概況

本研究的模型槽尺寸為2×1×2（長×寬×高，單位米），砝碼和滑輪組成了加載裝置，利用滑輪組和鋼絲將砝碼自重荷載轉(zhuǎn)換為水平集中荷載并施加于樁頭，改變砝碼的數(shù)量來完成水平荷載數(shù)值的改變，采用百分表對位移進行量測，使用靜態(tài)應(yīng)變儀對應(yīng)變進行采集。模型樁使用外徑為4cm的鋁合金管模擬，壁厚3毫米，樁總長為1.8米，入土1.6米，剩余0.2米為懸臂。將電阻應(yīng)變片對稱粘貼在管的外壁，布點方案：泥面以下方圓1米內(nèi)，貼片每隔5厘米一貼；泥面以下方圓1米外，貼片每隔10厘米一貼，樁身共有測試斷面28個。每次開始試驗前測定模擬樁的抗彎度率，確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。取天然風(fēng)干河砂作為試驗用砂，Cu（不均勻系數(shù)）為2.688，Cc（曲率系數(shù)）為1.140，土具有較好的均勻性。在填砂的過程中要保證砂土層與層之間下落高度一致，保證填砂的均勻性。每填入300公斤砂后整平，使用平板振動器進行密實，每振動一次要間隔30分鐘再進行下一次，第二次振動密實后讀取標(biāo)尺讀數(shù)，并計算每層土經(jīng)過密實后的實際厚度，通過填入的砂質(zhì)量和土層厚度及時了解土體密度，進而保障槽內(nèi)土體的整體均勻性。共進行五組試驗，第一組為水平狀態(tài)下，第二組為1：4上坡，第三組為1：4下坡，第四組為1：3上坡，第五組為1：3下坡。

2 實驗結(jié)果

將水平泥面作為基準(zhǔn)，匯總彎矩點最大位置、最大彎矩值、泥面位移和樁頂位移等數(shù)據(jù)，研究上述因素受泥面坡度的影響情況。

2.1 泥面坡度對樁身最大彎矩的影響

樁身彎矩是設(shè)計水平荷載下樁基時需要考慮的重要參數(shù)之一，由于試驗數(shù)據(jù)對比實際工程資料會存在一定的誤差，因此必須針對測試所得的數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。計算單樁水平泥面的承載性能的理論較為成熟，因此以此為基準(zhǔn)對傾斜泥面的承載性能進行研究。設(shè)定樁身自身彎矩最大值為1，使用指數(shù)函數(shù)擬合數(shù)值，設(shè)坡角為θ，，本式中Mmax，0和Mmax，θ分別為坡角為θ和0時的最大彎矩，單位為N·m，將實測數(shù)值與結(jié)果擬合，具有較高的吻合度。

2.2 泥面坡度對樁身最大彎矩點位的影響

實際值與本實驗測試值存在差異，變片的粘貼距離影響了實際精度，由于貼片距離為5厘米，所以誤差應(yīng)為±2.5cm。為獲得最大彎矩點精確位置，故進行數(shù)值擬合計算，其方法近似于無量綱處理，將水平泥面的最大彎矩點作為根本基準(zhǔn)進行無量綱化處理，tanθ與點位置的關(guān)系可以近似看作為直線，擬合可得，本式中ZM，0和ZM，θ分別是坡角為0和θ時的彎矩最大位置，單位為cm。計算可得泥面水平時，最大彎矩位置一般為3d至6d之間，類似于普通高樁碼頭中假想嵌固點4d至6d，具有一定借鑒價值。

2.3 泥面坡度對樁頂位移的影響

設(shè)計水平受荷樁的過程中，樁頂位移是重要的設(shè)計參數(shù)之一，為了研究其受泥面坡度的影響，應(yīng)對比分析坡度水平與各個坡度時的樁頂位移，并擬合處理模型試驗中的實測值和二者關(guān)系。設(shè)定樁頂位移在泥面坡度為0時的的位移為1，無綱量化處理可得擬合指數(shù)型函數(shù)，本式中yH，θ和yH，0分別為坡角為θ和0時的樁頂位移值，單位為mm。

2.4 泥面坡度對泥面位移的影響

依據(jù)泥面位移的實際測量值，也可以在同理下擬合分析泥面坡度對泥面位移的影響，計算泥面位移在不同加載等級坡度下（tanθ=0、tanθ=-1/4、tanθ=1/4、tanθ=-1/3、tanθ=1/3）的數(shù)值，設(shè)定水平狀態(tài)下位移為1，無量綱化處理所得位移數(shù)據(jù)，可得修正后的泥面位移公式，本式中y0，θ和y0，0分別為坡角為θ和0時的泥面位移，單位為mm，繪制擬合曲線后發(fā)現(xiàn)實測值域擬合數(shù)值相近，擁有較好的吻合度。

3 實驗結(jié)論

本試驗中通過水平受荷樁在各個坡度的室內(nèi)模型試驗，利用數(shù)值擬合分析研究了非水平泥面中樁身的彎矩點最大位置、最大彎矩值、泥面位移和樁頂位移等數(shù)據(jù)，提出相應(yīng)的擬合公式及修正公式，對比實測值和擬合數(shù)值，無較大的誤差，吻合度較高，具有可靠性和準(zhǔn)確性，可行性較高。

4 結(jié)語

本試驗通過室內(nèi)模型研究水平承載力在傾斜泥面上的特性，提出相應(yīng)的修正公式，為高樁碼頭樁基在泥面傾斜狀態(tài)下的設(shè)計和計算提供理論依據(jù)和實驗室數(shù)據(jù)。

參考文獻

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