架空斜坡式碼頭在大水位差山區河流碼頭中的應用

鄧 旭

(云南水運規劃設計研究院，昆明 云南 650051)

1 前 言

我國西部河流具有典型的山區河流特性，流速急、水面坡降陡、水位變化大。以重慶主城段長江為例，年內最大水位差可達20～30 m。傳統的直立式碼頭無法正常運營作業。為適應大水位差碼頭的裝卸作業，同時結合長江上游重慶段特殊地質、水文、泥沙等相關條件。通常采用斜坡式碼頭來滿足正常運營。

根據文獻統計，目前四川、重慶現有的碼頭中，有71.5%的碼頭型式采用斜碼頭。主要型式有實體斜坡和架空斜坡兩種?？紤]到長江上游段水位變化大、水流沖擊作用強。若采用實體斜坡碼頭，坡底容易產生大范圍掏刷，嚴重影響岸坡穩定性。因此，長江上游段約有88.2%的碼頭采用架空式斜坡碼頭。

為研究大水位差河段斜坡碼頭的邊坡穩定規律，同時為實例工程—重慶江津區魚尾磧實例碼頭提供穩定性依據。本文以該碼頭為實例工程，采用三維數值模擬，分析實例工程的邊坡穩定情況。

2 實例工程概況

本文以重慶江津區魚尾磧碼頭為實例工程。實例工程位于長江合川魚尾磧段。工程段距離重慶主城李家沱河段約75.5 km，地理坐標為經112°11′21″，北緯32°14′39″。實例工程碼頭設計噸位為3 000 t級，碼頭主要貨種為件雜貨和干散貨。斜坡坡比為1∶2.5，并采用實心六角塊進行護面。同時，斜坡采用11根樁基進行支撐。

根據實例工程上游22.5 km的水文站多年的水文實測數據分析結果，工程處的特征水文結果見表1。

表1 實例工程特征水文數據

3 數模計算及結果分析

3.1 碼頭樁基應力分布云圖

對碼頭樁基進行編號處理，令碼頭斜坡底部的樁基編號為1#，然后依次向上，編號分別為2#、3#，直至11#。

根據數模計算結果，實例工程碼頭的壓應力分布和拉應力分布云圖分析可知。

(1)實例工程最大壓應力主要分布在8#樁基和9#樁基，最大壓應力為9.85 MPa，小于C40混凝土20 MPa的抗壓要求，符合規范。

(2)實例工程的最大拉應力分布區域與最大主壓應力分布區域一致，也在8#樁基和9#樁基。經計算，最大拉應力為1.6 MPa。小于C40混凝土2.0 MPa的抗拉要求，符合規范。

進一步分析可知，實例工程的主要拉應力分布在T梁的跨中截面區域。建議對該區域進行加筋防護。

3.2 碼頭樁基形變值分布分析

根據數模計算結果，在最高通航水位工況下，實例工程碼頭在X、Y、Z三個方向形變值分布云圖見圖1，分析可知：

(1)1#至3#墩臺結構在X、Y、Z三個方向的變形值都非常小(0.01～0.05 cm)。而4#至11#樁基的變形值都相對較大(0.08～0.15 cm)。最大值出現在Y軸負方向，最大值為0.15 cm，小于規范要求的0.25 cm安全值，滿足規范。

(2)4#至11#樁基(尤其是Z軸方向)受到水流沖擊作用影響較大，在8#樁基和9#樁基，最大值為0.098 cm。因此，應當在上部橫梁布置時加強結構抵抗橫向受力的加勁肋或橫隔梁，增加實力工程橫向受力穩定，保證實例工程結構安全。

(3)樁基的變形會傳遞、影響接觸的土體，從而使得土體產生被動土壓力，抵消一部分變形作用。在實例工程中，有土體覆蓋的區域，樁基底部變形值相對較小，安全穩定性相對更高。

圖1 高水位計算工況下魚尾磧碼頭樁基形變值分布

3.3 岸坡土體形變值分析

根據數模計算結果，進一步分析岸坡土體形變值。分析可知：

(1)總體來看，魚尾磧碼頭工程岸坡土體的形變值在0.02～0.17 cm范圍內。

(2)1#至3#墩臺結構接觸的土體部分形變值較小?；痉植荚?.02～0.08 cm范圍內。

(3)4#至11#樁基接觸的土體變形值相對較大，基本分布在0.05～0.17 cm范圍內，且基本在表層土體區域。在中深層土體，變形值基本趨近于0。

(4)變形值最大的土體為與8#樁基和9#樁基接觸的土體部分。產生較大變形值的原因主要有陸域后方土體滑坡推力的影響，以及受水流力的作用效應影響。

4 結 論

本文選擇重慶江津區魚尾磧碼頭作為實例工程。借助ANSYS三維有限元數值模擬軟件，分析了實例工程最最不利工況(最高通航水位下)，碼頭自身的應力分布情況，以及碼頭范圍內的形變分布情況。研究結果顯示，在最不利工況下，魚尾磧架空式斜坡碼頭的拉應力、壓應力最大值均滿足規范要求，碼頭整體的形變值較小，且岸坡基本保持穩定。因此，實例工程結構設計合理，符合規范要求。