淺談T型樁基地連墻組合式碼頭結構的受力特性

賀飛

摘 要：T型樁基地連墻組合式碼頭結構的受力特性較復雜，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、拉桿長度對錨錠點位移、結構內力以及拉桿內力影響較大，需要進行控制，直接影響結構的優化設計。結合工程量等因素，T型樁基地連墻組合式碼頭結構更適合考慮錨點位移、大噸位碼頭。

關鍵詞：T型樁 組合式碼頭結構 受力特性

板樁碼頭結構是三大碼頭結構型式之一，具有結構簡單、施工速度快、對復雜地形條件適應性強等優點，應用十分廣泛。板樁碼頭的設計理論、方法尚不成熟。隨著港口建設規模的擴大，大型深水碼頭需求的增加，碼頭結構設計的要求越來越高。國內學者進行了豎向彈性地基梁法不同結構、不同土質等情況下模型分析，絕大多數學者認為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，還可進行連續地下施工，一定程度上克服了施工過程中，取土對結構載荷的影響。對于中小型的板樁碼頭結構，實踐證實內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構，傳統方法并不適用。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構的受力特性，為完善該設計提供依據。

1.T型樁基地連墻組合式碼頭結構影響因素

為利用有限元優選連墻碼頭結構，需要進行有限元分析，分析明確敏感因素、影響規律，從而分析影響碼頭結構內力、拉桿拉力、錨錠點唯一的因素。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構為例。前沿泥面標高-16.0m，頂標高6.0m，錨錠墻頂標高3.5m，錨錠點標高3.0m，水位0.5m。前墻與錨錠墻為C30鋼筋混泥土結構，E=3.0×104MPa；拉桿Q235材質，E=2.0×105MPa。距碼頭前沿40m內面載30kPa，40m外面載50kPa。地基寬度360m，深度120m，結構距各邊界最小距離>3倍結構尺寸。按照常規土體物理學指標，板樁墻前土體采用快剪指標，墻厚采用固結快剪。初步計算，最小前墻入土深度再7m以上，故選擇8～12m五種情況。計算結果如表1。

隨著時間的推移，入土深度的增加，錨錠點位移不斷縮小增加，但隨著入土深度的增加，前板樁墻正彎矩也會逐漸下降，負彎矩逐漸上升，錨錠墻的負彎矩逐漸下降。同法計算，計算彎矩情況，滿足配筋、裂縫寬度要求T型前墻肋高需要≥4200mm，故以500mm為一個跨度，進行分析計算各截面的抗拉剛度EA、抗彎抗毒EI。結果顯示各個階段隨著前墻抗彎剛度的增加，前板樁墻正負彎度、錨錠點位移、拉桿里不會發生顯著變化。從這一角度來看，設計的前墻截面僅需要滿足強度、裂縫要求即可，確定所需的最小錨錠墻長度為11.5m。以0.5m為跨度進行分析，結果顯示隨著墻體長度的增加，錨錠點各個時間段的唯一逐漸下降，前板樁墻正彎矩逐漸上升、負彎矩逐漸下降，錨錠墻負彎矩逐漸上升，拉桿力也逐漸上升。計算滿足強度配筋、裂縫寬度要求的墻體最小寬度800mm，以200為一個跨度，向上進行分析，計算EA、EI，結果顯示其對錨錠點位移、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。通過對以上因素進行分析，結果確定了部分指標的最佳設計參數，另得出前墻入土深度、錨錠墻長度、拉桿長度對錨錠點位移、結構內力以及拉桿內力影響較大，需要進行控制。

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構，E=3.0×104MPa；錨錠墻厚8 0 0m m，C25鋼筋混凝土結構，E=2.8×104MPa；拉桿85鋼拉桿，材料E=2.0×105MPa，間距1.5m。錨錠點標高1.5m，碼頭前沿泥標高-14.0m，頂標高4.0m。

采用大型平面應變模型進行實驗，尺寸1000mm×400mm×1000mm，比例尺N=52.6。地基土為自然風干粉細砂，模型基土厚度790mm，構建有限元，采用PLAXIS程序建立應變模型，進行數值模擬計算；采用15點節點三角形單元，HS模型模擬本構關系，拉桿采用對點錨桿模擬。結果顯示如表2。

實測以及有限元分析結果相近，相對誤差在1%以內。國內尚缺乏T型樁基地連墻組合式碼頭結構實例，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、錨錠墻長度兩個因素進行分析，計算得出隨著錨錠墻長度增加，前墻正彎矩增大，則負彎矩減少，錨錠負彎矩真極大，拉力增大。而采用規范方法則認為，隨著錨錠點位移增加、結構尺度增加，負彎矩逐漸成為控制彎矩，考慮可能因為規范方法未能考慮土壓力的影響。

3.小結

從有限元分析結果來看，對于T型截面，直接影響優化設計結果，前墻入土深度、錨碇墻長度及拉桿長度為力學結構的敏感因素。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構優選影響較大，T型樁基地連墻組合式碼頭結構更適合考慮錨點位移、大噸位碼頭。當然，本次研究中，僅進行了結構的有限元分析，未能探討樁間土等因素對結構力學特性的影響；除錨點位移外，碼頭前沿土及橫梁底部的豎向位移等參數也會影響其力學特性，不同時期環境對兩側板樁墻也會產生影響，造成沉降等負面后果。需綜合其他因素，分析該結構在各種荷載下不同完建時期的位移情況，進一步進行結構設計優化。開挖的方案對結構的影響也較大，直接影響后續荷載，有必要考慮海側樁的傾斜度變化，分析施工過程中兩側樁以及連墻的土壓力分布。

參考文獻：

[1]劉華如.超深基槽重力式碼頭結構選型和設計關鍵技術[J].科技資訊，2015，08：82.

[2]張煒煌.超深基槽重力式碼頭結構選型與設計關鍵技術[J].水運工程，2014，04：52-56.

[3]薛浩，徐磊，徐士方，等.高應變動力試樁對摩擦型樁檢測的研究分析[J].工程質量，2014，07：62-65.

[4]林祖鍇，黃俊光.端承型樁基礎在扶壁式擋墻中的應用[J].廣東水利水電，2014，05：48-51.

[5]閆楠，楊俊杰，董猛榮，等.摩擦型樁表面劣化時的沉降特性室內模擬試驗[N].哈爾濱工業大學學報，2016，02：147-151.